1. Компютърни мрежи

Основни понятия

Когато два или повече компютъра са физически свързани, се формиракомпютърна мрежа. По принцип създаването на компютърни мрежи изисква специален хардуер(мрежово оборудване)и специален софтуер(мрежов софтуер). Най-простата връзка между два компютъра за обмен на данни се наричадиректна връзка. Не е необходим специален хардуер или софтуер за създаване на директна връзка между компютри, работещи с операционна системаWindows. В този случай хардуерът са стандартните I/O портове (сериен или паралелен), а софтуерът е стандартен инструмент, който е включен в операционната система.

Основната задача, която се решава при създаването на компютърни мрежи, е да се осигури съвместимостта на оборудването по отношение на електрическите и механичните характеристики и да се осигури съвместимостта на информационната поддръжка (програми и данни) по отношение на системата за кодиране и формата на данните. Решението на този проблем принадлежи към областта на стандартизацията и се основава на така нареченияOSI модел (Модел на отворени системни връзки). Създаден е на базата на технически предложения на Международния институт по стандартизацияISO (Международна организация по стандартизация).

Според моделаISO/OSIархитектурата на компютърните мрежи трябва да се разглежда на различни нива (общият брой нива е до седем). Най-високото ниво е нивото на приложението. На това ниво потребителят взаимодейства с компютърната система. Най-ниското ниво еPhysical. Той осигурява обмен на сигнал между устройствата. Обменът на данни в комуникационните системи се осъществява чрез технитепреместване отгоре надолу, след това транспортиране и накрая възпроизвеждане на клиентския компютър в резултат на движение отдолу нагоре.

За да се осигури необходимата оперативна съвместимост, специални стандарти, нареченипротоколиработят на всяко от седемте възможни нива на архитектурата на компютърната мрежа. Те определят естеството на хардуерното взаимодействие на мрежовите компоненти(хардуерни протоколи)и естеството на взаимодействието на програми и данни(софтуерни протоколи).

Физически функциите за поддръжка на протоколи се изпълняват от хардуер(интерфейси)и софтуер(програми за поддръжка на протоколи). Програмите, които поддържат протоколи, се наричат ощепротоколи. Така например, ако два компютъра са свързани помежду си чрез директна връзка, тогава на най-ниското (физическо) ниво протоколът за тяхното взаимодействие се определя от специфични физически портови устройства (паралелен или сериен) и механични компоненти (конектори, кабел и т.н.). На по-високо ниво комуникацията между компютрите се определя от софтуера, който контролира прехвърлянето на данни през портове. За стандартните портове те са в основната I/O система. На най-високо ниво комуникационният протокол се осигурява от приложенията на операционната система. Например за Windows това е стандартната програма Директна кабелна връзка.

В съответствие с използваните протоколи компютърните мрежи обикновено се разделят налокални (LAN - Local Area Network)иглобални (WAN - Wide Area Network). Компютрите в локалната мрежа използват предимно един набор от протоколи за всички участници. На териториален принцип локалните мрежи са компактни. Те могат да се комбинираткомпютри от една стая, етаж, сграда, група компактно разположени структури. Глобалните мрежи като правило имат увеличени географски измерения. Те могат да обединяват както отделни компютри, така и отделни локални мрежи, включително такива, използващи различни протоколи.

Предназначението на всички видове компютърни мрежи се определя от две функции:

Предоставяне насподелянена хардуерни и софтуерни ресурси на мрежата;
предоставяне насподелянена ресурси за данни.

Така, например, всички членове на локалната мрежа могат да споделят едно общо печатащо устройство(мрежов принтер)или, например, ресурсите на твърдия диск на един специален компютър(файлов сървър). Същото важи и за софтуерната и информационна поддръжка. Ако в мрежата има специален компютър, който се споделя между членовете на мрежата, той се наричафайлов сървър. Компютърни мрежи, в които няма специализиран сървър и всички локални компютри могат да комуникират помежду си на "равни права" (обикновено малки мрежи), се наричат peer-to-peer.

Групи от служители, работещи по един и същи проект в локалната мрежа, се наричат работни групи. В рамките на една и съща локална мрежа могат да работят няколко работни групи. Членовете на работните групи могат да имат различни права за достъп до мрежови дялове. Съвкупността от техники за разделяне и ограничаване на правата на участниците в компютърна мрежа се нарича мрежова политика. Управлението на мрежовите политики (може да има няколко в една и съща мрежа) се наричамрежова администрация. Лицето, което ръководи организацията на работата на участниците в локалната компютърна мрежа, се наричасистемен администратор.

За комуникация междуняколко локални мрежи, работещи на различни протоколи, са специални инструменти, нареченишлюзове. Шлюзовете могат да бъдат хардуерни или софтуерни. Например, може да е специален компютър(шлюз сървър)или може да е компютърна програма. В последния случай компютърът може да изпълнява не само функцията на шлюз, но и някои други функции, характерни за работните станции.

Когато свързвате локалната мрежа на предприятие с глобалната мрежа, концепцията замрежова сигурностиграе важна роля. По-специално трябва да се ограничи достъпът до локалната мрежа за неоторизирани лица отвън, както и достъпът извън локалната мрежа за служители на предприятието, които нямат съответните права. За да се гарантира сигурността на мрежата, така нареченитезащитни стениса инсталирани между локалната и глобалната мрежа. Защитната стена може да бъде специален компютър или компютърна програма, която предотвратява неоторизирано движение на данни между мрежите.

Мрежови услуги. Основни понятия

Концепцията за виртуална връзка. Помислете за прост пример за взаимодействие на двама кореспонденти, използващи обикновена поща. Ако те редовно изпращат писма един на друг и съответно ги получават, тогава те могат да приемат, че има връзка между тях при потребителя(приложен слой). Това обаче не е съвсем вярно. Такава връзка може да се наречевиртуална. Би било физическо, ако всеки от кореспондентите лично носи писмото на другия и го предава в собствените си ръце. В реалния живот той го пуска в пощенската кутия и чака отговор.

Федералната пощенска служба в своята работа разчита на услугите от следващо ниво, например на услугата за поща и багаж на железопътния отдел. И само като гледам работататази услуга най-накрая можете да намерите признаци на физическа връзка, като например железопътна линия, свързваща два града.

Това е много прост пример, защото в действителност дори доставката на обикновен имейл може да засегне много повече услуги. Но за нас е важно да обърнем внимание на факта, че в разглеждания пример са формирани няколко виртуални връзки между подобни услуги, разположени в точките за изпращане и получаване. Без да влизат в пряк контакт, тези услуги взаимодействат помежду си. На някакво ниво писмата се слагат в чували, торбите се запечатват и към тях се прикачват придружаващи документи, които се изучават и проверяват на подобно ниво някъде в друг град.

Таблицата показва, че всяко ново ниво все повече и повече увеличава функционалността на комуникационната система. Местната пощенска служба работи не само с писма, но и с колети и колети. Пощенската и багажната служба също се занимава с доставка на стоки. Автомобилите превозват не само поща, но и хора. По релсите се движат не само пощенски и пътнически влакове, но и товарни влакове и т.н. Тоест, колкото по-високо е нивото в комуникационния модел, толкова повече различни функционални услуги го използват.

Връщайки се към компютърните комуникационни системи, нека разгледаме как се обменят данни между потребители, разположени на различни континенти в моделаISO/OSI.

Наприложния слойпотребителят създава документ (съобщение, картина и т.н.) с помощта на специални приложения.

Напрезентационния слойоперационната система на неговия компютър улавя къде се намират генерираните данни (в RAM, във файл на твърдия диск и т.н.) и комуникира със следващия слой.

Насесийния слой, компютърът на потребителявзаимодейства с локална или глобална мрежа. Протоколите на този слой проверяват правата за достъп на потребителя за използване на мрежови услуги и предават документа на протоколите на транспортния слой.

Натранспортния слойдокументът се преобразува във формата, в която се предполага, че данните се предават в използваната мрежа. Например, може да се нарязва на малки опаковки със стандартен размер.

Слоятсвързванее необходим, за да се моделират сигналите, циркулиращи във физическия слой според данните, получени от мрежовия слой. Например в компютъра тези функции се изпълняват от мрежова карта или модем.

Действителното прехвърляне на данни се извършва нафизическия слой. Няма документи, няма пакети, нито дори байтове - само битове, тоест елементарни единици за представяне на данни. Възстановяването на документа от тях ще става постепенно, при преминаване от по-ниско към по-горно ниво на компютъра на клиента.

На компютъра на получателя на информация се извършва обратният процес на преобразуване на данни от битови сигнали в документ.

Характеристики на виртуални връзки. Различните протоколни слоеве на сървъра и клиента не комуникират директно един с друг, но комуникират чрез физическия слой. Постепенно преминавайки от горното ниво към долното, данните непрекъснато се трансформират, "обрастват" с допълнителни данни, които се анализират от протоколите на съответните нива от съседната страна. Това създава ефект на виртуално взаимодействие между нивата. Но въпреки виртуалността, това все още са връзки, през които също преминават данни.