Информатика и информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности. Информатика и информационно-коммуникационные технологии в профес. Литература по теме Тема Алгоритмы и программы Вопрос Понятие алгоритма
 Скачать 7.96 Mb.
|
|
Тема 7. Компьютерные сети Цель и задачи: ознакомиться с понятием компьютерной сети, основными компонентами сети, структурой и возможностями глобальной сети Интернет. Вопросы темы: 1. Определение, назначение и состав сети. 2. Топология сети. 3. Глобальная компьютерная сеть Интернет. 4. Сервис сети Интернет. 5. Адресация в сети Интернет. Вопрос 1. Определение, назначение и состав сети. Компьютернойсетью называется совокупность соединенных через каналы связи компьютеров и периферийных устройств, обеспечивающих пользователей средствами обмена информацией и коллективного использования ресурсов сети. Ресурсы бывают трех типов: 1) аппаратные; 2) программные; 3) информационные. Основная задача компьютерной сети – обеспечение простого, удобного и надежного доступа к распределенным общесетевым ресурсам и организация их совместного использования при защите от несанкционированного доступа, а также обеспечение удобных и надежных средств передачи данных между пользователями. Основные компоненты сети: · Серверы – компьютеры, являющиеся источниками ресурсов сети. · Локальные компьютеры пользователей (рабочие станции) – компьютеры, подключенные к сети, через которые пользователи получают доступ к ее ресурсам. · Каналы связи – линии, соединяющие компьютеры между собой. Компьютерные сети принято классифицировать по степени территориальной распределённости. При этом различают: · локальные сети (LAN, англ. Local Area Network); · региональные (или городские) сети (MAN, англ. Metropolitan Area Network); · корпоративные сети; · глобальные сети (WAN, англ. Wide Area Network). Локальные сети связывают компьютеры, размещенные на небольшом расстоянии друг от друга. Как правило, они объединяют компьютеры одного или нескольких близлежащих зданий предприятия, учреждения, офиса. Главная отличительная особенность локальных сетей – единый для всех компьютеров высокоскоростной канал передачи данных. Региональные сети объединяют пользователей города, области или небольшой страны. В качестве каналов связи используются обычные телефонные линии, ISDN и др. Расстояние между узлами может измеряться сотнями и даже тысячами километров. Глобальные сети соединяют компьютеры, расположенные на любом расстоянии друг от друга (в разных странах, на разных континентах). Инфраструктура связи в них может быть очень сложной, включая радиосвязь и спутниковые каналы. Наиболее мощная из глобальных сетей – Интернет. Для обеспечения необходимой совместимости отдельных компьютеров в сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами. Протокол представляет собой совокупность правил (соглашений), в соответствии с которыми происходит передача информации через компьютерную сеть. Имеются протоколы как аппаратного взаимодействия компонентов сети, так и взаимодействия программных средств различного уровня (программные протоколы). Компьютерные сети бывают одноранговые и многоранговые. В одноранговой сети все компьютеры равноправны. В многоранговой сети имеется один или несколько компьютеров-серверов, хранящих информацию или программы и управляющих доступом к этой информации и программам других пользователей (клиентов). Функциональные возможности компьютерных сетей определяются теми услугами, которые они предоставляют пользователю. Для реализации каждой из них необходимо соответствующее ПО. В настоящее время имеются две основные концепции построения такого ПО. Согласно первой концепции файлового сервера, сетевое ПО должно быть ориентировано на предоставление всем пользователям ресурсов общедоступного центрального компьютера сети – файлового сервера (File Server). Такое ПО называется сетевой операционной системой. Ее основная часть (ядро) размещается на сервере, а на рабочих станциях устанавливается лишь небольшая оболочка, выполняющая роль интерфейса между программами на ПК пользователей и файловым сервером. Вторая концепция базируется на так называемой архитектуре клиент-сервер. В этом случае сетевое ПО предполагает не только совместное использование ресурсов сети, но и обработку на сервере по запросам пользователей. ПО в данном случае состоит из двух частей: сервера и клиента. Программа-клиент выполняется на локальном компьютере пользователя, она посылает запросы программе-серверу и принимает от нее требуемую информацию. Программа-сервер работает на компьютере общего доступа, производит обработку поступающих к ней запросов (возможно, сотен или тысяч одновременно) и возвращает клиенту требуемые результаты. В глобальных сетях архитектура клиент-сервер является основной. Локальные сети не позволяют обеспечить совместный доступ к информации пользователям, находящимся, например, в различных частях города. На помощь приходят региональные сети, объединяющие компьютеры в пределах одного региона (города, страны, континента). Многие организации, заинтересованные в защите информации от несанкционированного доступа (например, военные, банковские и пр.), создают собственные, так называемые корпоративные сети. Корпоративная сеть может объединять тысячи и десятки тысяч компьютеров, размещенных в различных странах и городах (в качестве примера можно привести сеть корпорации Microsoft, MSN). Вопрос 2. Топология сети. Общая схема соединения компьютеров в локальные сети называется топологией сети. Топологии сети могут быть различными. Так, например, сети стандарта Ethernet могут иметь топологию «шина» и «звезда». В первом случае все компьютеры подключены к одному общему кабелю – шине (рис. 28.а), во втором – имеется специальное центральное устройство (хаб), от которого идут «лучи» к каждому компьютеру, т.е. каждый компьютер подключен к своему кабелю (рис. 28.b).  Рис. 28. Топология «шина» (a) и «звезда» (b). Структура типа «шина» проще и экономичнее, т.к. для нее не требуется дополнительное устройство и расходуется меньше кабеля. Но она очень чувствительна к неисправностям кабельной системы. Если кабель поврежден хотя бы в одном месте, то возникают проблемы для всей сети. Место неисправности трудно обнаружить. В этом смысле «звезда» более устойчива. Поврежденный кабель – проблема для одного конкретного компьютера, на работе сети в целом это не сказывается. Не требуется усилий по локализации неисправности. В сети, имеющей структуру типа «кольцо» (рис. 29), информация передается между станциями по кольцу с переприемом в каждом сетевом контроллере.  Рис. 29. Топология «кольцо» Переприем производится через буферные накопители, выполненные на базе оперативных запоминающих устройств, поэтому при выходе из строя одного сетевого контроллера может нарушиться работа всего кольца. Достоинство кольцевой структуры – простота реализации устройств, а недостаток – низкая надежность. Вопрос 3. Глобальная компьютерная сеть Интернет. В 1969 г. в США была создана компьютерная сеть ARPAnet, объединяющая компьютерные центры министерства обороны и ряда академических организаций. Эта сеть была предназначена для узкой цели: главным образом для изучения того, как поддерживать связь в случае ядерного нападения и для помощи исследователям в обмене информацией. По мере роста этой сети создавались и развивались многие другие сети. Еще до наступления эры персональных компьютеров создатели ARPAnet приступили к разработке программы Internetting Project («Проект объединения сетей»). Успех этого проекта привел к следующим результатам. Во-первых, была создана крупнейшая в США сеть internet (со строчной буквы i). Во-вторых, были опробованы различные варианты взаимодействия этой сети с рядом других сетей США. Это создало предпосылки для успешной интеграции многих сетей в единую мировую сеть. Такую «сеть сетей» теперь всюду называют Internet (в отечественных публикациях широко применяется и русскоязычное написание Интернет). В октябре 1990 г. появилась «Всемирная паутина» (англ. World Wide Web или WWW), позволившая хранить и передавать по сети не только тексты и числа, но и графические изображения. Позднее также звук и анимацию. В основе навигации по сети был использован принцип гипертекста. В январе 1993 г. действовало всего 50 web-серверов, а уже в октябре 1993 г. – около 500. В настоящее время на десятках миллионов компьютеров, подключенных к Интернету, хранится громадный объем информации (сотни миллионов файлов, документов и т.д.) и сотни миллионов людей пользуются информационными услугами глобальной сети. Интернет – это глобальная информационная сеть, части которой логически взаимосвязаны друг с другом посредством единого адресного пространства. Интернет объединяет многие локальные, региональные и корпоративные сети и включает в себя десятки миллионов компьютеров. Интернет состоит из множества взаимосвязанных компьютерных сетей и обеспечивает удаленный доступ к компьютерам, электронной почте, базам данных и телеконференциям (форумам). Причем это добровольное объединение отдельных компьютерных сетей в единую систему нужно для того, чтобы совместно использовать общее информационное пространство. Сеть Интернет – это самоуправляемая и самофинансируемая общественная организация. В нейнет ни хозяина, ни единого начальника. Но есть три координирующих органа: 1. Internet Corporation for Assigned Names and Numbers, или ICANN (читается айкэ́н) – международная организация, регулирующая вопросами, связанными с доменными именами, IP-адресами. 2. Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии (МККТТ) занимается координацией в области протоколов передачи данных. 3. WWW Консорциум (W3C) разрабатывает протоколы и руководящие принципы, чтобы обеспечить долгосрочный рост в Интернете. В каждой локальной или корпоративной сети обычно имеется хотя бы один компьютер, который постоянно подключен к Интернету линиями связи с высокой пропускной способностью (кабелей, радиоканалов и спутниковой связи). Основу, «каркас», Интернета составляют более ста миллионов серверов, постоянно подключенных к сети. К серверам Интернета могут подключаться с помощью локальных сетей или коммутируемых телефонных линий сотни миллионов пользователей сети (рис. 30).  Рис. 30. Структура сети Интернет Вопрос 4. Сервисы сети Интернет. В сети Интернет действуют службы, обеспечивающие использование возможностей сети, которые называются сервисами. Основные из них: · World Wide Web (WWW) – Всемирная паутина – гипертекстовая информационная система. · E-mail – Электронная почта. · FTP – передача файлов (по протоколу FTP). · IP телефония (например, Скайп). · IP телевидение (передача и прием телевизионного сигнала по Интернет-протоколу). World Wide Web (WWW) – Всемирная паутина. Всемирная Паутина – основная служба в сети Интернет, позволяющая получать доступ к информации на любых серверах, подключенных к сети. Всемирная паутина организована на принципах гипертекста. Гипертекст – текст, содержащий гиперссылки (подробнее см. Тему 9. Вопрос 3). Для навигации во всемирной паутине используются адреса информационных ресурсов. Основными ресурсами всемирной паутины являются: · Web-страница. · Web-сайт. · Web-портал. По определению web-страница – документ, снабженный уникальным адресом (URL). Обычно web-страницы организуются в виде гиперсреды, включающей текст, графику, звук, видео или анимацию. При этом web-страница – самостоятельная часть web-сайта. В сети Интернет просмотр web-страниц осуществляется посредством специальной программы – браузера. Web-сайт – совокупность web-страниц с повторяющимся дизайном, объединенных по смыслу, и физически находящихся на одном web-сервере. В настоящее время в сети Интернет размещено громадное число web-сайтов: представительских, тематических, информационных, новостных, образовательных, почтовых, развлекательных и др. Web-портал – web-сайт, выполняющий роль отправной точки для своей аудитории. Доминирующим сервисом портала является сервис справочной службы: поиск, рубрикаторы, финансовые индексы, информация о погоде и т.д. В настоящее время существуют web-порталы: новостные, научные, образовательные, поисковые и др. E–mail и FTP. Сервис электронной почты позволяет пользователям сети Интернет, имеющим свой персональный (или корпоративный) электронный адрес, обмениваться текстовыми сообщениями небольшого объема, к которым можно прикрепить файлы различных форматов (текстовые, графические, звуковые и видео). Для получения персонального или корпоративного адреса требуется регистрация пользователя у провайдера (поставщика услуг Интернета) или на некотором портале, предоставляющем эту услугу, например, Mail.ru, Yandex, Rambler, Google и пр. Сервис передачи файлов по протоколу FTP позволяет передавать по сети файлы любых форматов так, как это происходит при копировании или перемещении файлов между папками одного компьютера. Этот сервис используется для скачивания файлов большого объема (книги, музыкальные произведения, кинофильмы) со специальных FTP сайтов, а также для обновления информации, размещенной на сайтах, которые хранятся на серверах провайдера. Понятно, что для осуществления подобных операций, требуются соответствующие права доступа к указанным сервисам. Так, существуют FTP-сайты, предоставляющие бесплатный доступ к скачиванию тех или иных файлов без регистрации, в других случаях требуется регистрация, а некоторые файлы можно скачать только после оплаты подобной услуги. Если созданный вами сайт размещен на сервере провайдера на платной или бесплатной основе, вам предоставляется пароль для изменения информации, размещенной на этом сайте. Вопрос 5. Адресация в сети Интернет. Для того чтобы связаться с некоторым компьютером в сети Интернет, необходимо знать его уникальный Интернет-адрес. Существуют два равноценных формата адресов, которые различаются лишь по своей форме: IP-адрес и DNS-адрес. IP-адрес состоит из четырех цифровых блоков, разделенных точками. Он может иметь такой вид: 84.42.63.1. Каждый блок может содержать число от 0 до 255. Благодаря такой организации можно получить свыше четырех миллиардов возможных адресов. Но так как некоторые адреса зарезервированы для специальных целей, а блоки конфигурируются в зависимости от типа сети, то фактическое количество возможных адресов немного меньше. И тем не менее его более чем достаточно для будущего расширения Интернет. С понятием IP-адреса тесно связано понятие «хост». Под хостом понимается любое устройство, использующее протокол TCP/IP для общения с другим оборудованием. Это может быть не только компьютер, но и маршрутизатор, концентратор и т.п. Все эти устройства, подключенные в сеть, обязаны иметь свой уникальный IP-адрес. IP-адрес имеет числовой вид, так как его используют в своей работе компьютеры. Но он весьма сложен для запоминания, поэтому была разработана доменная система имен (Domain Name System – DNS). В этой системе адрес включает более удобные для пользователя буквенные сокращения, которые также разделяются точками на отдельные информационные блоки (домены). Например: www.synergy.ru Домен – это область пространства иерархических имен сети Интернет, которая обслуживается набором серверов доменных имен (DNS) и централизованно администрируется. Домен идентифицируется именем домена. Доменное имя (domain name) – это адрес сетевого соединения, который идентифицирует владельца адреса. Каждое доменное имя уникально и гарантирует, что пользователь, набирая определенную комбинацию символов в командной строке своего браузера, попадет именно на ваш сайт, так как другого сайта с таким же именем быть не может. Цель регистрации доменных имен и ведения единой информационной базы доменов состоит в том, чтобы исключить дублирование Интернет-адресов сайтов. Регистрация доменов представляет собой занесение информации о домене и его администраторе в центральную базу данных с целью обеспечения уникальности использования домена, а также получения прав на администрирование домена. Регистрация домена действует в течение одного года, считая с момента его регистрации. На сегодняшний день администратором доменных имен является американская общественная организация ICANN (англ. Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) – международная некоммерческая организация, созданная 18 сентября 1998 г. при участии правительства США для регулирования вопросов, связанных с доменными именами, IP-адресами и прочими аспектами функционирования Интернета. В России ICANN представляет РосНИИРос (Российский научно-исследовательский институт развития общественных сетей http://www.ripn.net). Регистрацию производит RU-center http://www.nic.ru. Домен второго уровня можно также зарегистрировать у регистратора – организации занимающейся администрированием доменных имен, например, http://www.imhoster.net/domain.htm. При указании DNS-адреса он сначала направляется в так называемый сервер имен, который преобразует его в 32-битный IP-адрес для машинного считывания. Составные части доменного адреса называются сегментами и образуют иерархическую систему. Самый последний (крайний правый) сегмент, называемый доменом верхнего уровня, определяет принадлежность компьютера к сети той или иной страны, т.е. географически (состоит обычно из двух букв, например, .su – Советский Союз, .ru – Россия, .ua – Украина), используется в основном в Европе, Азии, Австралии и Африке; или к определённой категории сайтов, т.е. тематически (.com – коммерческие, .org –некоммерческие и т.д.). Разделение домена верхнего уровня для определённого класса организаций впервые появилось в январе 1985 г., тогда таковых было шесть: 1) .com – для коммерческих сайтов; 2) .edu – для образовательных сайтов; 3) .gov – для сайтов государственных организаций; 4) .net – для сайтов, чья деятельность связана с Сетью; 5) .org – для некоммерческих организаций; 6) .mil – для военных организаций США. URL (англ. Uniform Resource Locator, унифицированный определитель ресурсов) – это адрес конкретного места (например, файла) в сети Интернет, в котором хранится определённая информация. Он имеет следующий формат: тип ресурса://адрес узла/имя файла web-страницы. Ресурсная часть URL всегда заканчивается двоеточием и двумя наклонными чертами. Далее следует конкретный адрес узла, который нужно посетить. За ним в качестве ограничителя может стоять наклонная черта. В принципе, этого вполне достаточно. Но если Вы хотите просмотреть конкретный документ на данном узле и знаете точно его место расположения, то можете включить его адрес в URL. Например, https://synergy.ru/abiturientam/pervoe_vysshee/. С помощью IP-адреса или DNS-адреса в Интернете можно обратиться к любому нужному компьютеру. Если же необходимо послать сообщение по электронной почте, то указания только этих адресов будет недостаточно, поскольку сообщение должно попасть не только в нужный компьютер, но и к определенному пользователю системы. Для доставки и приема сообщений электронной почты предназначен специальный протокол SMPT (англ. Simple Mail Transport Protocol). Компьютер, через который в Интернет осуществляется передача сообщений электронной почты, называют SMPT-сервером. По электронной почте сообщения доставляются до указанного в адресе компьютера, который и отвечает за дальнейшую доставку. Поэтому такие данные, как имя пользователя и имя соответствующего SMPT-сервера разделяют знаком @. Этот знак называется «at коммерческое» (на жаргоне «собачка», «собака»). Таким образом, Вы адресуете свое сообщение конкретному пользователю конкретного компьютера. Например, feo@synergy.ru. Здесь feo – зарегистрированный в сети пользователь, которому предназначено послание, а synergy.ru – SMPT-сервер, на котором находится его электронный почтовый ящик (mailbox). В почтовом ящике хранятся сообщения, пришедшие по конкретному адресу. Вопросы для самопроверки: 1. Что такое компьютерная сеть? 2. Что такое топология сети? 3. Назовите известные топологии сети. 4. Какое назначение у локальной сети? 5. Что такое корпоративная сеть? 6. Назовите типы архитектуры локальных сетей. 7. В чем разница между одноранговыми и многоранговыми сетями? 8. Что хранится на сервере в локальной сети, построенной по архитектуре клиент-сервер? 9. Дайте определение сети Интернет. 10. В каком году появилась Всемирная паутина? 11. Что (какие объекты) размещают на web-странице? Литература по теме: 1. Гальченко Г.А., Дроздова О.Н. Информатика: учеб. пособ. – М.: Феникс, 2017. – 381 с. 2. Трофимов В.В. Информатика: учеб. – в 2-х т. – СПб.: Юрайт, 2016. – 406 с. Интернет-ресурсы: 1. Федеральный портал «Единое окно доступа к образовательным ресурсам». – Режим доступа: http://window.edu.ru 2. Российский научно-исследовательский институт развития общественных сетей. – Режим доступа: http://www.ripn.net |