УП ВСС

Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«РОССИЙСКАЯ ТАМОЖЕННАЯ АКАДЕМИЯ» РОСТОВСКИЙ ФИЛИАЛ

Кафедраинформационных таможенных технологий и информатики

П.Н. Башлы

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ

Учебник

Часть 1 СОВРЕМЕННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ

И КОММУНИКАЦИИ

Ростов-на-Дону

2012

УДК 681.3 ББК 32.97 Б33

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

А.В. Скляров,

доцент кафедры информационных технологий в сервисе Ростовского технологического института сервиса и туризма (филиал ЮРГУЭС), кандидат технических наук, доцент

С.П. Крицкий,

заведующий кафедрой информационных таможенных технологий и информатики

Ростовского филиала Российской таможенной академии

Башлы, П. Н.

Б33 Вычислительные системы и сети : учебник Ч. 1. Современные вычислительные сети и коммуникации / П. Н. Башлы. – Ростов-на- Дону : Российская таможенная академия, Ростовский филиал, 2012. – 180 с.

Учебник раскрывает основные понятия об устройстве и принципах функционирования современных вычислительных сетей. Подробно изложен состав, назначение аппаратных средств вычислительных сетей и принципы построения сетевых программных средств. Изложены основные этапы создания глобальной информационной сети Internet, принципы построения и функционирования базовых технологий Internet. Для более полного понимания технологии поиска информации в сети Internet рассмотрены фундаментальные вопросы: логика поиска информации и структура поисковой системы. Проблема информационной безопасности в учебнике рассмотрена с точки зрения возможных угроз ее составляющим. Кроме этого, изложены наиболее эффективные механизмы обеспечения информационной безопасности в

Internet.

Содержание учебника в полном объеме соответствует модулю «Современные вычислительные сети и коммуникации» учебной программы дисциплины «Вычислительные системы сети» для подготовки студентов по специальности 080115.65 «Таможенное дело».

Учебник утвержден на заседании Учебно-методического совета Ростовского филиала Российской таможенной академии (протокол № 9 от «15» мая 2012 г.)

© Башлы П.Н.

© Российская таможенная академия, Ростовский филиал

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………………...………….…5

Раздел 1. Современные вычислительные сети

икоммуникации………………………………………. .…9

Глава 1. Основы построения вычислительных сетей……… .…9

1.1.Назначение и функции вычислительных сетей… .…9

1.2.Классификация вычислительных сетей………….. ...10

1.3.Топологии вычислительных сетей…………………. ...17

1.4.Методы доступа к физической среде передачи данных………………………………………. ...22

1.5.Классификация физической среды передачи данных……………………………………………….…... ...25

1.6.Понятие архитектуры вычислительной сети.

Виды архитектур………………………………………. ...29

1.7.Сетевые аппаратные средства и элементы межсетевого взаимодействия……………………….. ...36

1.8.Сетевое программное обеспечение.

Архитектура клиент-сервер…………………………. ...38

1.9.Понятие сетевой службы и сетевого сервиса…….....43

1.10.Определение вычислительной сети

иее обобщенная структура……………………..……...48 Вопросы для самопроверки………………………….....51

Глава 2. Сетевые модели передачи данных…………………....52

2.1.Декомпозиция задачи удаленного сетевого взаимодействия………………………………………... ...52

2.2.Сетевая модель открытой системы OSI/ISO……... ...53

2.3.Понятие протокола и информационные блоки

сетевого обме-	...55
на………………………………………...

2.4.Сетевая модель ТСР/IР………………………………....56

2.5.Особенности транспортных сетевых

протоколов………………………………………………....60

Вопросы для самопроверки………………………….....67 Глава 3. Адресация и маршрутизация

в вычислительных сетях……………………………... ...68

3.1.Принципы адресации ресурсов вычислительной сети…………………………………. ...68

3.2.Система Active Directory……………………………... ...68

3.3.Протокол межсетевого взаимодействия IP…...….. ...73

3

3.4. Организация межсетевого взаимодействия……... ...75 3.5. Преобразование адре- ...81

сов……………………………...

3.6.Сравнительная характеристика

протоколов IPv4 и IPv6………………………………. ...83

3.7.Цифровые абонентские линии хDSL……………… ...86 Вопросы для самопроверки………………………….....89

Глава 4. Глобальная вычислительная сеть Internet………. ...90

4.1.История развития и ключевые этапы создания

сети Internet……………………………………………. ...90

4.2.Общие сведения о глобальной сети Internet.

Определение Internet…………………………………. 105

4.3.Классификация электронных

коммуникаций сети Internet………………………... 109

4.4.Информационная служба WWW

(World Wide Web)…………………………...…………. 112

4.5.Информационная служба E-mail…………………... 124

4.6.Служба доменных имен − DNS…………….……….. 128

4.7.Служба ICQ……………………………………………… 138

4.8.Служба голосовой и видеосвязи Skype……………. 139

4.9.Проблема эффективного поиска информации…... 141

4.10.Виды поисковых систем и логика поиска информации……………………………………………. 143

4.11.Архитектура поискового сервера…………………... 146 Вопросы для самопроверки………………………….. 150

Глава 5. Безопасность вычислительных сетей……………... 152

5.1.Особенности информационной безопасности вычислительных сетей……………………………….. 152

5.2.Принципы обеспечения безопасности в вычислительных сетях……………………………... 156

5.3.Защита удаленных ресурсов: межсетевые экраны и виртуальные частные сети……………… 160

5.4.Защита информации от программ – «вирусов».…. 163 Вопросы для самопроверки………………………….. 166

Заключение………………………………………………………….. 167 Литература………………………………………………………….. 169

Словарь терминов и сокращений……………………………….. 170

4

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время применение сетевых информационных технологий становится одним из основных направлений развития постиндустриального информационного общества. В условиях постоянно увеличивающихся объемов информационных ресурсов формулируются новые требования к качеству и содержанию современных сетевых технологий.

Появившиеся в последнее время аппаратные и программные средства, а также новые сетевые технологии предоставили обычному пользователю возможность самостоятельного повсеместного доступа в сеть Internet. Новые программные средства и сетевые службы разнообразили сетевой сервис, что также положительно повлияло на расширение аудитории пользователей сетевых технологий.

Сетевые технологии на протяжении своего развития доказали свою эффективность. Сегодня практически невозможно представить современное предприятие или учебное заведение, не имеющее вычислительной сети, объединяющей большинство вычислительных машин. Тем более сложно представить современного специалиста, не обладающего теоретическими знаниями и практическими навыками применения вычислительных сетей в профессиональной деятельности. Это в полной мере относится и к выпускникам по специальности 080115.65 «Таможенное дело», профессиональная деятельность которых будет неразрывно связана с вычислительными системами и информационными сетями, объединяющими подразделения таможенных органов в единую информационную систему.

Первая часть учебника «Современные вычислительные сети и коммуникации» раскрывает учебный материал одноименного модуля учебной дисциплины «Вычислительные системы и сети».

Любая вычислительная сеть в наиболее общем случае представляет собой объединение узлов (вычислительных машин) посредством линий связи. Однако это не простое механическое объединение. Для того, чтобы узлы обменивались информацией, необходимо решение широкого спектра вопросов.

Многие из этих вопросов, связанных с аппаратными средствами вычислительных сетей, рассмотрены в первой главе «Основы построения вычислительных сетей». Особое внимание при изложении этих вопросов уделено фундаментальным понятиям построения вычислительных сетей, таким как топология

5

вычислительной сети, методы доступа к среде передачи данных, архитектура вычислительной сети.

Второй составной частью любой вычислительной сети, помимо сетевых аппаратных средств, являются сетевые программные средства, реализующие логику работы сети, обеспечивающие совместимость различного сетевого оборудования и удобный интерфейс пользователя. Важным понятием при рассмотрении вычислительных сетей является сетевая модель, которая отражает все основные этапы работы сети, последовательность их выполнения. Эти вопросы изложены частично в первой главе и во второй главе «Сетевые модели передачи данных», в которой принципы построения территориально распределенных сетей показаны на примере двух сетевых моде-

лей: OSI/ISO и TCP/IP.

Особое место в сетевых технологиях занимают протоколы межсетевого взаимодействия, являющиеся, по сути, «языком» взаимодействия узлов вычислительной сети. Организация межсетевого взаимодействия в современных вычислительных сетях, виды адресов и принципы адресации узлов рассмотрены в третьей главе «Адресация и маршрутизация в вычислительных сетях».

Исторически первые попытки создания вычислительных сетей были связаны с передачей данных на большие расстояния. Так, в 60-х годах зародился проект ARPANET, ставший впоследствии основой глобальной сети Internet. История развития сети Internet является примером эффективного взаимодействия специалистов и пользователей по созданию нового, ни с чем не сравнимого феномена – Internet-сообщества.

В четвертой главе «Глобальная вычислительная сеть

Internet» рассмотрены предпосылки создания сети Internet, основные этапы ее разработки и ключевые принципы, положенные в основу глобальной сети.

Internet – это не просто глобальная вычислительная сеть, объединяющая миллионы узлов по всему миру, это еще и множество сетевых служб, предоставляющих пользователю различный сетевой сервис. Классификация видов сетевого сервиса, понятие прикладного сервера, а также основные сетевые серверы и службы рассмотрены в четвертой главе учебника.

Среди множества сетевых служб сети Internet есть службы, без которых Internet не стал бы столь популярным. Это базовые службы, которые предоставляют пользователю наиболее

6

востребованный сервис. К таким службам, в первую очередь, относятся электронная почта и электронные конференции, которые являются одними из первых служб в сети Internet. Относительно недавно, на фоне всей истории сети Internet, была создана новая служба, позволившая объединить множество разрозненных ресурсов сети, при этом имеющая удобный пользовательский интерфейс. Популярность этой службы настолько велика, что многие пользователи ассоциируют ее со всей сетью Internet. Такой является служба WWW – «всемирная паутина».

За последнее время объемы информационных ресурсов сети Internet значительно увеличились, и этот процесс не прекращается. В связи с этим одним из проблемных вопросов использования сети Internet является проблема поиска информации. Знание механизмов поиска, логики работы поисковых систем позволят пользователю либо найти необходимый информационный ресурс в случае его существования, либо за относительно короткое время сделать вывод, что требуемого информационного ресурса нет. Поэтому значительная часть четвертой главы посвящена поиску информации в Internet, где рассмотрены принципы построения поисковых систем и логика их работы.

По своему значению для развития общества информация приравнивается к важнейшим ресурсам, наряду с сырьем и энергией. В развитых странах большинство работающих заняты не в сфере производства, а в той или иной степени занимаются обработкой информации.

Развитие информационных технологий, увеличение значимости информационных ресурсов в развитии современного общества создали предпосылки к образованию нового рынка – рынка информационных ресурсов. Особенностью этого рынка является то, что информация, в отличие от других видов товаров, не является материальным объектом.

Наряду с успешным развитием информационных технологий и их значением для развития общества появились новые проблемы, требующие новых эффективных решений. Одной из таких проблем является проблема информационной безопасности, которая связана с решением трех основных задач: обеспечением конфиденциальности информационного обмена, целостности данных и их постоянной доступности. Основные угрозы и информационной безопасности в вычислительных сетях и

7

принципы защиты информации изложены в пятой главе «Безо-

пасность вычислительных сетей».

Обширная сетевая терминология, в основном имеющая англоязычное происхождение, связана с множеством общепринятых сокращений, которые часто приводятся без пояснений. Информация, приводимая в конце учебника, будет полезна и в тех случаях, когда материал изучается частями, а соответствующие пояснения не приводятся.

Для повышения качества изучения дисциплины в конце каждой главы приводятся вопросы для самопроверки, многие из которых в прямой постановке выносятся на экзамен. Материал учебника полностью соответствует учебной программе дисциплины «Вычислительные системы и сети» и учебнометодическим указаниям по её изучению.

Учебник предназначен для обучения студентов специализации «Информационные таможенные технологии» специальности 080115.65 «Таможенное дело».

Для успешного изучения дисциплины «Вычислительные системы и сети» достаточно базовых знаний по дисциплине «Информатика». В свою очередь, успешное изучение дисциплины позволит выпускникам специальности 080115.65 «Таможенное дело» лучше понимать логику информационных процессов в специализированных информационных системах таможенных органов, изучаемых на заключительном этапе подготовки.

8

Раздел 1. СОВРЕМЕННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ И КОММУНИКАЦИИ

Глава 1. Основы построения вычислительных сетей

1.1. Назначение и функции вычислительных сетей

Под сетью передачи данных принято понимать совокупность множества узлов, объединенных между собой линиями связи. Узлы сети передачи данных определяют ее назначение.

Так, в телефонных сетях оконечными устройствами являются телефонные аппараты. Если вместо телефонных аппаратов к тем же линиям связи подключить вычислительные машины, то в результате будет иметь место не телефонная сеть, а вычислительная сеть.

Таким образом, вычислительная сеть – это совокупность узлов, представляющих собой, в частности, вычислительные машины (компьютеры), и линий связи.

Приведенное определение вычислительной сети является наиболее простым, отражающим физическую составляющую вычислительной сети. В дальнейшем по мере рассмотрения принципов функционирования вычислительных сетей, ее составляющих и архитектуры определение вычислительной сети будет расширено.

Как уже отмечалось ранее при рассмотрении истории развития вычислительных сетей, появление сетей было обусловлено потребностью совместного использования данных пользователями, находящимися на удалении друг от друга. По мере развития вычислительных сетей задачи, решаемые ими, значительно расширились. Так, без вычислительной сети каждый пользователь потенциально должен иметь свой принтер, сканер и другие периферийные устройства (или в противном случае, пользователь будет использовать ресурсы другой вычислительной машины, к которому подключены эти устройства, тем самым, создавая помехи другим пользователям), а также на каждой из вычислительных машин должны быть установлены одни и те же программные средства, используемые группой пользователей. Решение задачи совместного использования аппаратных и программных средств стало возможным с появлением вычислительных сетей.

9

Функции современных вычислительных сетей и основные прикладные аспекты их использования показаны на рис. 1.1 [1].

Функции вычислительных сетей

Совместный доступ к данным

Базы данных, электронная документа ция, информационные ресурсы и др.

Совместный доступ к аппаратным и программным ресурсам сети

Периферийные	Программы об-
устройства	щего назначения

Прикладные аспекты использования вычислительных сетей

Высокая скорость		Снижение затрат при		Удаленный доступ
информационного		использовании аппаратных		к услугам и сервисам
обмена		и программных средств		(покупка товаров и др.)

Рис. 1.1. Функции вычислительных сетей

1.2. Классификация вычислительных сетей

Вычислительные сети классифицируются по целому ряду признаков, основными из которых является способ коммутации данных, территориальная удаленность узлов, метод доступа к физической среде передачи данных и др.

По способу коммутации данных вычислительные сети бы-

вают [8]:

–с коммутацией каналов;

–с коммутацией сообщений;

–с коммутацией пакетов (пакетная коммутация).

В сетях с коммутацией каналов соединение двух вычислительных машин сопровождается монопольным использованием канала передачи данных до тех пор, пока соединение не будет разомкнуто. Примером такого соединения является модемное соединение по коммутируемому телефонному каналу. Пользователь, инициирующий модемное соединение, дозванивается по установленному номеру телефона. В результате дозвона между пользователем и провайдером коммутируется физический канал, по которому будут передаваться данные, причем на все время, пока установлено соединение, данный канал будет занят.

10