История возникновения и развития компьютерных сетей

Вид материала

Документы

Содержание Преимущества использования компьютерных сетей Разделение данных Разделение программных средств Разделение ресурсов процессора Многопользовательский режим По типу функционального взаимодействия По типу сетевой топологии По скорости передачи Топологии сетей Полносвязная топология Смешанные топологии Персональные сети Локальные сети Региональные сети Глобальные сети По типу функционального взаимодействия Сети «клиент-сервер» Сети точка-точка Смешанные (гибридные) сети 2. Принципы взаимодействия сетевых устройств ... Полное содержание

Подобный материал:

• Назначение программы состоит в фундаментальной подготовке слушателей теории и практике, 42.43kb.
• Лекция №10. Конвергенция компьютерных и телекоммуникационных сетей, 127.96kb.
• Учебная программа дисциплины компьютерные сети цели и задачи дисциплины, ее место, 116.43kb.
• История возникновения, современное состояние и песпективы развития сотовых сетей связи, 711.28kb.
• История развития компьютерных сетей, 60.71kb.
• Экзаменационные вопросы к курсу лекций «Сети ЭВМ и телекоммуникаций», 32.32kb.
• Рабочей программы учебной дисциплины б3+ Администрирование компьютерных сетей Уровень, 72.29kb.
• 3 История возникновения и развития менеджмента за рубежом, 510.43kb.
• Краткое содержание лекционного курса Лекция Тема: Компьютерные сети (2 часа) Назначение, 14.74kb.
• Учебный план дополнительной профессиональной образовательной программы повышения квалификации, 15.97kb.

История возникновения и развития компьютерных сетей

Развитие компьютерных сетей связано как с развитием собственно ЭВМ, входящих в состав сети, так и с развитием средств телекоммуникаций.

Работы по созданию компьютерных сетей начались ещё в 60-х годах ХХ века. Прообразом компьютерных сетей явились системы телеобработки данных (СТД), построенные на базе больших (а позже и миниЭВМ).

В качестве средств передачи данных использовалась существующая телефонная сеть. Основными элементами СТД являются модемы, абонентские пункты и устройства коммутации. Система СТД оперировала только аналоговыми сигналами.

Основным недостатком СТД является невысокое быстродействие (9600 бит/с, реально 2400 бит/с). Поэтому одним из направлений совершенствования СТД явилась разработка цифровых телефонных коммутаторов.

Вторым существенным недостатком СТД является возможность передачи данных по каналу связи в один и тотже момент времени только с одной скоростью. Этот недостаток был преодолен использованием впервые в 70-х годах в США коммуникаций кабельного телевидения, позволяющих вести широкополосную передачу (ШП).

Третьим направлением перехода к сетям была разработка высокоскоростных шин для обеспечения взаимодействия нескольких больших ЭВМ.

Четвёртым направлением развития сетей была реализация распределённой обработки данных.

К середине 80-х годов, с появлением ПЭВМ все отмеченные тенденции развития сетей стали сближаться, что привело к разработке современных компьютерных сетей.


Преимущества использования компьютерных сетей


Разделение ресурсов

Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.


Разделение данных

Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации


Разделение программных средств

Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.


Разделение ресурсов процессора

При разделение ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не "набрасываются" моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.


Многопользовательский режим

Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план.


Классификация


По размеру, охваченной территории

Персональная сеть (PAN, Personal Area Network)

Локальная сеть (LAN, Local Area Network)

HomePNA

Объединение нескольких зданий CAN, Campus Area Network)

Городская сеть (MAN, Metropolitan Area Network)

Национальная сеть

Глобальная вычислительная сеть (WAN, Wide Area Network)

Сравнительная характеристика сетей (особенности локальных, глобальных и городских сетей)


По типу функционального взаимодействия

Клиент-сервер

Смешанная сеть

Точка-точка

Одноранговая сеть

Многоранговые сети


По типу сетевой топологии

Шина

Звезда

Кольцо

Решётка

Смешанная топология

Полносвязная топология


По функциональному назначению

Сети хранения данных

Серверные фермы

Сети управления процессом

Сети SOHO


По сетевым ОС

На основе Windows

На основе UNIX

На основе NetWare

Смешанные


По скорости передачи


По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные.

низкоскоростные (до 10 Мбит/с),

среднескоростные (до 100 Мбит/с),

высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с);


Топологии сетей


Общая шина


В сети с топологией «общая шина» все компьютеры подключены друг к другу посредством общего кабеля (шины):



При использовании данной топологии в сети отсутствуют какие-либо активные схемы обработки сигнала, каждый компьютер свободно «слушает» коммуникационный кабель целиком. Сигнал, переданный одной машиной, получают все компьютеры, подключенные к шине, принимает же и обрабатывает его только компьютер-адресат (адрес получателя указан в посылаемом сообщении). Одновременно передавать сигнал может только один компьютер, остальные участники сети в этом случае должны ожидать, пока шина освободиться. Отсюда основной недостаток сети данной топологии — низкая производительность.


Достоинства шинной топологии:

Невысокая стоимость

Простота расширения и объединения подсетей


Недостатки шинной топологии:

Низкая производительность

Низкая надежность

Сложность диагностики при появлении аппаратных неполадок

Отказ кабеля или разъема на любом участке приводит к полной неработоспособности всей сети


Заключение: шинную топологию имеет смысл применять в тех случаях, когда число узлов в сети и их сетевая активность невелики. Главный плюс топологии — низкая стоимость.


Кольцо


В сетях с топологией «кольцо» компьютеры подключены к общему сетевому кабельному кольцу, по которому идет передача данных в одном направлении:





Получив данные, каждый компьютер проверяет адрес получателя, и, если он совпадает с собственным адресом, принимает данные. Если же адрес машины не совпадает с адресом получателя, компьютер передает данные дальше по кольцу.


При использовании данной топологии в качестве физической среды передачи чаще всего используется кабель «витая пара» либо оптоволокно.


Для случаев, когда несколько компьютеров одновременно пытаются передать данные, в сетях с топологией «кольцо» применяется механизм маркерного доступа. По кольцу постоянно передается маркер - специальное короткое сообщение. Прежде чем начать передачу данных, компьютер должен дождаться маркера, прикрепить к нему пакет данных со служебной информацией, и лишь потом передать в сеть.


Наиболее известные технологии, основанные на топологии «кольцо» — FDDI и Token Ring.


Достоинства кольцевой топологии:

Благодаря ретрансляции отсутствуют потери сигнала при передаче

Благодаря механизму маркерного доступа отсутствуют коллизии

Отказоустойчивость находится на высоком уровне


Недостатки кольцевой топологии:

Выход из строя одного их узлов может повлечь за собой неработоспособность всей сети

Затруднено добавление и удаление нового узла — для этого приходится разрывать кольцо


Вывод: использование кольцевой топологии оправдано, если необходимо создать производительную и надежную сеть, существенная модернизация и расширение которой в дальнейшем маловероятны.


Звезда


В сетях с топологией «звезда» компьютеры подключаются каждый отдельным кабелем к специальному общему устройству — коммутатору или концентратору, которое отвечает за обмен данными между участниками сети.




Топология типа «звезда» позволяет осуществлять подключения компьютеров к сети при помощи различных типов кабелей.


Достоинства звездообразной топологии:

Высокая пропускная способность

Работоспособность сети в целом не зависит от работоспособности отдельного узла

Сеть легко масштабируется

Возможность подключения компьютеров кабелям различных типов

Легкость организации подсетей


Недостатки звездообразной топологии:

Число узлов сети ограничено количеством портов коммутатора/концентратора

При выходе из строя коммутатора/концентратора сеть становится полностью неработоспособной

Необходимость в использовании отдельного кабеля для подключения каждого компьютера

Относительно высокая стоимость


Вывод: топология «звезда» — отличный выбор в случаях, когда имеется возможность проложить необходимые кабели.


Решетка


Решетка — это такая топология, при которой связи узлов образуют регулярную двух- или более мерную решетку.


Одномерная решетка — это цепочка, которая соединяет два внешних узла через некоторое количество внутренних узлов. Двух- и трехмерные решетки встречаются в суперкомпьютерной архитектуре.




Достоинством топологии является весьма высокая надежность сети, а основными недостатками — сложность и дороговизна реализации.


Полносвязная топология


Полносвязная топология — разновидность топологии сети, при которой каждый узел имеет соединения со всеми остальными узлами сети. Данная топология весьма дорога и сравнительно малоэффективна, так как требует наличия множества независимых линий и коммуникационных портов для каждого компьютера, подключенного к сети. Полносвязная топология обычно используется в сетях с малым количеством узлов.



Смешанные топологии

В большинстве случаев крупные сети имеют смешанную (гибридную) топологию. В этих случаях используется различное комбинирование элементов типовых топологий в зависимости от поставленных задач. Примеры смешанных топологий — «звезда-звезда», «звезда-шина».





Достоинства и недостатки сетей смешанной топологии зависят от того, какие базовые топологии были положены в их основу.


Часто смешанная топология является результатом постепенной модернизации сети, когда оборудование меняется частями, а не сразу.

Персональные сети


Персональная сеть (Personal Network) — это разновидность сети, которая строится «вокруг» конкретного человека. В персональную сеть пользователя могут быть объединены все его персональные цифровые устройства — телефоны, смартфоны, принтеры, фотоаппараты, ПК, КПК, ноутбуки и т.п.




Персональные сети — это сети «ближнего действия», радиус их охвата по определению невелик — от нескольких метров до десятков метров.


Наиболее известным стандартом для создания персональных сетей в настоящее время является Bluetooth.


Локальные сети


Локальная компьютерная сеть (Local Area Network, LAN) — некоторое количество расположенных относительно недалеко друг от друга компьютеров, имеющих общую среду передачи данных. Обычно в локальную сеть связываются офисные или домашние компьютеры.




В силу физически близкого расположения компьютеров, входящих в локальную сеть, в ней возможна передача данных с очень высокой скоростью.


На сегодняшний день стандартом «де факто» для проводных сетей является Ethernet.

Региональные сети


Региональные или городские сети (Metropolitan Area Network, MAN) объединяют от нескольких сотен до тысяч компьютеров, обычно в пределах одного города или области. Часто в качестве MAN используются модифицированные сети кабельного телевидения.




Региональные сети работают на скоростях от средних до высоких.


Глобальные сети


Глобальные компьютерные сети (Wide Area Network, WAN) — это совокупность более мелких, региональных сетей, которые связаны между собой различными телекоммуникационными каналами: оптоволоконными кабелями, спутниковыми каналами, телефонными линиями. Самой известной и широко распространенной глобальной сетью является Internet.




В силу огромной протяженности линий передачи данных, глобальные сети, как правило, работают с самой низкой скоростью.


По типу функционального взаимодействия

Одноранговые сети

В одноранговых сетях все компьютеры «равны». Каждый из них может как предоставлять свои ресурсы другим компьютерам, так и пользоваться ресурсами, предоставляемыми остальными участниками сети.





Сети «клиент-сервер»

В сети типа «клиент-сервер» существует два типа машин — клиенты и сервер(ы). Основная задача сервера — предоставлять свои ресурсы клиентам, т.е. всем другим компьютерам сети. Ресурсы, предоставляемые серверами, могут быть различного типа — файлы, почтовые сервисы, базы данных.




Сети точка-точка

Сеть типа «точка-точка» — самая простая разновидность компьютерной сети. В этом случае два компьютера соединяются друг с другом напрямую через какой-либо канал связи.



Главное достоинство сети «точка-точка» — максимальная простота и минимальная стоимость подключения. Недостаток же продиктован самой идеей данной сети — она не может состоять более, чем из двух узлов.

Смешанные (гибридные) сети


Смешанные (гибридные) сети сочетают в себе признаки как одноранговых сетей, таки сетей, построенных по принципу «клиент-сервер». В смешанной сети узел, являясь сервером для одной части компьютеров, может одновременно быть клиентом другого сервера (или нескольких серверов).




2. Принципы взаимодействия сетевых устройств


Главная цель, которая преследуется при соединении компьютеров в сеть - это возможность использования ресурсов каждого компьютера всеми пользователями сети. Для того, чтобы реализовать эту возможность, компьютеры, подсоединенные к сети, должны иметь необходимые для этого средства взаимодействия с другими компьютерами сети. Задача разделения сетевых ресурсов является сложной, она включает в себя решение множества проблем - выбор способа адресации компьютеров и согласование электрических сигналов при установление электрической связи, обеспечение надежной передачи данных и обработка сообщений об ошибках, формирование отправляемых и интерпретация полученных сообщений, а также много других не менее важных задач.


Обычным подходом при решении сложной проблемы является ее декомпозиция на несколько частных проблем - подзадач. Для решения каждой подзадачи назначается некоторый модуль. При этом четко определяются функции каждого модуля и правила их взаимодействия.

Для каждого уровня определяется набор функций-запросов, с которыми к модулям данного уровня могут обращаться модули выше лежащего уровня для решения своих задач. Такой формально определенный набор функций, выполняемых данным уровнем для выше лежащего уровня, а также форматы сообщений, которыми обмениваются два соседних уровня в ходе своего взаимодействия, называется интерфейсом.

Интерфейс определяет совокупный сервис, предоставляемый данным уровнем выше лежащему уровню. Соглашения должны быть приняты для всех уровней, начиная от самого низкого уровня передачи битов, до самого высокого уровня, детализирующего, как информация должна быть интерпретирована. Такие формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколами.

Согласованный набор протоколов разных уровней, достаточный для организации межсетевого взаимодействия, называется стеком протоколов.

Программные средства, реализующие некоторый протокол, также называют протоколом. При этом соотношение между протоколом - формально определенной процедурой взаимодействия, и протоколом - средством, реализующим эту процедуру, аналогично соотношению между алгоритмом решения некоторой задачи и программой, решающей эту задачу. Понятно, что один и тот же алгоритм может быть запрограммирован с разной степенью эффективности. Точно также и протокол может иметь несколько программных реализаций, например, протокол IPX, реализованный компанией Microsoft для Windows NT в виде программного продукта NWLink, имеет характеристики, отличающиеся от реализации этого же протокола компанией Novell. Именно поэтому, при сравнении протоколов следует учитывать не только логику их работы, но и качество программных решений. Более того, на эффективность взаимодействия устройств в сети влияет качество всей совокупности протоколов, составляющих стек, то есть, насколько рационально распределены функции между протоколами разных уровней и насколько хорошо определены интерфейсы между ними.


Эталонная сетевая модель взаимодействия открытых систем (модель OSI, Open Systems Interconnection Reference Mode) — абстрактная модель, характеризующая взаимодействие систем в процессе сетевых коммуникаций, использует уровневый подход к сети. Модель OSI является базисом для разработки сетевых протоколов.


В модель входит семь уровней, которые располагаются друг над другом. Каждый уровень выполняет только строго отведенные для него задачи, взаимодействуя лишь исключительно с вышестоящим и нижестоящим «соседом»:




Уровень 1, физический


Физический уровень получает пакеты данных от вышележащего канального уровня и преобразует их в оптические или электрические сигналы, соответствующие 0 и 1 бинарного потока. Эти сигналы посылаются через среду передачи на приемный узел. Механические и электрические/оптические свойства среды передачи определяются на физическом уровне и включаютя:

Тип кабелей и разъемов

Разводку контактов в разъемах

Схему кодирования сигналов для значений 0 и 1


К числу наиболее распространенных спецификаций физического уровня относятся:

EIA-RS-232-C, CCITT V.24/V.28 - механические/электрические характеристики несбалансированного последовательного интерфейса.

EIA-RS-422/449, CCITT V.10 - механические, электрические и оптические характеристики сбалансированного последовательного интерфейса.

IEEE 802.3 -- Ethernet

IEEE 802.5 -- Token ring


Уровень 2, канальный


Канальный уровень обеспечивает создание, передачу и прием кадров данных. Этот уровень обслуживает запросы сетевого уровня и использует сервис физического уровня для приема и передачи пакетов. Спецификации IEEE 802.x делят канальный уровень на два подуровня: управление логическим каналом (LLC) и управление доступом к среде (MAC). LLC обеспечивает обслуживание сетевого уровня, а подуровень MAC регулирует доступ к разделяемой физической среде.


Наиболее часто используемые на уровне 2 протоколы включают:

HDLC для последовательных соединений

IEEE 802.2 LLC (тип I и тип II) обеспечивают MAC для сред 802.x

Ethernet

Token ring

FDDI

X.25

Frame relay


Уровень 3, сетевой


Сетевой уровень отвечает за деление пользователей на группы. На этом уровне происходит маршрутизация пакетов на основе преобразования MAC-адресов в сетевые адреса. Сетевой уровень обеспечивает также прозрачную передачу пакетов на транспортный уровень.


Наиболее часто на сетевом уровне используются протоколы:

IP - протокол Internet

IPX - протокол межсетевого обмена

X.25 (частично этот протокол реализован на уровне 2)

CLNP - сетевой протокол без организации соединений


Уровень 4, транспортный


Транспортный уровень делит потоки информации на достаточно малые фрагменты (пакеты) для передачи их на сетевой уровень.


Наиболее распространенные протоколы транспортного уровня включают:

TCP - протокол управления передачей

NCP - Netware Core Protocol

SPX - упорядоченный обмен пакетами

TP4 - протокол передачи класса 4


Уровень 5, сеансовый


Сеансовый уровень отвечает за организацию сеансов обмена данными между оконечными машинами. Протоколы сеансового уровня обычно являются составной частью функций трех верхних уровней модели.


Уровень 6, уровень представления


Уровень представления отвечает за возможность диалога между приложениями на разных машинах. Этот уровень обеспечивает преобразование данных (кодирование, компрессия и т.п.) прикладного уровня в поток информации для транспортного уровня. Протоколы уровня представления обычно являются составной частью функций трех верхних уровней модели.


Уровень 7, прикладной


Прикладной уровень отвечает за доступ приложений в сеть. Задачами этого уровня является перенос файлов, обмен почтовыми сообщениями и управление сетью.


К числу наиболее распространенных протоколов верхних уровней относятся:

FTP - протокол переноса файлов

TFTP - упрощенный протокол переноса файлов

X.400 - электронная почта

Telnet

SMTP - простой протокол почтового обмена

CMIP - общий протокол управления информацией

SNMP - простой протокол управления сетью

NFS - сетевая файловая система

FTAM - метод доступа для переноса файлов


С точки зрения практического применения, для организации межсетевого взаимодействия необходимы только процессы, соответствующие первым трем уровням эталонной модели OSI (физического, канального и сетевого). Именно они связаны с сетевым оборудованием - адаптерами, хабами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами. Функции более высокого уровня реализуются операционными системами и приложениями конечных узлов. Особо можно выделить транспортный уровень, который играет роль посредника между этими двумя группами протоколов.


Однако, для описания локальных сетей оказалась более удобной четырехуровневая модель TCP/IP. Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) - это стандарт стека протоколов, разработанный более 20 лет назад по инициативе Министерства обороны США для связи нескольких сетей между собой. Существуют они в виде спецификаций RFC (Request for Comment) - последовательной серии документов, описывающих функционирование сети Internet.


1.Уровень IV. Соответствует физическому и канальному уровням модели OSI, и определяет метод инкапсуляции пакетов IP в кадры сетевой технологии. Не регламентируется, но поддерживает Ethernet и большинство известных стандартов (PPP, Frame Relay, X.25, и др.).

2. Уровень III, межсетевого взаимодействия, по значению соостветствующий сетевому уровню модели OSI. В качестве основного используется дейтаграмный (без гарантии доставки) протокол IP, изначально предназначенный для передачи информации в глобальной сети. Так же применяются протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol), и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol).

3. Уровень II. Носит название основного, и соответствует транспортному и сеансовому уровню модели OSI. Определяет функционирование протокола управления передачей TCP, и протокола дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). TCP образует виртуальное соединение (сессию) между прикладными процессами, и обеспечивает надежную передачу сообщений. Протокол UDP обеспечивает передачу пакетов дейтаграммным способом, и выполняет только функции связующего звена между III и I уровнями.

4. Уровень I, или прикладной. К этим протоколам и сервисам относятся такие широко используемые, как FTP (копирования файлов), эмуляции терминала telnet, почтовый SMTP, гипертекстовые сервисы доступа WWW и многие другие.


Связь между моделью OSI и стеком TCP/IP можно показать следующим образом.

Модель OSI	Протоколы информационного обмена	Стек TCP/IP
7	HTTP, SNMP, FTP, Telnet, SSH, и много других	I
6
5	TCP, UDP, DNS, NetBios	II
4
3	IP, ARP(RARP), ICMP, RIP, DHCP	II
2	Ethernet, ATM, Frame Relay, SDH (Для стека TCP/IP не регламентируется)	IV
1

Распространенные протоколы


Среди множества протоколов наиболее популярны следующие: TCP/IP; NetBEUI; Х.25;

Xerox Network System (XNS™); IPX/SPXHNWLink; APPC; AplleTalk; набор протоколов OSI; DECnet.


TCP/IP


Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) — промышленный стандартный набор протоколов, которые обеспечивают связь в гетерогенной (неоднородной) среде, т.е. обеспечивают совместимость между компьютерами разных типов. Совместимость — одно из основных преимуществ TCP/IP, поэтому большинство ЛВС поддерживает его. Кроме того, TCP/IP предоставляет доступ к ресурсам Интернета, а также маршрутизируемый протокол для сетей масштаба предприятия. Поскольку TCP/IP поддерживает маршрутизацию, он обычно используется в качестве межсетевого протокола. Благодаря своей популярности TCP/IP стал стандартом де-факто для межсетевого взаимодействия. К другим специально созданным для набора TCP/IP протоколам относятся:

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — электронная почта;

FTP (File Transfer Protocol) — обмен файлами между компьютерами, поддерживающими TCP/IP;

SNMP (Simple Network Management Protocol) — управление сетью.


TCP/IP имеет два главных недостатка: размер и недостаточная скорость работы. TCP/IP — относительно большой стек протоколов, который может вызвать проблемы у MS-DOS-клиентов. Однако для таких операционных систем, как Windows NT или Windows 95, размер не является проблемой, а скорость работы сравнима со скоростью протокола IPX.


NetBEUI


NetBEUI — расширенный интерфейс NetBIOS. Первоначально NetBIOS и NetBEUI были тесно связаны и рассматривались как один протокол. Затем некоторые производители ЛВС так обособили NetBIOS, протокол Сеансового уровня, что он уже не мог использоваться наряду с другими маршрутизируемыми транспортными протоколами. NetBIOS (Network Basic Input/Output System — сетевая базовая система ввода/вывода) -это IBM-интерфейс Сеансового уровня с ЛВС, который выступает в качестве прикладного интерфейса с сетью. Этот протокол предоставляет программам средства для осуществления сеансов связи с другими сетевыми программами. Он очень популярен, так как поддерживается многими приложениями.


NetBEUI — небольшой, быстрый и эффективный протокол Транспортного уровня, который поставляется со всеми сетевыми продуктами фирмы Microsoft. Он появился в середине 80-х годов в первом сетевом продукте Microsoft — MS®-NET.


К преимуществам NetBEUI относятся небольшой размер стека (важно для MS-DOS-компьютеров), высокая скорость передачи данных по сети и совместимость со всеми сетями Microsoft. Основной недостаток NetBEUI — он не поддерживает маршрутизацию. Это ограничение относится ко всем сетям Microsoft.


Х.25


Х.25 — набор протоколов для сетей с коммутацией пакетов. Его использовали службы коммутации, которые должны были соединять удаленные терминалы с мэйнфреймами.


XNS


Xerox Network System (XNS) был разработан фирмой Xerox для своих сетей Ethernet. Его широкое использование началось с 80-х годов, но постепенно он был вытеснен протоколом TCP/IP. XNS — большой и медленный протокол, к тому же он применяет значительное количество широковещательных сообщений, что увеличивает трафик сети.

IPX/SPX и NWLink


Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange (IPX/SPX) — стек протоколов, используемый в сетях Novell. Как и NetBEUI, относительно небольшой и быстрый протокол. Но, в отличие от NetBEUI, он поддерживает маршрутизацию. IPX/SPX -«наследник» XNS. NWLink — реализация IPX/SPX фирмой Microsoft. Это транспортный маршрутизируемый протокол.


АРРС


АРРС (Advanced Program-to-Program Communication) — транспортный протокол фирмы IBM, часть Systems Network Architecture (SNA). Он позволяет приложениям, работающим на разных компьютерах, непосредственно взаимодействовать и обмениваться данными.

AppleTalk


AppleTalk — собственный стек протоколов фирмы Apple Computer, позволяющий компьютерам Apple Macintosh совместно использовать файлы и принтеры в сетевой среде.

Набор протоколов OSI


Набор протоколов OSI — полный стек протоколов, где каждый протокол соответствует конкретному уровню модели OSI. Набор содержит маршрутизируемые и транспортные протоколы, серии протоколов IEEE Project 802, протокол Сеансового уровня, Представительского уровня и несколько протоколов Прикладного уровня. Они обеспечивают полнофункциональность сети, включая доступ к файлам, печать и эмуляцию терминала.


DECnet


DECnet — собственный стек протоколов фирмы Digital Equipment Corporation. Этот набор аппаратных и программных продуктов реализует архитектуру Digital Network Architecture (DNA). Указанная архитектура определяет сети на базе локальных вычислительных сетей Ethernet, сетей FDDI MAN (Fiber Distributed Data Interface Metropolitan Area Network) и глобальных вычислительных сетей, которые используют средства передачи конфиденциальных и общедоступных данных. DECnet может использовать как протоколы TCP/IP и OSI, так и свои собственные. Данный протокол принадлежит к числу маршрутизируемых.


Несколько раз DECnet обновлялся; каждое обновление называется фазой. Текущая версия — DECnet Phase V. Используются как собственные протоколы DEC, так и достаточно полная реализация набора протоколов OSI.


Internet и TCP/IP


Internet представляет собой всемирную разветвленную систему связанных между собой узлов и локальных сетей. Передача данных в Internet основана на принципе коммутации пакетов, по которому поток данных, передаваемых из одного узла в другой, разбивается на пакеты, передающиеся в общем случае через систему коммуникаций и маршрутизаторов независимо друг от друга и вновь собирающиеся на приемной стороне.


Комплект протоколов (Internet Protocol Suite) TCP/IP формировался при разработке глобальной сети ARPAnet, впоследствии переросшей во всемирную сеть Internet. Протоколы базируются на IP (Internet Protocol) - протоколе негарантированной доставки пакетов (дейтаграмм) без установления соединения (unreliable connectionless packet delivery).


Интернет связывает около 40 миллионов пользователей во всем мире. Им предоставляются услуги электронной почты (протокол SMTP), передачи файлов (FTP), эмуляции терминалов - выполнения заданий на удаленных компъютерах (TelNet).


Наиболее популярные средства доступа к информации Internet:


Archie - индексный поиск файлов. Каждый сервер периодически выдает списки предоставляемых им файлов и описаний специальным Archie-серверам. Для поиска нужного файла клиентское обеспечение Arhie генерирует запрос, ответом на который будет являться список местоположений и описаний (аннотаций) файлов, удовлетворяющих заданному запросу. В дальнейшем требуемый файл может быть получен с помощью FTP.


Gopher - система меню для поиска (навигации) и получения требуемой информации. Путешествуя по каталогам, можно выйти на требуемый файл для его просмотра средствами, соответствующими его природе, в т. ч. мультимедийными, или получения. Удобный интерфейс пользователя скрывает реальную работу протокола Telnet.


World Wide Web (WWW) - сервис, позволяющий с помощью текстово - графических страниц (включающих иконки и качественные картинки) с перекрестными ссылками путешествовать по Интернету в поисках (и для получения) текстовой, графической и мультимедийной информации. Поиск и представление информации осуществляет клиентское ПО - Browser, например, NetScape. За большую наглядность и функциональность (но меньшую строгость) по сравнению с Gopher'ом приходится расплачиваться повышенным объемом данных, передаваемым по не всегда быстрым каналам связи.


Адресация и маршрутизация в Internet


В отличии от физических (MAC) адресов, формат которых зависит от конкретной сетевой архитектуры, IP-адрес любого узла сети представляется четырехбайтным числом. Соответствие IP-адреса узла его физическому внутри (под)сети устанавливается динамически посредством широковещательных запросов ARP-протокола.


При написании IP-адрес состоит из четырех чисел в диапазоне 0-255, представляемых в двоичной, восьмиричной, десятичной или шестнадцатиричной системе счисления и разделяемых точками. Адрес состоит из сетевой части, общей для всех узлов данной сети, и хост-части, уникальной для каждого узла. Соотношение размеров частей адреса зависит от класса сети, однозначно определяемого значениями старших бит адреса. Классы сетей введены для наиболее эффективного использования единого адресного пространства Internet.


Сети класса A имеют 0 в старшем бите адреса, у них на сетевой адрес отводятся младшие 7 бит первого байта, хост-часть - 3 байта. Их может быть 126 с 16 миллионами узлов в каждой.


Сети класса B имеют 10 в двух старших битах адреса, у них на сетевой адрес отводятся младшие 6 бит первого байта и второй байт, хост-часть - 2 байта. Их может быть около 16 тысяч с 65 тыс. узлов.


Сети класса С имеют 110 в трех старших битах адреса, у них на сетевой адрес отводятся младшие 5 бит первого байта, второй и третий байты, хост-часть - 1 байт. Их может быть около 2 миллионов по 254 узла.


Для разделения трафика сетей с большим количеством узлов применяется разделение на подсети (Subnet) требуемого размера. Адрес подсети использует несколько старших бит хост-части IP-адреса, оставшиеся младшие биты - нулевые.


В общем виде IP-адрес состоит из адреса сети, подсети и локального хост-адреса.


Комбинации всех нулей или единиц в сетевой, подсетевой или хост-части зарезервированы под широковещательные и служебные цели.


Внутренний трафик (под)сети изолируется от остальной сети маршрутизатором. Область адресов (под)сети определяется значением маски (под)сети. Маска представляет собой 32-битное число, представляемое по общим правилам записи IP-адреса, у которого старшие биты, соответствующие сетевой и подсетевой части адреса, имеют единичное значение, младшие (локальная хост-часть) - нулевые.


При посылке IP-дейтаграммы узел сравнивает IP-адрес назначения со своим IP-адресом и накладывает на результат маску подсети. Ненулевое значение результата этой операции является указанием на передачу пакета из (под)сети во внешнюю сеть.


Термин Routing - маршрутизация - означает передачу дейтаграммы от одного узла к другому.


Direct Routing - прямая маршрутизация - осуществляется между узлами одной (под)сети. В этом случае источник знает конкретный физический адрес получателя и инкапсулирует IP-дейтаграмму во фрейм сети, содержащий этот адрес и непосредственно передающийся по сети получателю.


Indirect Routing - непрямая маршрутизация - передача дейтаграмм между узлами различных (под)сетей. Обнаружив расхождение немаскированной (сетевой) части IP-адресов, источник посылает фрейм с IP-дейтаграммой по физическому адресу маршрутизатора.


Маршрутизатор анализирует IP-адрес назначения полученной дейтаграммы и, в зависимости от адресов прямо подключенных к нему (под)сетей, посылает дейтаграмму либо прямо по адресу назначения, либо к следующему маршрутизатору. Для обеспечения межсетевого обмена все узлы сети (включая и маршрутизаторы) должны иметь списки IP-адресов доступных маршрутизаторов.


Информация в TCP/IP передается пакетами со стандартизованной структурой, называемые IP-дейтаграммами (IP Datagram), имеющими поле заголовка (IP Datagram Header) и поле данных (IP Datagram Data). Поле заголовка содержит собственно заголовок, IP-адреса источника и приемника. Длина дейтаграммы определяется сетевым матобеспечением так, чтобы она умещалась в поле данных сетевого фрейма, осуществляющего ее транспортировку. Поскольку по пути следования к адресату могут встречаться сети с меньшим размером поля данных фрейма, IP специфицирует единый для всех маршрутизаторов метод разбивки дейтаграммы на фрагменты (тоже IP-дейтаграммы) и обратной ее сборки приемником. Однажды фрагментированная дейтаграмма собирается только ее окончательным приемником, поскольку отдельные фрагменты могут добираться до него различными путями.


Протоколы Internet


Cетевой уровень:


IP - Internet Protocol - обеспечивает негарантированную доставку пакета от узла к узлу, в работе с нижними уровнями использует ARP и RARP.


ARP - Address Resolution Protocol - динамически преобразует IP-адрес в физический (MAC).


RARP - Reverse Address Resolution Protocol - обратный к ARP, преобразует физический адрес в IP-адрес.


ICMP - Internet Control Message Protocol - управляет передачей управляющих и диагностических сообщений между шлюзами и хостами, определяет доступность и способность к ответу абонентов-адресатов назначения пакетов, работоспособность маршрутизаторов и т. п. ICMP взаимодействует с вышестоящими протоколами TCP/IP. Сообщения передаются с помощью IP-дейтаграмм.

Транспортный уровень:


UDP - User Datagram Protocol - обеспечивает негарантированную доставку пользовательских дейтаграмм без установления соединения между заданными процессами передающего и принимающего узлов. Взаимодействующие процессы идентифицируются протокольными портами (Protocol Ports) - целочисленными значениями в диапазоне 1-65535. Порты 1-255 закреплены за широко используемыми приложениями (Well-known port assigments), остальные назначаются динамически перед посылкой дейтаграммы. UDP-дейтаграмма имеет заголовок, включающий номера портов источника (для возможности корректного ответа) и назначения, и поле данных. Длина поля данных UDP-дейтаграммы произвольна, протокол обеспечивает ее инкапсуляцию (помещение в поле данных) в одну или несколько IP-дейтаграмм и обратную сборку на приемной стороне. UDP позволяет множеству клиентов использовать совпадающие порты: дейтаграмма доставляется клиенту (процессу) с заданным IP-адресом и номером порта. Если таковой клиент не находится, то дейтаграмма отправляется по адресу 0.0.0.0 (обычно это "черная дыра").


TCP - Transmission Control Protocol - обеспечивает гарантированный поток данных между клиентами, установившими виртуальное соединение. Поток представляет собой неструктурированную последовательность байт, их интерпретация согласуется передающей и приемной стороной предварительно. Для идентификации используются порты, аналогично UDP-портам. Активная сторона (инициатор обмена) обычно использует произвольный порт, пассивная - обычно известный порт, соответствующий используемому протоколу верхнего уровня. TCP буферизует входящий поток, ожидая перед посылкой заполнения большой дейтаграммы. Поток сегментируется, каждому сегменту назначается последовательный номер. Передающая сторона ожидает подтверждения приема каждого сегмента, при его длительном отсутствии делает повторную передачу сегмента. Процесс, использующий TCP, получает уведомление о нормальном завершении передачи только по успешной сборке потока приемником. Протокол обеспечивает полный дуплекс, т.е. потоки данных могут идти одновременно во встречных направлениях.

Уровни представления данных и прикладной:


Telnet - обеспечение удаленного терминала (символьного и графического) UNIX-машины.


FTP - File Transfer Protocol - протокол передачи файлов


TFTP - Trivial File Transfer Protocol - тривиальный протокол передачи файлов


SMTP - Simple Mail Transfer Protocol - протокол передачи электронной почты, определяющий правила взаимодействия и форматы управляющих сообщений.


RIP - Routing Information Protocol - протокол обмена трассировочной информацией между маршрутизаторами.


DNS - Domain Name System - система обеспечения преобразования символических имен и псевдонимов сетей и узлов в IP-адреса и обратно.


Сетевые операционные системы


Сетевая операционная система (NOS - Network Operating System) - пакет программ, обеспечивающий реализацию сети и ее управление, позволяющий клиентам использовать ресурсы и услуги сети. Основная часть NOS устанавливается на сервере и обеспечивает:


- совместное использование файлов, расположенных в дисковом пространстве сервера;

- использование разделяемых устройств (принтеров, модемов и пр.), физически подключенных к серверам или другим узлам сети;

- обмен сообщениями между узлами сети;

- взаимодействие процессов;

- почтовый сервис;

- обслуживание сетевых запросов от пользователей и приложений.


Кроме непосредственного обслуживания запросов в задачи NOS входит обеспечение надежности хранения данных и функционирования сети различными средствами, включающими в себя контроль выполнения физических и логических операций, дублирование подсистем, обеспечение централизованного резервного копирования данных на внешние носители, взаимодействие с системами бесперебойного питания и др.


Важной функцией NOS является обеспечение безопасности хранения данных в смысле конфиденциальности (Security) - разграничение прав доступа клиентов к различным ресурсам, парольная защита, выявление попыток нарушения, трассировки действий пользователей и пр. NOS обеспечивает поддержку различных периферийных устройств и их реконфигурирование, обслуживание дисков - тестирование и восстановление логических структур, поддержку сетевых адаптеров, ведение журналов системных событий и сбоев.


Программное обеспечение рабочей станции - клиента сети - преобразует запросы прикладного ПО на использование сетевых ресурсов в соответствующие сетевые форматы, обеспечивает их пересылку через среду передачи к серверу и обратные преобразования ответов. Клиентская часть ПО зависит от операционной системы станции (DOS, Windows-95, OS/2, Unix, Macintosh) и поддерживаемых сетей.


Технология "клиент-сервер" обычно подразумевает выделение сервера (Dedicated Server). В этом случае NOS является главной (или единственной) системой, управляющей всеми ресурсами компьютера. Эти системы обычно имеют более широкие функциональные возможности и производительность сети, они используют собственные дисковые и файловые системы, оптимизированные под сеть. Монопольное владение ресурсами компьютера создает предпосылки высокой надежности сервера.


Одноранговые сети (peer-to-peer) подразумевают возможность работы любого компьютера одновременно в качестве сервера и клиента. Здесь NOS либо является процессом, выполняемым под управлением исходной ОС (NetWare Lite, Lantastic, Windows for Workgroups), либо являться органичной частью ОС (Windows NT, с некоторыми оговорками Windows-95 и Personal NetWare). В любом случае параллельно с процессами NOS на том же компьютере могут исполняться произвольные прикладные программы, и надежность сервера сильно зависит от устойчивости ОС к некорректным процессам. Из перечисленных одноранговых NOS высоконадежной является только Windows NT, остальные могут только соревноваться по производительности и частости "зависаний" сервера.


Клиент реализуется либо в виде оболочки (редиректора), работающей под управлением исходной ОС рабочей станции (DOS, OS/2, UNIX) и обслуживающей сетевые запросы, либо может являться органической частью ОС (Windows-95, Windows NT). Клиент может иметь одновременный доступ к ресурсам нескольких сетей, использующих общую или раздельную среду передачи.


Windows Server 2003


Windows Server 2003 (кодовое название при разработке — Whistler Server, внутренняя версия — Windows NT 5.2) — это операционная система семейства Windows NT от компании Microsoft, предназначенная для работы на серверах. Она была выпущена 24 апреля 2003 года.


Windows Server 2003 является развитием Windows 2000 Server и серверным вариантом операционной системы Windows XP.


Новые функции системы


Windows Server 2003 в основном развивает функции, заложенные в предыдущей версии системы — Windows 2000 Server. На это указывало и версия NT 5.2 ядра системы (NT 5.0 для Windows 2000). Ниже приведены некоторые из наиболее заметных изменений по сравнению с Windows 2000 Server.


Поддержка .NET


Windows Server 2003 — первая из операционных систем Microsoft, которая поставляется с предустановленной оболочкой .NET Framework. Это позволяет данной системе выступать в роли сервера приложений для платформы Microsoft .NET без установки какого-либо дополнительного программного обеспечения.


Улучшения Active Directory


Windows Server 2003 включает в себя следующие улучшения для Active Directory — службы каталогов, впервые появившейся в Windows 2000:

Возможность переименования домена Active Directory после его развёртывания.

Упрощение изменения схемы Active Directory — например, отключения атрибутов и классов.

Улучшенный пользовательский интерфейс для управления каталогом (стало возможно, например, перемещать объекты путём их перетаскивания и одновременно изменять свойства нескольких объектов).

Улучшенные средства управления групповой политикой, включая программу Group Policy Management Console.


IIS 6.0


В составе Windows Server 2003 распространяется версия 6.0 служб Internet Information Services, архитектура которой существенно отличается от архитектуры служб IIS 5.0, доступных в Windows 2000. В частности, для повышения стабильности стало возможным изолировать приложения друг от друга в отдельных процессах без снижения производительности. Также был создан новый драйвер HTTP.sys для обработки запросов по протоколу HTTP. Этот драйвер работает в режиме ядра, в результате чего обработка запросов ускоряется.


Безопасность


По заявлениям Microsoft, в Windows Server 2003 большое внимание было уделено безопасности системы. В частности, система теперь устанавливается в максимально ограниченном виде, без каких-либо дополнительных служб, что уменьшает поверхность атаки. В Windows Server 2003 также включён программный межсетевой экран Internet Connection Firewall. Впоследствии к системе был выпущен пакет обновления, который полностью сосредоточен на повышении безопасности системы и включает несколько дополнительных функций для защиты от атак. Согласно американскому стандарту безопасности Trusted Computer System Evaluation Criteria (TCSEC) система Windows Server 2003 относится к классу безопасности C2 — Controlled Access Protection


Прочее


В Windows Server 2003 впервые появилась служба теневого копирования тома (англ. Volume Shadow Copy Service), которая автоматически сохраняет старые версии пользовательских файлов, позволяя при необходимости вернуться к предыдущей версии того или иного документа. Работа с теневыми копиями возможна только при установленном «клиенте теневых копий» на ПК пользователя, документы которого необходимо восстановить.


Novell


Фирмой Novell разработано несколько поколений сетевых операционных систем NetWare. Первые версии ELS (Entry Level System) NetWare имели ограниченные функциональные возможности и могли обслуживать до 8 станций.


Advanced NetWare 2.x является полноценной сетевой ОС, способной одновременно обслуживать до 100 пользователей сервера на базе 286+ PC, как выделенного, так и невыделенного. Перед установкой версии 2.15 требовалось тщательное предварительное планирование конфигурации. Процесс генерации ядра ОС (компоновка модулей пользователем) занимал несколько часов. Для изменения конфигурации требовалась остановка сервера и повторная генерация ядра.


Современный облик NetWare начал определяться с версий 2.15–2.2 в которых обеспечивались все возможности разделяемого использования файлов сервера и принтеров, имелись средства обеспечения безопасности (security) и отказоустойчивости SFT (System Fault Tolerance). Средства SFT включали дуплексирование/отражение дисков и сиcтему отслеживания транзакций TTS (Transaction Tracking System). Кроме файловой системы DOS имелась поддержка имен OS Macintosh. Функции системы расширялись путем запуска на сервере дополнительных процессов VAP (Value Added Process).


Следующее поколение — версии 3.x — используют только выделенный сервер на базе 386+ PC. Сеть может иметь несколько серверов, поддерживающих до 250 пользователей. ОС поддерживает множество протокольных стеков и файловые системы DOS, Macintosh, OS/2, Unix и средства клиентов этих систем. Средства SFT расширены, введена возможность отражения сервера. Повышен уровень защиты от несанкционированного доступа шифрованием паролей и введением в пакеты сигнатуры NCP. Списки клиентов и их права на использование сетевых ресурсов хранятся на каждом сервере в базе данных Bindery. Сервер конфигурируется динамически в процессе эксплуатации, его функции расширяются запуском дополнительных загружаемых модулей — NLM (NetWare Loadable Module). Для широкомасштабных сетей имеется поддержка временных зон (часовых поясов). Популярная версия 3.11 имеет ряд известных ошибок, некоторые из них позволяют обходить систему защиты. Ошибки исправляются распространенными пакетами заплаток (patches). В версии 3.12 эти ошибки исправлены и введена новая концепция клиентской части для DOS, обеспечивающая совместимость как с предыдущими версиями, так и со следующим поколением и одноранговой сетью Personal NetWare.


Весьма популярна русифицированная версия 3.12, в которой основные утилиты выдают сообщения и меню на русском языке. К сожалению, качество перевода печатной документации оставляет желать лучшего, а электронная справочная система так и не была переведена. Версии 4.x ориентированы на большие многосерверные сети, где каждый сервер одновременно может обслуживать до 1000 пользователей. Первые версии (4.0, 4.02) были довольно «сырыми» и содержали много досадных ошибок, версия 4.1 уже вполне работоспособна. Система поддерживает глобальные списки имен и ресурсов NDS (NetWare Directory Services); для получения доступа ко всем разрешенным ресурсам на всех серверах пользователь регистрируется в сети однократно. Совместимость со старыми клиентами обеспечивается возможностью эмуляции Bindery, совместимость утилит обеспечивает совместную работу серверов версий 2, 3 и 4 в одной сети. NetWare 4.x имеет более мощную систему защиты и контроля за действиями пользователей и более развитую систему управления сетью. Введено сжатие данных на диске, изменился набор утилит. По сравнению с 3.12 заметно повышена производительность, однако это оплачивается повышенным расходом памяти сервера в расчете на одного клиента. Минимальный объем памяти для сервера — 8 Мбайт. Снова появилась возможность невыделенного сервера: NetWare Server for OS/2 устанавливается на компьютере с ОЗУ объемом более 16 Мбайт, при этом сервер и его OS/2-клиент могут работать паралельно, разделяя использование сетевых карт.


Протокол ядра NetWare (NCP)


Протокол ядра NetWare NCP (NetWare Core Protocol) определяет служебные средства, доступные для пользователей сетей Novell NetWare. Эти средства можно разбить на следующие категории:

Средства доступа к файлам (открытие, закрытие файлов и чтение/запись данных).

Средства блокировки файлов.

Средства защиты.

Средства отслеживания распределения ресурсов.

Средства уведомления о событии.

Средства печати и управления очередями.

Средства каталогизации (NetWare Directory Services) и синхронизации с другими серверами.

Средства подключения и передачи данных.

Средства управления сетью.


Протокол NCP прозрачен для пользователей и автономных приложений на рабочих станциях. Например, пользователь может запросить файл сервера сети, который появляется на локальном диске. Функция переадресации на рабочей станции определяет, относится ли запрос на файл к локальному диску или сетевому и выполняет соответствующую маршрутизацию. В этом смысле программное обеспечение переадресации на рабочей станции работает с NCP для обеспечения служебных средств для пользователя.


Установив на сервере загружаемые модули NetWare (NLM NetWare Loadable Module), вы можете расширить сервисные средства ядра NetWare. Модули NLM могут обеспечивать управление сетью и диагностику, средства обслуживания базы данных, передачи данных, архивизации, сохранения и передачи сообщений (электронную почту) и дополнительные средства печати. Некоторые модули NLM поставляются вместе с NetWare, другие можно получить у Novell или других фирм.