22. Глобальные сети (принципы организации, архитектура клиент-сервер, протоколы обмена информацией, адресация и виды информации в Интернете). Электронная почта.

Глобальная компьютерная сеть, ГКС (англ. Wide Area Network, WAN) — компьютерная сеть, охватывающая большие территории и включающая в себя большое число компьютеров.

ГКС служат для объединения разрозненных сетей так, чтобы пользователи и компьютеры, где бы они ни находились, могли взаимодействовать со всеми остальными участниками глобальной сети.

Некоторые ГКС построены исключительно для частных организаций, другие являются средством коммуникации корпоративныхЛВС с сетью Интернет или посредством Интернет с удалёнными сетями, входящими в состав корпоративных. Чаще всего ГКС опирается на выделенные линии, на одном конце которых маршрутизатор подключается к ЛВС, а на другом коммутатор связывается с остальными частями ГКС. Основными используемыми протоколами являются TCP/IP, SONET/SDH, MPLS, ATM иFrame relay. Ранее был широко распространён протокол X.25, который может по праву считаться прародителем Frame relay.

Современные сети создаются по многоуровневому принципу. Передача сообщений в виде последовательности битов начинается на уровне линий связи и аппаратуры, причём линии связи не всегда высокого качества. Затем добавляется уровень базового программного обеспечения, управляющего работой аппаратуры. Следующий уровень программного обеспечения позволяет наделить базовые программные средства дополнительными необходимыми возможностями. Расширение функциональных возможностей сети путём добавления уровня за уровнем приводит к тому, что Вы в конце концов получаете по-настоящему дружественный и полезный инструментарий.

Когда Вы пытаетесь представить себе, что же такое Internet и как она работает, вполне естественно, что у Вас возникают ассоциации с телефонной сетью. В конце концов, обе эти структуры используют электронные средства передачи, обе позволяют устанавливать соединение и передавать информацию; кроме того, в Internet в основном используются выделенные телефонные линии .К сожалению, это неверное представление, и оно является причиной непонимания принципов работы Internet. Телефонная сеть – это сеть с коммутацией каналов. Когда Вы производите вызов, Вам выделяется некоторая часть это сети. Даже если Вы не используете ее (например, находитесь в режиме удержания), она остается недоступной для других абонентов, которым в этот момент нужно позвонить. Это приводит к тому, что такой дорогой ресурс, как сеть, используется неэффективно.

Более соответствующая действительному положению вещей модель Internet –почтовое ведомство США. Почтовое ведомство представляет собой сеть с коммутацией пакетов. Здесь у Вас нет выделенного участка сети. Ваша корреспонденция смешивается с другими письмами, отправляется в почтовое отделение и сортируется. Несмотря на то, что технологии абсолютно разные, служба доставки почты представляет собой удивительно точный аналог сети; мы будем продолжать пользоваться этой моделью во всех остальных разделах данной главы.

Протокол SIP имеет клиент-серверную архитектуру.

Клиент выдаёт запросы, с указанием того, что он хочет получить от сервера. Сервер принимает и обрабатывает запросы, выдаёт ответы, содержащие уведомление об успешности выполнения запроса, уведомление об ошибке или информацию, запрошенную клиентом.

Обслуживание вызова распределено между различными элементами сети SIP. Основным функциональным элементом, реализующим функции управления соединением, является абонентский терминал. Остальные элементы сети могут отвечать за маршрутизацию вызовов, а иногда служат для предоставления дополнительных сервисов.

Все протоколы обмена 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.

Дистанционно-векторные алгоритмы хорошо работают только в небольших сетях. В больших сетях они засоряют линии связи интенсивным широковещательным трафиком, к тому же изменения конфигурации могут отрабатываться по этому алгоритму не всегда корректно, так как маршрутизаторы не имеют точного представления о топологии связей в сети, а располагают только обобщенной информацией - вектором дистанций, к тому же полученной через посредников. Работа маршрутизатора в соответствии с дистанционно-векторным протоколом напоминает работу моста, так как точной топологической картины сети такой маршрутизатор не имеет.

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.

Каждый пользователь в сети Jabber имеет уникальный идентификатор — Jabber ID (сокращенно JID). Адрес JID, подобно адресу электронной почты, содержит имя пользователя и доменное имя сервера, на котором зарегистрирован пользователь, разделённые знаком @. Например, пользователь user, зарегистрированный на сервере example.com, будет иметь адрес: [e-mail].

Пользователь может иметь одновременно несколько подключений, для различения которых используется дополнительное значение JID, называемое ресурсом и добавляемое через слэш в конец адреса. К примеру, пусть полный адрес пользователя будет [e-mail]/work, тогда сообщения, посланные на адрес [e-mail], дойдут на указанный адрес вне зависимости от имени ресурса, но сообщения для [e-mail]/work дойдут на указанный адрес только при соответствующем подключенном ресурсе.

Адреса JID могут также использоваться без явного указания имени пользователя (с указанием имени ресурса или без такового) для системных сообщений и для контроля специальных возможностей на сервере.

Каждый пользователь в сети Jabber имеет уникальный идентификатор — Jabber ID (сокращенно JID). Адрес JID, подобно адресу электронной почты, содержит имя пользователя и доменное имя сервера, на котором зарегистрирован пользователь, разделённые знаком @. Например, пользователь user, зарегистрированный на сервере example.com, будет иметь адрес: [e-mail].

Пользователь может иметь одновременно несколько подключений, для различения которых используется дополнительное значение JID, называемое ресурсом и добавляемое через слэш в конец адреса. К примеру, пусть полный адрес пользователя будет [e-mail]/work, тогда сообщения, посланные на адрес [e-mail], дойдут на указанный адрес вне зависимости от имени ресурса, но сообщения для [e-mail]/work дойдут на указанный адрес только при соответствующем подключенном ресурсе.

Адреса JID могут также использоваться без явного указания имени пользователя (с указанием имени ресурса или без такового) для системных сообщений и для контроля специальных возможностей на сервере.

Информация о предметной области может быть представлена в двух видах: формализованном и в виде текста на естественном языке.

Формализованное описание конкретного объекта включает имя свойства (характеристики) и значение этого свойства для данного объекта. Имя свойсива отражает ту грамматическую роль, которую играет значение этого свойства по отношению к данному классу объектов. Значение свойства (характеристики) может задаваться нормированным словарем или произвольно (например, значение свойства "организационно-правовая форма фирмы, организации" должна выбираться из нормированного словаря, а значение свойства - "название организации является произвольным").Формализованное описание объекта во многом схоже с анкетной формой описания объекта. Формализованное описание информации называется числовым.

Названия классов объектов, свойств и областей возможных значений этих свойств (характеристик), т.е. язык формализованного описания для каждой предметной области, разрабатывают квалифицированные специалисты данного вида деятельности. С помощью отдельных свойств устанавливаются связи между объектами. Так, например, если описаны 2 объекта: фирма и товар, то между ними устанавливается связь - отношение, указывающее, что данная фирма выпускает этот товар. Описание такого формализованного языка после согласования с источниками и потребителями информации в данной предметной области издается в виде нормативного документа, и на основе ее создаются БД формализованной информации. Описание информации в таких базах в максимальной степени приближено к представлению специалиста о предметной области, в которой он работает. Формализованный язык описания предметной области выполняет следующие основные функции:

1. Позволяет источнику отбирать лишь ту информацию и описывать ее так, как это необходимо потребителю;

2. Позволяет в БД отражать информацию в том же виде, в котором она отражена в сознании специалиста в данной предметной области;

3. Позволяет в ИС по указанию потребителя производить автоматическую обработку формализованной информации;

4. Существенно облегчает поиск необходимой информации в БД.

Другим видом информации о предметной области является информация, представляющая в виде ткста на естественном языке.

Для того, чтобы понять, в какой степени информация на естественном языке, накапливаемая в ИС, подходит для удовлетворения информационных потребностей пользователя, рассмотрим в самых общих чертах природу восприятия человеком реальной действительности и отображение этой действительности на естественном языке. Индивидуальное значение предметной области источником и потребителем информации складывается из совокупности представлений и понятий. Представления - это чувственно-наглядные образы объектов реального мира. Источником формирования представлений является психологические процессы ощущения и восприятия, а также информация, получаемая от других членов общества в процессе общения. В результате создаются представления об объектах реального мира. Представления носят субъективный характер, который определяется внутренним психологическим миром данного человека. Хотия у разных людей создаются разные представления о реальном мире, в них присутствует элемент общности, который позволяет использовать представления в процессе общения.

Электро́нная по́чта (англ. email, e-mail, от англ. electronic mail) — технология и предоставляемые ею услуги по пересылке и получению электронных сообщений (называемых «письма» или «электронные письма») по распределённой (в том числе глобальной) компьютерной сети.

Электронная почта по составу элементов и принципу работы практически повторяет систему обычной (бумажной) почты, заимствуя как термины (почта, письмо, конверт, вложение, ящик, доставка и другие), так и характерные особенности — простоту использования, задержки передачи сообщений, достаточную надёжность и в то же время отсутствие гарантии доставки.

Достоинствами электронной почты являются: легко воспринимаемые и запоминаемые человеком адреса вида имя_пользователя@имя_домена(например [e-mail]); возможность передачи как простого текста, так и форматированного, а также произвольных файлов; независимость серверов (в общем случае они обращаются друг к другу непосредственно); достаточно высокая надёжность доставки сообщения; простота использования человеком и программами.

Недостатки электронной почты: наличие такого явления, как спам (массовые рекламные и вирусные рассылки); теоретическая невозможность гарантированной доставки конкретного письма; возможные задержки доставки сообщения (до нескольких суток); ограничения на размер одного сообщения и на общий размер сообщений в почтовом ящике (персональные для пользователей).

23. Компьютерные сети, виды, топология сети (шина, кольцо, звезда), уровни архитектуры компьютерных сетей. Базовые требования, определившие архитектуру КС (открытость, живучесть, адаптивность, эффективность).

Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) — система связи компьютеров или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрических сигналов, световых сигналов илиэлектромагнитного излучения.

Все виды компьютерных сетей являются совокупностью компьютеров, распределённых по определённой территории и связанных между собой специализированными каналами, позволяющими передавать данные.  На сегодняшний день компьютерные сети получили широкое распространение, различные виды компьютерных сетей функционируют по всему миру и взаимодействуют друг с другом. Современное понимание признаков сетей, привело к возникновению классификации по территориальному признаку. Согласно этой классификации выделяются такие виды компьютерных сетей:

Global Area Network (GAN)– глобальные сети, объединяющие в себе компьютеры и сети, расположенные в разных уголках планеты.  

Wide Area Network (WAN) – широкомасштабные сети, объединяющие в себе компьютерные сети на уровне континентов и государств;

Metropolitan Area Network (MAN) – междугородние сети, объединяющие компьютеры и сети в пределах областей и других административных единиц;

Local Area Network (LAN) – локальные сети, подразумевающие объединение компьютеров, расположенных на относительно небольших расстояниях – к примеру, в пределах одного здания.

WAN и MAN являются региональными сетями. Стоит отметить, что на сегодняшний день разделение компьютерных сетей на WAN и MAN является весьма условным, так как сейчас практически каждая региональная сеть входит в какую-либо глобальную сеть.

Многими организациями, которые заинтересованы в обеспечении высокого уровня защиты информации от посягательств извне (к примеру, военными, банками и т.д.), создаются собственные сети, получившие название корпоративные. В корпоративную сеть могут входить десятки тысяч компьютеров, которые расположены на значительном расстоянии друг от друга, к примеру, в разных странах.

Наиболее распространёнными в мире численно являются локальные компьютерные сети.

Главной отличительной особенностью локальных сетей является возможность соединить компьютеры кабелем, не прибегая к каналам для передачи данных, используемых глобальными сетями (телефонная сеть, оптоволоконный кабель, радиоэфир и пр.). Так  как компьютеры расположены близко относительно друг друга, для создания сети достаточно соединить их кабелем и настроить соответствующим образом. Сетевое объединение компьютеров во внутрипроизводственную вычислительную сеть даёт её владельцам массу преимуществ.

Виды локальных компьютерных сетей чаще всего разделяют по топологии – способу соединения компьютеров друг с другом. Топология является важнейшей характеристикой локальных сетей, так как именно способом соединения определяются важнейшие показатели, представленные производительностью и надежностью эксплуатации.

Наибольшими преимуществами обладают сети, выполненные согласно топологии «звезда» - к одному центральному источнику подключены все остальные компьютеры данной сети.

Существуют сети, выполненные согласно топологии «кольцо» - все компьютеры связываются друг с другом последовательно и в итоге образуют нечто напоминающее кольцо.

Третьим типом топологии, по которой  создаются локальные компьютерные сети, является шинная топология – все компьютеры сети подключены к одному кабелю – шине данных.

Компьютерные сети, принципы их работы, протоколы, и аппаратные составляющие постоянно совершенствуются и развиваются. 

Виды топологий сетей

Топология - это способ физического соединения компьютеров в локальную сеть Существует три основных топологии, применяемые при построении компьютерных сетей: - топология "Шина"

- топология "Кольцо"

-топология "Звезда".

 Топология «Шина»

Эта топология использует один передающий канал на базе коаксиального кабеля, называемый "шиной". Все сетевые компьютеры присоединяются напрямую к шине. На концах кабеля-шины устанавливаются специальные заглушки - "терминаторы" (terminator). Они необходимы для того, чтобы погасить сигнал после прохождения по шине. К недостаткам топологии "Шина" следует отнести следующее: - данные, предаваемые по кабелю, доступны всем подключенным компьютерам; 

- в случае повреждения "шины" вся сеть перестает функционировать. 

Топология «Кольцо»

Для топологии кольцо характерно отсутствие конечных точек соединения; сеть замкнута, образуя неразрывное кольцо, по которому передаются данные. Эта топология подразумевает следующий механизм передачи: данные передаются последовательно от одного компьютера к другому, пока не достигнут компьютера-получателя. Недостатки топологии "кольцо" те же, то и у топологии "шина": - общедоступность данных;  - неустойчивость к повреждениям кабельной системы. 

Топология «Звезда»

В сети с топологией "звезда" все компьютеры соединены со специальным устройством, называемым сетевым концентратором или "хабом" (hub), который выполняет функции распределения данных. Прямые соединения двух компьютеров в сети отсутствуют. Благодаря этому, имеется возможность решения проблемы общедоступности данных, а также повышается устойчивость к повреждениям кабельной системы. Однако функциональность сети зависит от состояния сетевого концентратора. Другие топологии

Кроме трех рассмотренных основных, базовых топологий нередко применяется также сетевая топология «дерево» (tree), которую можно рассматривать как комбинацию нескольких звезд. Как и в случае звезды, дерево может быть активным, или истинным, и пассивным. При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном - концентраторы (хабы). Применяются довольно часто и комбинированные топологии, среди которых наибольшее распространение получили звездно-шинная и звездно-кольцевая. В звездно-шинной (star-bus) топологии используется комбинация шины и пассивной звезды. В этом случае к концентратору подключаются как отдельные компьютеры, так и целые шинные сегменты, то есть на самом деле реализуется физическая топология «шина», включающая все компьютеры сети. В данной топологии может использоваться и несколько концентраторов, соединенных между собой и образующих так называемую магистральную, опорную шину. К каждому из концентраторов при этом подключаются отдельные компьютеры или шинные сегменты. Таким образом, пользователь получает возможность гибко комбинировать преимущества шинной и звездной топологий, а также легко изменять количество компьютеров, подключенных к сети.

Указанные требования обеспечиваются модульной организацией управления процессами в сети, реализуемой по многоуровневой схеме. Чисдо уровней и распределение функций между ними существенно влияет на сложность программного обеспечения компьютеров, входящих в сеть, и на эффективность сети. Формальной процедуры выбора числа уровней не существует. Классической является семиуровневая схема. Эта архитектура пришита в качестве эталонной модели.

Уровень 1 — физический — реализует управление каналом связи, что сводится к подключению и отключению канала связи и формированию сигналов, представивших передаваемые данные.

Уровень 2 — канальный — обеспечивает надежную передачу данных через физический канал, организованный на уровне 1.

Уровень 3 — сетевой — обеспечивает выбор маршрута передачи сообщений по линиям, связывающим узлы сети.

Уровни 1-3 организуют базовую сеть передачи данных как систему, обеспечивающую надежную передачу данных между абонентами сети.

Уровень 4 — транспортный — обеспечивает сопряжение абонентов сети с базовой сетью передачи данных.

Уровень 5 — сеансовый — организует сеансы связи на период взаимодействия процессов. На этом уровне по рапросам процессов создаются порты для приема и передачи сообщений и организуются соединения — логические каналы.

Уровень 6 — представительный — осуществляет трансформацию различных языков, форматов данных и кодов для взаимодействия разнотипных компьютеров.

Уровень 7 — прикладной — обеспечивает поддержку прикладных процессов пользователей. Порядок реализации связей в сети регулируется протоколами. Протокол — это набор коммутационных правил и процедур по формированию и передаче данных в сети.

Базовая сеть передачи данных — это совокупность средств передачи данных между серверами. Она состоит из каналов связи и узлов связи. Узел связи — это совокупность средств коммутации и передачи данных в одном пункте. Узел, связи принимает данные, поступающие по каналам связи, и передает данные в каналы, ведущие к абонентам. В случае звездно-кольцевой (star-ring) топологии в кольцо объединяются не сами компьютеры, а специальные концентраторы, к которым в свою очередь подключаются компьютеры с помощью звездообразных двойных линий связи. В действительности все компьютеры сети включаются в замкнутое кольцо, так как внутри концентраторов все линии связи образуют замкнутый контур. Данная топология позволяет комбинировать преимущества звездной и кольцевой топологий. Например, концентраторы позволяют собрать в одно место все точки подключения кабелей сети.

Базовыми требованиями, определяющими архитектуру компьютерных сетей, являются следующие:

• открытость — возможность включения дополнительных компьютеров, терминалов, узлов и линий связи без изменения технических и программных средств существующих компонентов;

• живучесть — сохранение работоспособности при изменении структуры;

• адаптивность — допустимость изменения типов компьютеров, терминалов, линий связи, операционных систем;

• эффективность — обеспечение требуемого качества обслуживания пользователей при минимальных затратах;

• безопасность информации. Безопасность — это способность сети обеспечить защиту информации от несанкционированного доступа.