Принципы построения глобальных сетей

- коммутация каналов (используется при передаче аудиоинформации по обычным телефонным линиям связи;

- коммутация сообщений (применяется в основном для передачи электронной почты, в телеконференциях, электронных новостях);

- коммутация пакетов (для передачи данных, в настоящее время используется        также для передачи аудио - и видеоинформации)

       Достоинством  сетей коммутации каналов является простота реализации (образование непрерывного составного физического канала), а  недостатком - низкий коэффициент использования  каналов, высокая стоимость передачи данных, повышенное время ожидания других пользователей. При коммутации сообщений передача данных (сообщения) осуществляется после освобождения канала, пока оно не дойдет до адресата. Каждый сервер производит прием, проверку, сборку, маршрутизацию и передачу сообщения.  

    2. СЕТЬ INTERNET

    2.1 Создание и развитие Internet 

 Структура и основные принципы построения сети Интернет:

       Internet – всемирная информационная компьютерная сеть, представляющая собой объединение множества региональных компьютерных сетей и компьютеров, обменивающих друг с другом информацией по каналам общественных телекоммуникаций.

        Информация в Internet хранится на серверах. Серверы имеют  свои адреса и управляются специализированными  программами. Они позволяют пересылать почту и файлы, производить поиск  в базах данных и выполнять другие задачи. Обмен информацией между серверами сети выполняется по высокоскоростным каналам связи (выделенным телефонным линиям, оптоволоконным и спутниковым каналам связи).Доступ отдельных пользователей к информационным ресурсам Internet обычно осуществляется через-провайдера.  
             Провайдер - поставщик сетевых услуг – лицо или организация предоставляющие услуги по подключению к компьютерным сетям. В качестве провайдера выступает некоторая организация, имеющая модемный пул для соединения с клиентами и выхода во всемирную-паутину.  
      Основными ячейками глобальной сети являются локальные вычислительные сети. Если некоторая локальная сеть непосредственно подключена к глобальной, то и каждая рабочая станция этой сети может быть подключена к ней. Существуют также компьютеры, которые непосредственно подключены к глобальной сети. Они называются хост - компьютерами (host - хозяин). Хост – это любой компьютер, являющийся постоянной частью Internet, т.е. соединенный по Internet – протоколу с другим хостом, который в свою очередь, соединен с другим, и так далее.

Рис. 2  Структура глобальной сети Internet 

Для подсоединения  линий связи к компьютерам используются специальные электронные устройства, которые называются сетевыми платами, сетевыми адаптерами(модемами). 
         Практически все услуги Internet построены на принципе клиент-сервер. Вся информация в Интернет хранится на серверах. Обмен информацией между серверами осуществляется по высокоскоростным каналам связи или магистралям. Серверы, объединенные высокоскоростными магистралями, составляют базовую часть сети Интернет. Отдельные пользователи подключаются к сети через компьютеры местных поставщиков услуг Интернета, Internet - провайдеров (Internet Service Provider - ISP), которые имеют постоянное подключение к Интернет. Региональный провайдер, подключается к более крупному провайдеру национального масштаба, имеющего узлы в различных городах страны. Сети национальных провайдеров объединяются в сети транснациональных провайдеров или провайдеров первого уровня. Объединенные сети провайдеров первого уровня составляют глобальную сеть Internet. Передача информации в Интернет обеспечивается благодаря тому, что каждый компьютер в сети имеет уникальный адрес (IP-адрес), а сетевые протоколы обеспечивают взаимодействие разнотипных компьютеров, работающих под управлением различных операционных систем. В основном в Интернет используется семейство сетевых протоколов (стек) TCP/IP. На канальном и физическом уровне стек TCP/IP поддерживает технологию Ethernet, FDDI и другие технологии. Основой семейство протоколов TCP/IP является сетевой уровень, представленный протоколом IP, а также различными протоколами маршрутизации. Этот уровень обеспечивает перемещение пакетов в сети и управляет их маршрутизацией. Размер пакета, параметры передачи, контроль целостности осуществляется на транспортном-уровне-TCP.  
         Прикладной уровень объединяет все службы, которые система предоставляет пользователю. К основным прикладным протоколам относятся: протокол удаленного досткпа telnet, протокол передачи файлов FTP, протокол передачи гипертекста HTTP, протоколы электронной почты: SMTP, POP, IMAP, MIME.

    2.2  Способы доступа в Internet

В настоящее  время  известны следующие способы доступа в Интернет: 
 
1. Dial-Up (когда компьютер пользователя подключается к серверу провайдера, используя телефон)– коммутируемый доступ по аналоговой телефонной сети скорость передачи данных до 56 Кбит/с; 
2. DSL (Digital Subscriber Line) - семейство цифровых абонентских линий, предназначенных для организации  доступа по аналоговой телефонной сети, используя кабельный модем. Эта технология (ADSL, VDSL, HDSL, ISDL, SDSL, SHDSL, RADSL под общим названием xDSL) обеспечивает высокоскоростное соединение до 50 Мбит/с (фактическая скорость до 2 Мбит/с). Основным преимуществом технологий xDSL является возможность значительно увеличить скорость передачи данных по телефонным проводам без модернизации абонентской телефонной линии. Пользователь получает доступ в сеть Интернет с сохранением обычной работы телефонной связи; 
3. ISDN - коммутируемый доступ по цифровой телефонной сети. Главная особенность использования ISDN - это высокая скорость передачи информации, по сравнению с Dial-Up доступом. Скорость передачи данных составляет 64 Кбит/с при использовании одного и 128 Кбит/с, при использовании двух каналов связи; 
4. Доступ в Интернет по выделенным линиям (аналоговым и цифровым). Доступ по выделенной линии - это такой способ подключения к Интернет, когда компьютер пользователя соединен с сервером провайдера с помощью кабеля (витой пары) и это соединение является постоянным, т.е. некоммутируемым, и в этом главное отличие от обычной телефонной связи.  
5. Доступ в Интернет по локальной сети (Fast Ethernet). Подключение осуществляется с помощью сетевой карты (10/100 Мбит/с) со скоростью передачи данных до 1 Гбит/с на магистральных участках и 100 Мбит/сек для конечного пользователя. Для подключения компьютера пользователя к Интернет в квартиру подводится отдельный кабель (витая пара), при этом телефонная линия-свободна. 
6. Спутниковый доступ в Интернет или спутниковый Интернет (DirecPC, Europe Online). Спутниковый доступ в Интернет бывает двух видов - ассиметричный и симметричный:

- Обмен данными компьютера пользователя со спутником двухсторонний;

- Запросы от пользователя передаются на сервер спутникового оператора через любое доступное наземное подключение, а сервер передает данные пользователю со спутника. Максимальная скорость приема данных до 52,5 Мбит/с  
7. Доступ в Интернет с использованием каналов кабельной телевизионной сети, скорость приема данных  от 2 до 56 Мб/сек. Кабельный Интернет (“coax at a home”). В настоящее время известны две архитектуры передачи данных это симметричная и асимметричная архитектуры. Кроме того, существует два способа подключения: а) кабельный модем устанавливается отдельно в каждой квартире пользователей; б) кабельный модем устанавливается в доме, где живет сразу несколько пользователей услуг Интернета.

8. Беспроводные  технологии последней мили:

• WiFi
• WiMax
• RadioEthernet
• MMDS
• LMDS
• Мобильный GPRS – Интернет

    WiFi (Wireless Fidelity - точная передача данных  без проводов) – технология широкополосного  доступа к сети Интернет. Скорость  передачи информации для конечного  абонента может достигать 54 Мбит/с.  Радиус их действия не превышает  50 – 70 метров. Беспроводные точки доступа применяются в пределах квартиры или в общественных местах крупных городов.  
       WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), аналогично WiFi - технология широкополосного доступа к Интернет. WiMAX, в отличие от традиционных технологий радиодоступа, работает и на отраженном сигнале, вне прямой видимости базовой станции. В настоящее время WiMAX частично удовлетворяет условиям сетей 4G, основанных на пакетных протоколах передачи данных. К семейству 4G относят технологии, которые позволяют передавать данные в сотовых сетях со скоростью выше 100 Мбит/сек. и повышенным качеством голосовой связи. MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System). Эти системы способна обслуживать территорию в радиусе 50—60 км, при этом прямая видимость передатчика оператора является не обязательной. Средняя гарантированная скорость передачи данных составляет 500 Кбит/с — 1 Мбит/с, но можно обеспечить до 56 Мбит/с на один канал. LMDS (Local Multipoint Distribution System) - это стандарт сотовых сетей беспроводной передачи информации для фиксированных абонентов. Система строится по сотовому принципу, одна базовая станция позволяет охватить район радиусом в несколько километров (до 10 км) и подключить несколько тысяч абонентов. Сами БС объединяются друг с другом высокоскоростными наземными каналами связи либо радиоканалами (RadioEthernet). Скорость передачи данных до 45 Мбит/c. Мобильный GPRS – Интернет. Для пользования услугой "Мобильный Интернет" при помощи технологии GPRS необходимо иметь телефон со встроенным GPRS - модемом и компьютер. Технология GPRS обеспечивает скорость передачи данных до 114 Кбит/с. При использовании технологии GPRS тарифицируется не время соединения с Интернетом, а суммарный объем переданной и полученной информации. Вы сможете просматривать HTML-страницы, перекачивать файлы, работать с электронной почтой и любыми другими ресурсами Интернет. Технология GPRS - это усовершенствование базовой сети GSM или протокол пакетной коммутации для сетей стандарта GSM. EDGE является продолжением развития сетей GSM/GPRS. Технология EDGE (улучшенный GPRS или EGPRS) обеспечивает более высокую скорость передачи данных по сравнению с GPRS (скорость до 200 Кбит/сек). EDGE (2,5 G) – это первый шаг на пути к 3G-технологии.

    Мобильный CDMA - Internet. Сеть стандарта CDMA - это стационарная и мобильная связь, а также  скоростной мобильный интернет. Для  пользования услугой "Мобильный  Интернет" при помощи технологии CDMA необходимо иметь телефон со встроенным CDMA - модемом или CDMA модем и компьютер. Технология CDMA обеспечивает скорость передачи данных до 153 Кбит/с или  до 2400 Кбит/с - по технологии EV-DO Revision 0. В настоящее время технология CDMA предоставляет услуги мобильной  связи третьего поколения. Технологии мобильной связи 3G (third generation — третье поколение) — набор услуг, который  обеспечивает как высокоскоростной мобильный доступ к сети Интернет, так и организовывает видеотелефонную  связь и мобильное телевидение. Мобильная связь третьего поколения  строится на основе пакетной передачи данных. Сети третьего поколения 3G работают в диапазоне около 2 ГГц, передавая  данные со скоростью до 14 Мбит/с.  .

    9. В настоящее время для "последних  метров" доступа в Internet применяются  технологии Home PNA (HPNA) и HomePlug. Доступ  в Интернет по выделенным линиям Home PNA или HPNA (телефонным линиям) и  доступ через бытовую электрическую сеть напряжением 220 вольт. Обычно доступ к Интернету по выделенным линиям Home PNA и HomePlug комбинируется с такими методами доступа как DSL, WiFi, и другими, т.е. для "последних метров" доступа применяются технологии Стандарт HomePlug 1.0 доступ к Интернет через бытовую электрическую сеть поддерживает скорость передачи до 14 Мбит/с. максимальная протяжённость между узлами до 300 м. Компания Renesas, выпустила модем в виде штепсельной вилки для передачи данных по электросетям.  Технология PLС (Power Line Communication) позволяет передавать данные по высоковольтным линиям электропередач, без дополнительных линий связи. Компьютер подключается к электрической сети и выходит в Интернет через одну и ту же розетку. Для подключения к домашней сети не требуется никаких дополнительных кабелей. К домашней сети можно подключить различное оборудование: компьютеры, телефоны, охранную сигнализацию, холодильники и т.д. 

    2.3 Адресация в сети Internet

       Основным  протоколом сети Интернет является сетевой  протокол TCP/IP. Каждый компьютер, в сети TCP/IP (подключенный к сети Интернет), имеет свой уникальный IP-адрес или IP – номер. Адреса в Интернете  могут быть представлены как последовательностью  цифр, так и именем, построенным  по определенным правилам. Компьютеры при пересылке информации используют цифровые адреса, а пользователи в  работе с Интернетом используют в  основном имена. 
        Цифровые адреса в Интернете состоят из четырех чисел, каждое из которых не превышает двухсот пятидесяти шести. При записи числа отделяются точками, например: 195.63.77.21. Такой способ нумерации позволяет иметь в сети более четырех миллиардов компьютеров.  Для отдельного компьютера или локальной сети, которые впервые подключаются к сети Интернет, специальная организация, занимающейся администрированием доменных имен, присваивает IP – номера. Первоначально в сети Internet применялись IP – номера, но когда количество компьютеров в сети стало больше чем 1000, то был принят метод связи имен и IP – номеров, который называется сервер имени домена (Domain Name Server, DNS). Сервер DNS поддерживает список имен локальных сетей и компьютеров и соответствующих им IP – номеров. В Интернете применяется так называемая доменная система имен. Каждый уровень в такой системе называется доменом. Типичное имя домена состоит из нескольких частей, расположенных в определенном порядке и разделенных точками В Интернете доменная система имен использует принцип последовательных уточнений также как и в обычных почтовых адресах - страна, город, улица и дом, в который следует доставить письмо. 
Доменная система образования адресов гарантирует, что во всем Интернете больше не найдется другого компьютера с таким же адресом. В системе адресов Интернета приняты домены, представленные географическими регионами. например: Украина – ua; Франция - fr; Канада - са; США - us;  Россия - ru. Существуют и домены, разделенные по тематическим признакам, например: 
Учебные заведения – edu; Правительственные учреждения – gov;  Коммерческие организации - com.

       В последнее время добавлены новые  зоны, например: biz, info, in, .cn и так далее  . При работе в Internet используются не доменные имена, а универсальные указатели ресурсов, называемые URL (Universal Resource Locator). URL - это адрес любого ресурса (документа, файла) в Internet, он указывает, с помощью какого протокола следует к нему обращаться, какую программу следует запустить на сервере и к какому конкретному файлу следует обратиться на сервере.  
 

        2.4 Семейство протоколов TCP/IP

  Протоколы обмена маршрутной информацией стека TCP/IP

       Все протоколы обмена маршрутной информацией  стека TCP/IP относятся к классу адаптивных протоколов, которые в свою очередь  делятся на две группы, каждая из которых связана с одним из следующих типов алгоритмов:

• дистанционно-векторный алгоритм (Distance Vector Algorithms, DVA),
• алгоритм состояния связей (Link State Algorithms, LSA).

В алгоритмах дистанционно-векторного типа каждый маршрутизатор периодически и широковещательно рассылает по сети вектор расстояний от себя до всех известных ему сетей. Под расстоянием обычно понимается число промежуточных маршрутизаторов  через которые пакет должен пройти прежде, чем попадет в соответствующую  сеть. Может использоваться и другая метрика, учитывающая не только число  перевалочных пунктов, но и время  прохождения пакетов по связи  между соседними маршрутизаторами. Получив вектор от соседнего маршрутизатора, каждый маршрутизатор добавляет  к нему информацию об известных ему  других сетях, о которых он узнал  непосредственно (если они подключены к его портам) или из аналогичных  объявлений других маршрутизаторов, а  затем снова рассылает новое  значение вектора по сети. В конце-концов, каждый маршрутизатор узнает информацию об имеющихся в интерсети сетях  и о расстоянии до них через  соседние маршрутизаторы.

         Наиболее распространенным протоколом, основанным на дистанционно-векторном алгоритме, является протокол RIP. Алгоритмы состояния связей обеспечивают каждый маршрутизатор информацией, достаточной для построения точного графа связей сети. Все маршрутизаторы работают на основании одинаковых графов, что делает процесс маршрутизации более устойчивым к изменениям конфигурации. Широковещательная рассылка используется здесь только при изменениях состояния связей, что происходит в надежных сетях не так часто. Для того, чтобы понять, в каком состоянии находятся линии связи, подключенные к его портам, маршрутизатор периодически обменивается короткими пакетами со своими ближайшими соседями. Этот трафик также широковещательный, но он циркулирует только между соседями и поэтому не так засоряет сеть. Протоколом, основанным на алгоритме состояния связей, в стеке TCP/IP является протокол OSPF.