Определение Internet. Топологии глобальных и локальных сетей. Функциональная модель Internet

2. Ключевые принципы, на чём строится Internet. Протокол TCP/IP.

  Сеть  Интернет объединяет десятки миллионов компьютеров самых разных типов: от персональных компьютеров разных моделей до огромных больших и сверхбольших компьютеров — мэйнфреймов. Найти общий язык общения таких «разношерстных» машин друг с другом — весьма сложная задача. Она разрешается благодаря использованию созданной для этой сети системы протоколов общения компьютеров. На  компьютерном языке протокол - это просто набор договоренностей,  который определяет обмен данными между  различными  программами.

  Основу этой системы составляют два главных протокола:

• Internet Protocol (IP) — межсетевой протокол, выполняет функции сетевого уровня модели OSI, он организует разбиение сообщений на электронные пакеты (IP-дейтаграммы¹), маршрутизирует отправляемые пакеты и обрабатывает получаемые;
• Transmission Control Protocol (TCP) — протокол управления передачей, выполняет функции транспортного уровня модели OSI, он управляет потоком данных, обрабатывает ошибки и гарантирует, что информационные пакеты получены все и собраны в нужном порядке.

  Последовательность  процедур использования этих протоколов следующая.

  Информация  для передачи упаковывается средствами прикладной программы в информационные блоки определенного формата. Протокол IP разделяет эти блоки на пакеты. У этих электронных информационных пакетов, есть стандартная оболочка: текст информационного сообщения запаковывается в кодовый конверт, формируемый из специальных символов начала и конца и заголовка сообщения, в котором указываются адреса отправителя и получателя (IP-адреса²). Такой кодовый конверт обеспечивает целостность сообщения и служит его проводником в сети.

  Затем компьютеры-маршрутизаторы, объединяющие отдельные участки сети между  собой, определяют, каким путём передать эти информационные пакеты от одного компьютера к другому. Каждый пакет доставляется адресату независимо от всех других по оптимальному на текущий момент маршруту. Иначе говоря, взаимосвязанные пакеты и пакеты от одного компьютера к другому могут передаваться разными путями. Это позволяет наиболее эффективно использовать ресурсы системы телекоммуникаций и обходить повреждённые её участки.

  На  приемном конце у получателя: проверяется качество каждого поступившего пакета (не произошло ли искажения информации при передаче), все пакеты одного длинного сообщения собираются вместе, проверяется наличие всех

пакетов этого сообщения и, в случае полноты и достоверности пакетов, они объединяются в единое сообщение. Если пакет информации потерялся или исказился, запрашивается его копия. Поскольку сообщение восстанавливается только после получения всех неискаженных пакетов, последовательность их получения значения не имеет.

  Протоколы IP и TCP настолько тесно связаны, что их часто приводят под одним названием — протоколы TCP/IP.

3. Сервисы и услуги Internet

  В настоящее время в Интернете существует достаточно большое количество сервисов, обеспечивающих работу со всем спектром ресурсов. Наиболее известными среди них являются:

• электронная почта (E-mail), обеспечивающая возможность обмена сообщениями одного человека с одним или несколькими абонентами;
• телеконференции, или группы новостей (Usenet), обеспечивающие возможность коллективного обмена сообщениями;
• сервис FTP — система файловых архивов, обеспечивающая хранение и пересылку файлов различных типов;
• сервис Telnet, предназначенный для управления удаленными компьютерами в терминальном режиме;
• World Wide Web (WWW, W3) — гипертекстовая (гипермедиа) система, предназначенная для интеграции различных сетевых ресурсов в единое информационное пространство;
• сервис DNS, или система доменных имен, обеспечивающий возможность использования для адресации узлов сети мнемонических имен вместо числовых адресов;
• сервис IRC, предназначенный для поддержки текстового общения в реальном времени (chat);

Сейчас наиболее популярные услуги Интернета — это:

• Всемирная паутина
• Веб-форумы
• Блоги
• Вики-проекты (и, в частности, Википедия)
• Интернет-магазины
• Интернет-аукционы
• Социальные сети
• Электронная почта и списки рассылки
• Группы новостей (в основном, Usenet)
• Файлообменные сети
• Электронные платёжные системы
• Интернет-радио
• Интернет-телевидение
• IP-телефония
• Мессенджеры
• FTP-серверы
• IRC (реализовано также как веб-чаты)
• Поисковые системы
• Интернет-реклама
• Удалённые терминалы
• Удалённое управление
• Многопользовательские игры
• Web 2.0

3. Топология физических связей.

  Если  мы хотим объединить в сеть несколько компьютеров, необходимо решить, каким образом эти компьютеры будут соединены, то есть нужно выбрать конфигурацию физических связей, или топологию.

   Сетевая топология (от греч. τόπος, место) — способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств, где вершины – это конечные узлы сети (например, компьютеры) и коммуникационные оборудование (например, серверы или маршрутизаторы), а рёбра – физические или информационные связи между вершинами.

  При увеличении числа связываемых устройств, количество возможных вариантов конфигураций резко возрастает. Поэтому необходимо выяснить, какая конфигурация для определённой ситуации более удобна и выгодна. Можно соединять каждый компьютер с каждым или же связывать их последовательно, предполагая, что они будут передавать сообщения друг другу «транзитом». Но необходимо предусмотреть, чтобы транзитные узлы были оснащены специальными средствами. В качестве транзитного узла может выступать как универсальный компьютер, так и специализированное устройство.

  Топология сети указывает не только на физическое расположение компьютеров, как часто  считают, но, что гораздо важнее, на характер связей между ними, особенности  распространения информации, сигналов по сети.

  Вообще, при упоминании о топологии сети, могут подразумеваться четыре разных понятия, относящиеся к различным  уровням сетевой архитектуры:

1. физической — описывает реальное расположение и связи между узлами сети, это географическая схема расположения компьютеров и прокладки кабелей;
2. логической — описывает хождение сигнала в рамках физической топологии, в неё входят и структура связей и характер распространения сигналов по сети;
3. информационной — описывает направление потоков информации, передаваемых по сети;
4. управления обменом — это принцип и последовательность передачи права на захват сети между отдельными компьютерами.

  Логический  уровень топологии сети - это наиболее правильное определение топологии. Именно характер связей определяет степень отказоустойчивости сети, требуемую сложность сетевой аппаратуры, наиболее подходящий метод управления обменом, возможные типы сред передачи (каналов связи), допустимый размер сети (длина линий связи и количество абонентов), необходимость электрического согласования и многое другое. Более того, физическое расположение компьютеров, соединяемых сетью, почти не влияет на выбор топологии. Как бы ни были расположены компьютеры, их можно соединить с помощью любой заранее выбранной топологии.

  Существует  множество различных классификации топологий сетей и, фактически, деление зависит исключительно от автора. Одна из них представлена в учебнике Бройдо В.Л., «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации». По геометрии построения (топологии) ИВС могут быть:

• полносвязные (сетка, mesh);
• шинные (линейные, bus);
• кольцевые (петлевые, ring);
• радиальные (звездообразные, star);
• распределенные радиальные (сотовые, cellular);
• иерархические (древовидные, hierarchy);
• смешанные (гибридные).

  Но  прежде чем подробнее говорить о сетевых топологиях, необходимо определить ещё одно понятие - метод доступа к среде передачи.

1. Методы доступа к среде передачи.

  Для ЛВС, использующих для передачи информации моноканал ¹, весьма актуальным является вопрос доступа клиентов к этому каналу.

  Для организации эффективного доступа к моноканалу используются принципы

частотной или временной модуляции. Наибольшее применение в простых сетях

получили принципы временной модуляции (временного разделения сообщений) передаваемых по моноканалу. Существуют несколько групп методов доступа, основанных на временном разделении:

• централизованные и децентрализованные;
• детерминированные и случайные.

  Централизованный  доступ управляется из центра управления сетью, например от сервера. Децентрализованные методы доступа функционируют на основе протоколов, принятых к исполнению всеми рабочими станциями сети, без каких-либо управляющих воздействий со стороны центра. Детерминированный доступ обеспечивает наиболее полное использование моноканала и даёт каждой рабочей станции определенное время доступа к моноканалу. При случайном доступе обращения станций к моноканалу могут выполняться в любое время, но нет гарантий эффективности передачи данных.

  В случае централизованного доступа каждый клиент может получать доступ к моноканалу:

• по заранее составленному расписанию;
• через определенные промежутки времени (например, через каждые 0,5 с), задаваемые коммутатором;
• по методу опроса;
• при получении полномочий в виде специального пакета-маркера.

  Метод передачи полномочий использует пакет, называемый маркером ¹. Последовательность передачи маркера по сети от одной рабочей станции к другой задается сервером. Рабочая станция, имеющая данные для передачи, анализирует, свободен ли маркер. Если маркер свободен, станция помещает в него пакет (пакеты) своих данных, устанавливает в нем признак занятости и передает маркер дальше по сети. Станция, которой было адресовано сообщение (в пакете обязательно есть адресная часть), принимает его, сбрасывает признак занятости и отправляет маркер дальше.

  К децентрализованным детерминированным  методам относятся: метод передачи маркера (то же самое что и метод передачи полномочий, но без управляющего центра) и метод включения маркера (тоже используется маркер, но рабочая станция, получившая маркер, может передать свои данные, даже если пришедший маркер занят).

  Случайные методы доступа основаны на равноправности всех станций сети и их возможности в любой момент времени обратиться к моноканалу с целью передачи данных. Поскольку возможны одновременные попытки передачи данных со стороны нескольких станций, между ними часто возникают коллизии (конфликты, столкновения). Сокращение числа конфликтных ситуации обеспечивается путем предварительного прослушивания моноканала для выявления его занятости станцией, желающей передать данные. Если канал занят, станция возобновляет свою попытку передачи данных через небольшой интервал времени. Если все же передачу данных начнут одновременно две станции, то возникает коллизия и данные в моноканале искажаются. Обе конфликтующие станции будут вынуждены передать свои данные повторно. Этот метод может быть рекомендован для использования в сетях с небольшим количеством абонентов, моноканал которых загружен мало (метод не может обеспечить хорошую загрузку канала из-за часто возникающих конфликтных ситуаций). Этот метод для сетей с шинной топологией реализуется, например, протоколом Ethernet. 

2. Базовые сетевые топологии ЛВС

  Существует  множество разнообразных способов соединения сетевых устройств (топологий), но из них можно выделить несколько базовых: полносвязная и ячеистая топологии, кольцо, шина, звезда и дерево. Помимо базовых топологий на практике встречаются смешанные или гибридные топологии (комбинации базовых). От выбора топологии связей существенно зависят характеристики сети, такие как время доставки сообщений, производительность, надёжность и другие.  Например, наличие между узлами нескольких путей повышает надёжность сети. Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым топологиям, делает сеть легко расширяемой. Немаловажным фактором также является экономический аспект – зачастую отдаётся предпочтение топологии, для которой характерна минимальная суммарная длина линий связи. Исходя из всего этого, в определённой ситуации нужно выбирать ту или иную топологию для объединения компьютеров в сеть. Но также необходимо учитывать, что у каждой топологии есть свои недостатки и преимущества, которые более подробно я рассмотрю далее.