Компьютерные сети


П. П. Урбанович, Д. М. Романенко






                КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ




Учебное пособие








Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 004.7
ББК 32.971.35
      У69





Рецензенты: проректор по научной работе Гомельского государственного университета им. Франциска Скорины, доктор технических наук, профессор Демиденко Олег Михайлович; заведующий кафедрой информационных радиотехнологий Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, доктор технических наук, профессор Листопад Николай Измаилович





     Урбанович, П. П.
У69 Компьютерные сети : учебное пособие / П. П. Урбанович, Д. М. Романенко. -Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 460 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-0962-9

           Даны общие понятия и определения из области компьютерных сетей и технологий, описаны сетевые компоненты. Приведены наиболее распространенные виды топологий, используемые для физического соединения компьютеров в сети, основные методы доступа к каналу связи, рассмотрены применяемые на практике физические среды передачи данных. Передача данных в сети рассматривается на базе эталонной базовой модели OSI. Описываются общие принципы, лежащие в основе построения всех локальных сетей, разъясняющие правила обмена. Приводятся типы сетевого оборудования, их назначение и принципы работы. Изучаются современные сетевые операционные системы, их достоинства и недостатки. Рассматриваются методы и средства обеспечения надежного и безопасного функционирования сетей.
           Для студентов технических специальностей высших учебных заведений, получающих образование в области информационных технологий. Может быть полезно студентам других специальностей, аспирантам, а также студентам средних специальных учебных заведений.

                                                                       УДК 004.7
                                                                       ББК 32.971.35













ISBN 978-5-9729-0962-9

          © Урбанович П. П., Романенко Д. М., 2022
          © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                                  © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

        ОГЛАВЛЕНИЕ



ПРЕДИСЛОВИЕ..............................................................9

1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ.
ПРЕДПОСЫЛКИ И ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ СЕТЕЙ......................................11
1.1. Основные термины и определения.....................................11
1.2. Историческая информация о развитии компьютерных и вычислительных сетей.14
   1.2.1. Многотерминальные системы - прообраз сети.....................15
   1.2.2. Появление глобальных сетей....................................16
   1.2.3. Первые локальные сети.........................................20
   1.2.4. Создание стандартных технологий локальных сетей...............21
   1.2.5. Основные тенденции развития компьютерных вычислительных сетей.22
1.3. Классификации компьютерных сетей...................................23
1.4. Вычислительные сети - частный случай распределенных систем.........25
1.5. Основные программные и аппаратные компоненты сети..................28
1.6. Преимущества и проблемы использования сетей........................29
Выводы..................................................................31
Контрольные вопросы.....................................................32


2. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ......................................34
2.1. Архитектура сетей..................................................34
   2.1.1. Архитектуратерминал - главный компьютер.......................34
   2.1.2. Одноранговая архитектура......................................35
   2.1.3. Архитектура клиент-сервер.....................................36
   2.1.4. Выбор архитектуры сети........................................38
Выводы..................................................................39
2.2. Топология компьютерной сети........................................39
   2.2.1. Понятие и виды топологии......................................39
   2.2.2. Топология «общая шина»........................................40
   2.2.3. Кольцевая топология...........................................41
   2.2.4. Топология типа «звезда».......................................42
   2.2.5. Другие типы топологии.........................................43
   2.2.6. Многозначность понятиятопологии...............................48
Выводы..................................................................50
2.3. Требования, предъявляемые к сетям..................................50
   2.3.1. Производительность............................................50
   2.3.2. Прозрачность..................................................51
   2.3.3. Поддержка разных видов трафика................................52
   2.3.4. Управляемость.................................................53
   2.3.5. Совместимость.................................................55
   2.3.6. Надежность и безопасность. Введение в проблематику............56
Выводы..................................................................58
Контрольные вопросы.....................................................59


3

3. ОСНОВЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО СЕТИ......................................60
3.1. Пакеты и их структура.............................................60
   3.1.1. Назначение пакетов...........................................60
   3.1.2. Структура пакетов............................................62
   3.1.3. Правила обмена и управления пакетами.........................64
Выводы.................................................................66
3.2. Методы доступа в сетях............................................67
   3.2.1. Множественный доступ с прослушиванием несущей и разрешением коллизий...............................................67
   3.2.2. Централизованный метод доступа...............................68
   3.2.3. Множественный доступ с передачей полномочия..................69
   3.2.3. Множественный доступ с разделением во времени................71
   3.2.4. Множественный доступ с разделением частоты...................72
Выводы.................................................................72
3.3. Семиуровневая модель OSI..........................................73
   3.3.1. Взаимодействие уровней модели OSI............................74
   3.3.2. Прикладнойуровень............................................78
   3.3.3. Уровень представления данных.................................80
   3.3.4. Сеансовыйуровень.............................................81
   3.3.5. Транспортный уровень.........................................82
   3.3.6. Сетевойуровень...............................................83
   3.3.7. Канальный уровень............................................86
   3.3.8. Физический уровень...........................................87
Выводы.................................................................90
Контрольные вопросы....................................................91


4. ПОНЯТИЕ ПРОТОКОЛА. СТЕК ПРОТОКОЛОВ TCP/IP...........................93
4.1. Спецификации стандартов канального и физического уровней..........93
4.2. Протоколы и стеки протоколов......................................98
   4.2.1. Протоколы сетевого уровня....................................98
   4.2.2. Протоколы транспортного уровня...............................99
   4.2.3. Протоколы прикладного уровня.................................99
4.3. O^OSI............................................................100
4.4. Архитектура стека протоколов TCP/IP..............................101
   4.4.1. Уровень Приложения..........................................102
   4.4.2. Транспортныйуровень.........................................103
   4.4.3. Межсетевойуровень...........................................104
   4.4.4. Уровень сетевого интерфейса.................................106
   4.4.5. Недостатки модели TCP/IP....................................107
Выводы................................................................107
Контрольные вопросы...................................................109


5. АДРЕСАЦИЯ И МАРШРУТИЗАЦИЯ В TCP/IP-СЕТЯХ...........................110
5.1. Физический адрес.................................................110
5.2. Сетевой адрес....................................................111
   5.2.1. Представление IP-адреса.....................................111
   5.2.2. Классы IP-адресов...........................................116
   5.2.3. Использование масок.........................................118
   5.2.4. Особые IP-адреса............................................120



4

   5.2.5. Распределение 1Ру4-адресов. Частные и публичные адреса..........121
   5.2.6. Общие сведения о протоколе Ipv6.................................122
   5.2.7. Архитектура адресации Ipv6......................................123
   5.2.8. Модель адресации................................................123
   5.2.9. Представление записи Ipv6 адресов...............................124
   5.2.10. Представление типа Ipv6-адреса.................................125
   5.2.11. Unicast Ipv6 адреса............................................126
   5.2.12. Multicat [ру6-адреса...........................................128
   5.2.13. Автоматизация назначения IP-адресов узлам сети - протокол DHCP.130
5.3. Символьный адрес.....................................................139
   5.3.1. Системадоменныхимен.............................................139
   5.3.2. СлужбаDNS.......................................................141
   5.3.3. Процесс разрешения имен.........................................142
   5.3.4. Записи о ресурсах...............................................144
   5.3.5. HастройкаDNS-адресации..........................................144
   5.3.6. ИменаЫе1ВЮ8.....................................................151
   5.3.7. Процесс разрешения имен в пространстве NetBIOS..................153
5.4. Утилиты диагностики TCP/IP и DNS.....................................154
   5.5. Маршрутизация в IP-сетях..........................................161
   5.5.1. Задача маршрутизации............................................161
   5.5.2. Таблица маршрутизации...........................................162
   5.5.3. Принципы маршрутизации в TCP/IP.................................163
   5.5.4. Настройка таблиц маршрутизации..................................166
   5.5.5. Протоколы обмена маршрутной информацией.........................167
Выводы....................................................................168
Контрольные вопросы.......................................................169


6. БАЗОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ......................................170
6.1. Сети Ethernet и Fast Ethernet........................................170
   6.1.1. Основные характеристики сетей Ethernet..........................170
   6.1.2. Структура пакета в сетях Ethernet...............................173
Выводы....................................................................174
6.2. Сеть Token Ring......................................................175
   6.2.1. Основные характеристики сетей Token Ring........................175
   6.2.2. Форматы кадров Token Ring.......................................180
   6.2.3. Приоритетный доступ к кольцу....................................183
   6.2.4. Физический уровень технологии Token Ring........................184
Выводы....................................................................185
6.3. СетиFDDI.............................................................186
   6.3.1. Основные характеристики сетей FDDI..............................186
   6.3.2. Структура сети FDDI.............................................188
   6.3.3. Структура пакета в сетях FDDI...................................191
Выводы....................................................................193
6.4. Сети 100VG-AnyLAN....................................................193
   6.4.1. Основныехарактеристики сетей 100VG-AnyLAN.......................193
   6.4.2. Структура сети 100VG-AnyLAN.....................................194
   6.4.3. Метод доступа в сетях 100VG-AnyLAN..............................195
   6.4.4. Кодирование информации в сетях 100VG-AnyLAN.....................197
Выводы....................................................................199
Контрольные вопросы.......................................................199

5

7.  ФИЗИЧЕСКАЯ СРЕДА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ...................................201
7.1. Кабели, линии и каналы связи......................................201
7.2. Кабельные системы.................................................202
   7.2.1. Типы кабелей и структурированные кабельные системы...........202
   7.2.2. Стандарты кабелей............................................203
   7.2.3. Кабель типа «витая пара».....................................205
   7.2.4. Коаксиальные кабели..........................................210
   7.2.5. Оптоволоконный кабель. Общие принципы........................211
   7.2.6. Виды оптоволоконных кабелей..................................215
7.3. Параметры кабельных систем Ethernet...............................219
   7.3.1. Параметры систем на основе неэкранированной витой пары.......219
   7.3.2. Стандартные разводки кабеля типа «витая пара»................220
   7.3.3. Реализация сетевых топологий на основе стандартной разводки..221
   7.3.4. Кросс-разводка кабеля типа «витая пара»......................223
7.4. Беспроводные технологии передачи данных...........................223
   7.4.1. Требования к беспроводным локальным сетям....................225
   7.4.2. Стандарты беспроводных сетей IEEE 802.11.....................226
   7.4.3. Принципы организации беспроводных сетей......................232
Выводы.................................................................232
Контрольные вопросы....................................................234


8.  СЕТЕВЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ.......................................236
8.1. Структура сетевой операционной системы............................237
8.2. Клиентское программное обеспечение................................238
   8.2.1. Редиректоры..................................................238
   8.2.2. Распределители...............................................238
   8.2.3. ИменаиЫС.....................................................239
8.3. Серверное программное обеспечение.................................239
8.4. Одноранговые и серверные сетевые операционные системы.............241
Выводы.................................................................243
Контрольные вопросы....................................................243


9.  АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ............................244
9.1. Сетевые адаптеры..................................................244
   9.1.1. Назначение и настройка.......................................244
   9.1.2. Функции сетевых адаптеров....................................246
   9.1.3. Типы сетевых адаптеров.......................................247
Выводы.................................................................250
9.2. Повторители и концентраторы.......................................251
   9.2.1. Планирование сети с концентратором...........................252
   9.2.2. Преимущества концентратора...................................253
   9.2.3. Многосегментные концентраторы................................253
   9.2.4. Конструктивное исполнение концентраторов.....................254
Выводы.................................................................256
9.3. Мосты и коммутаторы...............................................257
   9.3.1. Мосты........................................................257
   9.3.2. Коммутатор...................................................259
   9.3.3. Техническая реализация и дополнительные функции коммутаторов.261
Выводы.................................................................212

6

9.4. Маршрутизаторы и шлюзы...............................................262
   9.4.1. Структура маршрутизатора........................................262
   9.4.2. Различие между маршрутизаторами и мостами.......................263
   9.4.3. Шлюзы...........................................................246
Выводы....................................................................265
9.5. Оборудование для сетей Wi-Fi.........................................265
   9.5.1. Wi-Fi точки доступа.............................................266
   9.5.2. Wi-Fi антенны...................................................267
   9.5.3. Принципы организации беспроводных сетей.........................268
Выводы....................................................................269
Контрольные вопросы.......................................................269


10. СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СЕТЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ........................271
10.1. Беспроводные сотовые сети...........................................271
   10.1.1. Организация сотовой сети.......................................271
   10.1.2. Многократное использование частот и увеличение пропускной способности сети.......................................................272
   10.1.3. Функционирование сотовой системы...............................275
   10.1.4. Архитектура глобальной системы мобильной связи.................278
   10.1.5. Сотовые системы первого и второго поколения....................281
   10.1.6. Сотовые системы третьего поколения 3G..........................283
   10.1.7. Сотовые системы четвертого поколения 4G........................286
   10.1.8. Сотовые системы пятого поколения 5G............................287
Выводы....................................................................288
10.2. Сети Bluetooth......................................................289
   10.2.1. Топология, адресация и особенности эксплуатации сети Bluetooth.290
   10.2.2. Области применения Bluetooth...................................292
   10.2.3. Стандарты Bluetooth и структура протоколов.....................293
   10.2.4. Модели использования Bluetooth.................................295
Выводы....................................................................296
10.3. Сверхвысокоскоростные сети..........................................297
   10.3.1. Общая характеристика стандарта Gigabit Ethernet................297
   10.3.2. Спецификации физической среды стандарта 802.3z.................297
   10.3.3. Gigabit Ethernet...............................................298
   10.3.4. 10-GigabitEthernet.............................................300
   10.3.5. Сети на основе технологии ATM..................................302
Выводы....................................................................302
10.4. Виртуальные частные сети и удаленный доступ.........................303
   10.4.1. Виды коммутируемых линий.......................................304
   10.4.2. Протоколы удаленного доступа...................................304
   10.4.3. Протоколы аутентификации удаленных клиентов....................306
   10.4.4. Общая характеристика виртуальных частных сетей.................307
   10.4.5. Протоколы виртуальных частных сетей............................310
Выводы....................................................................313
Контрольные вопросы.......................................................313


11.  ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СОВРЕМЕННЫХ СЕТЕЙ И СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ................................................................315
11.1. Сетевые экосистемы..................................................315

7

11.2. Ethernet, Wi-Fi и сотовые сети 4G/5G....................................321
  11.2.1. Особенности современных сетей Ethernet.....................321
  11.2.2. Эволюция Wi-Fi.............................................324
  11.2.3. Технологии 4G/5G...........................................328
11.3. Сетевые технологии и облачные вычисления.......................332
11.4. Интернет вещей.................................................335
11.5. Большиеданные..................................................338
11.6. Виртуализация сетевых функций..................................345
11.7. Система сигнализации ОКС-7.....................................348
11.8. Качество взаимодействия (восприятия)...........................350
Контрольные вопросы..................................................357


12. НАДЕЖНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ И СИСТЕМ.....................358
12.1. Основные понятия и определения из предметной области...........358
12.2. Методы обеспечения надежности компьютерных сетей........................361
12.3. Методы помехоустойчивого кодирования информации................366
12.4. Линейные блочные коды..........................................367
  12.4.1. Теоретические основы линейных блочных кодов.........................367
  12.4.2. Избыточный код простой четности............................369
  12.4.3. Код Хемминга...............................................369
  12.4.4. Циклический код............................................372
12.5. Основы информационной безопасности компьютерных сетей..........378
  12.5.1. Характеристика основных угроз информационной безопасности сетей.....378
  12.5.2. Основные методы и средства нейтрализации угроз сетевой безопасности.389
12.6. Программно-аппаратные методы и средства обеспечения сетевой безопасности........................................................392
12.7. Принципы криптографической защиты информации...................396
  12.7.1. Симметричные криптосистемы.................................397
  12.7.2. Асимметричные криптосистемы................................397
12.8. Эффективность использования пароля для защиты информации.......403
12.9. Методы и средства защиты от удаленных атак через сеть Интернет..........405
  12.9.1. Межсетевыеэкраны...........................................405
  12.9.2. Программные методы защиты соединений.......................407
12.10. Безопасность беспроводных сетей и 1оТ.........................411
  12.10.1. Безопасность Wi-Fi-сетей..................................411
  12.10.2. Особенности обеспечения безопасности 1оТ-сетей............415
Выводы...............................................................417
Контрольные вопросы..................................................418

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................420

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ.................................................423

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ........................................................426
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.........................................................436
ПРИЛОЖЕНИЕ 3.........................................................444


8

    ПРЕДИСЛОВИЕ


    Дисциплины учебных планов подготовки специалистов на первой и второй ступенях получения высшего образования, объединенные общим названием «Компьютерные сети и сетевые технологии», представляют собой введение в сетевую тематику и дают базовые знания по проектированию, используемым стандартам, организации и функционированию сетей на заданном уровне надежности и информационной безопасности.
    Из опыта преподавания данной и других смежных дисциплин известно, что структура одно- или двухсеместрового курса сильно отличается от структуры краткого курса по тому же предмету. В данном пособии основные понятия, общие подходы в проектировании компьютерных сетей, особенности различных видов и топологий сетей, их программного и аппаратного обеспечения и практического использования авторы пытались изложить в контексте унифицированной структуры. При этом предполагалось, что читатель знаком с основами информационных технологий.
    Основная задача пособия - дать студентам общие систематизированные сведения об организации и структуре важной отрасли, затрагивающей профессиональные, бытовые, познавательно-развлекательные сферы жизнедеятельности человека, которая интенсивно меняется, развивается. В целом, в учебном пособии в простой и доступной форме даны общие понятия компьютерных сетей, их структуры, сетевых компонентов, а также перспективы развития. Приведены виды топологий, используемые для физического соединения компьютеров в сети, методы доступа к каналу связи, физические среды передачи данных. Передача данных в сети рассматривается на базе эталонной базовой модели, разработанной Международной организацией по стандартам взаимодействия открытых сетей. Описываются правила и процедуры передачи данных между информационными системами. Приводятся типы сетевого оборудования, их назначение и принципы работы. Описывается сетевое программное обеспечение, используемое для организации сетей. Изучаются наиболее популярные сетевые операционные системы, их достоинства и недостатки. Рассматриваются принципы межсетевого взаимодействия. Приводятся основные понятия из области надежности сетевой безопасности, а также рассматриваются методы и средства обеспечения надежности сетей и безопасного взаимодействия пользователей посредством компьютерных сетей.
    Для лучшего зрительного восприятия материала мы использовали различное стилевое оформление наиболее важных определений понятий, детализации этих понятий, примеров.
    Содержание важных выводов дается с цветовой заливкой блока текста.


9

    Материал пособия излагается в последовательности, которая, по нашему мнению, является оптимальной с методической точки зрения при изучении его в полном объеме. Хотя, конечно, данная точка зрения не претендует на бесспорность. С другой стороны, мы старались оформить каждую главу в определенной степени автономно, что может повысить эффективность изучения избранных глав.
    После разделов, а в некоторых случаях и после подразделов даны вопросы для самостоятельного контроля знаний либо контроля знаний обучаемого преподавателем. На основе сформулированных вопросов и заданий могут быть составлены тесты для компьютерного (дистанционного) контроля знаний. Наш опыт показывает, что такая форма контроля достаточно эффективна не только для студентов, обучающихся по заочной (или дистанционной) форме образования, но и для студентов-дневников, особенно с учетом последних тенденций, обусловленных нашествием биологических вирусов.
    Книга предназначена для студентов технических специальностей высших учебных заведений, получающих образование в области информационных технологий. Однако может быть полезна и студентам других специальностей, магистрантам и аспирантам, а также студентам средних специальных учебных заведений. В последнем случае авторы рекомендуют ограничиться материалами на основе глав 1-3, подглав 5.1, 5.2 и глав 6, 8, 10.

10

       1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ПРЕДПОСЫЛКИ И ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ СЕТЕЙ


1.1. Основные термины и определения

    Сеть - это совокупность объектов, образуемых устройствами передачи и обработки данных.
    Международная организация по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO) определила компьютерную сеть как последовательную бит-ориентированную передачу информации между связанными друг с другом независимыми устройствами.
    В общем случае различают два понятия сети: коммуникационная сеть и информационнаясеть (рис. 1.1).


Рис. 1.1. Информационные и коммуникационные сети

    Коммуникационная сеть предназначена для передачи данных, также она выполняет задачи, связанные с преобразованием данных. Коммуникационные сети различаются по типу используемых физических средств соединения.
    Информационная сеть предназначена для хранения информации и состоит из информационных систем. На базе коммуникационной сети может быть построена группа информационных сетей.
    Под информационной системой следует понимать систему, которая является поставщиком или потребителем информации.
    Вычислительная сеть - это одна из разновидностей распределенных систем, предназначенная для распараллеливания вычислений, за счет чего может

11

быть достигнуто повышение производительности и отказоустойчивости системы.
    Сеть передачи данных - совокупности оконечных устройств (терминалов) связи, объединенных каналами передачи данных и коммутирующими устройствами (узлами сети), обеспечивающими обмен сообщениями между всеми оконечными устройствами.
    В общем, компьютерная сеть состоит из информационных систем и каналов связи.
    Под информационной системой в данном случае следует понимать объект, способный осуществлять хранение, обработку или передачу информации. В состав информационной системы входят: компьютеры, программы, пользователи и другие составляющие, предназначенные для процесса обработки и передачи данных. В дальнейшем информационная система, предназначенная для решения задач пользователя, будет называться рабочей станцией (client). Рабочая станция в сети отличается от обычного персонального компьютера (ПК) наличием сетевой карты (сетевого адаптера), канала для передачи данных и сетевого программного обеспечения.
    Информационная технология (ИТ) или информационно-коммуникационная технология (ИКТ) - это процессы, методы поиска, сбора, хранения, обработки, распространения, предоставления информации и способы осуществления таких процессов и методов с помощью информационно-вычислительных систем.
    Под каналом связи следует понимать путь или средство, по которому передаются сигналы. Средство передачи сигналов называют физическим каналом.
    Абонентский канал - это физический канал, соединяющий коммуникационную сеть с абонентской системой. Параметры и характеристики абонентского канала в точке подключения системы определяются абонентским интерфейсом.
    Каналы связи создаются по линиям связи при помощи сетевого оборудования и физических средств связи.
    Физические средства связи построены на основе витых пар, коаксиальных кабелей, оптических каналов или эфира. Между взаимодействующими информационными системами через физические каналы коммуникационной сети и узлы коммутации устанавливаются логические каналы.
    Ошибка (информационная) - несоответствие между переданным и принятым символом сообщения или между записанным в память компьютера и считанным символом (по одному и тому же адресу).
    Логический канал - это путь для передачи данных от одной системы к другой. Логический канал прокладывается по маршруту в одном или нескольких физических каналах. Логический канал можно охарактеризовать как маршрут, проложенный через физические каналы и узлы коммутации.
    Информация в сети передается блоками данных по процедурам обмена между объектами. Эти процедуры называют протоколами передачи данных.
    Протокол - это совокупность правил, устанавливающих формат и процедуры обмена информацией между двумя или несколькими устройствами.

12

    Интерфейс - совокупность средств и методов взаимодействия между элементами или устройствами системы. Интерфейсы являются основой взаимодействия всех современных информационных систем. Если интерфейс какого-либо объекта (рабочей станции, сетевой карты, программы и т. д.) не изменяется (стандартизирован), это дает возможность модифицировать сам объект, не перестраивая принципы его взаимодействия с другими объектами.
    Загрузка сети характеризуется параметром, называемым трафиком.
    Трафик - это поток сообщений в сети передачи данных. Под ним понимают количественное измерение в выбранных точках сети числа проходящих блоков данных и их длины, выраженное в битах в секунду.
    Существенное влияние на характеристику сети оказывает метод доступа.
    Метод доступа - это способ определения того, как сеть управляет доступом к каналу связи (кабелю), что существенно влияет на ее характеристики. В сети все рабочие станции физически соединены между собою каналами связи по определенной структуре, называемой топологией.
    Топология - это описание физических соединений в сети, указывающее, какие рабочие станции могут связываться между собой. Используются также термины: физическая топология, логическая топология, информационная топология и топология управления обменом (см., п. 2.2.6). Тип топологии определяет производительность, работоспособность и надежность эксплуатации рабочих станций, а также время обращения к файловому серверу. В зависимости от топологии сети используется тот или иной метод доступа.
    Состав основных элементов в сети зависит от ее архитектуры.
    Архитектура- это концепция, определяющая взаимосвязь, структуру и функции взаимодействия рабочих станций в сети. Она предусматривает логическую, функциональную и физическую организацию технических и программных средств сети. Архитектура определяет принципы построения и функционирования аппаратного и программного обеспечения элементов сети.
    К важнейшим техническим характеристикам сетей и сетевого оборудования относятся производительность, защищенность от несанкционированного доступа, или безопасность, и надежность.
    Производительность компьютерной сети определяет скорость (бит/с) выполнения внутренних операций сети, связанных обычно с поиском, сбором, обработкой и передачей информации между узлами сети через коммутационные устройства и каналы.
    Безопасность информации (в сети) - защищенность информации от нежелательного ее разглашения (нарушения конфиденциальности), искажения (нарушения целостности), утраты или снижения степени доступности информации, а также незаконного ее тиражирования.
    Безопасность любого ресурса информационной системы складывается из обеспечения трех его характеристик:
•  конфиденциальности,
•  целостности,
•  доступности.

13

    Иначе: информационная, безопасность — все аспекты, связанные с определением, достижением и поддержанием конфиденциальности, целостности, доступности информации или средств ее обработки:
      • конфиденциальность (Confidentiality) компонента системы заключается в том, что он доступен только тем субъектам доступа (пользователям, программам, процессам), которым предоставлены на то соответствующие полномочия;
      • целостность (Integrity) компонента предполагает, что он может быть модифицирован только субъектом, имеющим для этого соответствующие права; целостность является гарантией корректности (неизменности, работоспособности) компонента в любой момент времени;
      • доступность (Availability) компонента означает, что имеющий соответствующие полномочия субъект может в любое время без особых проблем получить доступ к необходимому компоненту системы (ресу ⁾
    Надежность системы - характеристика способности программного, аппаратного, аппаратно-программного средства (например, компьютерной сети) выполнять при определенных условиях требуемые или заданные в спецификации функции в течение определенного периода времени.
    Мы вернемся к характеристике предметной области (надежность и безопасность сетей и систем) при более углубленном ее изучении в главе 12. С некоторыми специфическими понятиями и терминами будем знакомиться по ходу изучения соответствующих разделов курса.




1.2. Историческая информация о развитии компьютерных и вычислительных сетей

    Концепция вычислительных сетей является логическим результатом эволюции компьютерных технологий (или, как мы теперь называем, информационных технологий, ИТ). Первые компьютеры 1950-х годов были большими, громоздкими и дорогими. Такие компьютеры не были предназначены для интерактивной работы, а использовались в режиме пакетной обработки.
    Системы пакетной обработки, как правило, строились на базе мэйнфрейма - мощного и надежного компьютера универсального назначения. Подготавливались перфокарты, содержащие данные и команды программ, и передавались в вычислительный центр. Операторы вводили эти карты в компьютер, а распечатанные результаты пользователи получали обычно только на следующий день. Таким образом, одна неверно «набитая» карта означала как минимум суточную задержку.
    Конечно, интерактивный режим работы, при котором можно с терминала оперативно руководить процессом обработки своих данных, был бы



14

гораздо удобней. Но интересами программистов и пользователей на первых этапах развития вычислительных систем в значительной степени пренебрегали, поскольку пакетный режим - это самый эффективный режим использования вычислительной мощности, так как он позволяет выполнить в единицу времени больше задач, чем любые другие режимы. Во главу угла ставилась эффективность работы самого важного и дорогого устройства вычислительной машины - процессора, в ущерб эффективности работы использующих его специалистов.



     1.2.1. Многотерминальные системы - прообраз сети


    По мере удешевления процессоров в начале 1960-х годов появились новые способы организации вычислительного процесса, которые позволили учесть интересы пользователей. Начали развиваться интерактивные многотерми-налъные системы разделения времени (рис. 1.2).


Рис. 1.2. Многотерминальная система - прообраз вычислительной сети

    В таких системах компьютер использовали сразу несколько программистов-пользователей. Причем время реакции вычислительной системы было достаточно мало для того, чтобы пользователю была не слишком заметна параллельная работа с компьютером и других программистов-пользователей.
    Терминалы, выйдя за пределы вычислительного центра, рассредоточились по всему предприятию. И хотя вычислительная мощность оставалась полностью централизованной, некоторые функции - такие как ввод и вывод данных - стали распределенными. Такие многотерминальные централизованные системы внешне уже были очень похожи на локалъные вычислителъные сети, ЛВС. Действительно, рядовой программист-пользователь работу за

15

терминалом мэйнфрейма воспринимал примерно также, как сейчас он воспринимает работу за подключенным к сети персональным компьютером.
    Многотерминальные системы, работающие в режиме разделения времени, стали первым шагом на пути создания локальных вычислительных сетей.
    Но до появления локальных сетей нужно было пройти большой путь, так как многотерминальные системы, хотя и имели внешние черты распределенных систем, все еще сохраняли централизованный характер обработки данных. С другой стороны, и потребность предприятий в создании локальных сетей в это время еще не созрела - в одном здании просто нечего было объединять в сеть, так как из-за высокой стоимости вычислительной техники предприятия не могли себе позволить роскошь приобретения нескольких компьютеров. В этот период был справедлив так называемый «закон Гроша», который эмпирически отражал уровень технологии того времени. В соответствии с этим законом производительность компьютера была пропорциональна квадрату его стоимости, отсюда следовало, что за одну и ту же сумму было выгоднее купить одну мощную машину, чем две менее мощных - их суммарная мощность оказывалась намного ниже мощности дорогой машины.


1.2.2. Появление глобальных сетей

    Тем не менее потребность в соединении компьютеров, находящихся на большом расстоянии друг от друга, к этому времени вполне назрела.
    В 1958 г. Американское агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (Advanced Research Projects Agency of the U.S. Department of Defense, ARPA) начало реализацию проекта, который в дальнейшем получил название ARPANET и из которого позднее вырос современный Интернет (Internet).
    В 1962 г. важные исследования были начаты в ряде учебных заведений США и прежде всего в Массачусетском технологическом институте (MIT). Именно в 1962 г. молодой американский ученый из MIT Дж. С. Ликлидер написал работу, где высказал идею глобальной сети, которая обеспечивала бы каждому жителю земли доступ к данным и программам из любой точки земного шара. В это же время другой ученый, Л. Клейнрок, закончил работу над своей докторской диссертацией в области теории коммуникационных сетей. В 1963 г. происходит важное событие: появляется первый универсальный стандарт ASCII (American Standard Code for Information Interchange) - схема кодирования, назначающая численные значения-коды буквам, цифрам, знакам пунктуации и некоторым другим символам, в результате чего возникает возможность обмена информацией между компьютерами от различных изготовителей.
    В 1964 г. практически одновременно в MIT, RAND Corporation и Great Britain National Physical Laboratory (GBNPL) были развернуты работы по

16