Что такое Ethernet

Ethernet – это наиболее распространённая технология организации локальных сетей. Стандарты Ethernet описывают реализацию двух первых уровней модели OSI – проводные соединения и электрические сигналы (физический уровень), а так же форматы блоков данных и протоколы управления доступом к сети (канальный уровень). Начнём с идеи, лежащей в основе Ethernet. Название Ethernet произошло от двух английских слов – ether (эфир) и net (сеть). Ethernet использует концепцию общего эфира. Каждый ПК посылает данные в этот эфир и указывает, кому они адресованы. Данные могут дойти до всех ПК сети, но обрабатывает их только тот ПК, которому они предназначены. Остальные ПК чужие данные игнорируют. Такая работа аналогична эфиру радиостанций. Все радиостанции транслируют свои передачи в общее электромагнитное поле – радиоэфир. Ваш радиоприёмник получает электромагнитные сигналы всех станций. Но слушаете вы не всё сразу, а ту станцию, которая вам нужна.

История Ethernet

Ethernet был разработан в 70-х годах XX века в Xerox PARC (Xerox Palo Alto Research Center) – научно-исследовательском центре Xerox. Может показаться неожиданным, что ведущую сетевую технологию разработала компания по производству копировальной техники. Тем не менее, в Xerox PARC в 70-е годы были разработаны: лазерный принтер, концепция ноутбука, графический интерфейс (1973 год, за 12 лет до выхода Windows 1.0), принцип WYSIWYG и многое другое. Однако руководство Xerox проявляло интерес только к разработкам в области печати/сканирования/копирования. Поэтому сейчас многие изобретения Xerox PARC ассоциируются с совсем другими именами. Так что помните – изобретение классной вещи само по себе ничего не гарантирует. Убедить остальных в том, что она классная, и запустить её на рынок – не менее сложные задачи.

Вернёмся к сетям. В начале 80-х годов Ethernet проходит стандартизацию. Появляется группа стандартов IEEE 802.3, описывающая Ethernet и по сей день. Тут опять надо сделать лирическое отступление и поговорить немного про стандартизацию. Сейчас в мире существует много организаций, принимающих стандарты. Например, наш Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации выпускает государственные стандарты (ГОСТы). Название организации обычно отображается в названии стандарта. Так, упомянутую группу стандартов IEEE 802.3 разработал и принял IEEE – Институт инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Силы закона стандарты сейчас не имеют, применять их или нет – личное дело каждого. Но, если стандарт принят авторитетной организацией (IEEE – очень авторитетная организация), и его уже поддержали ведущие производители (за спиной первых стандартов Ethernet стояли DEC, Intel и Xerox), то лучше стандарта придерживаться. Иначе оборудование будет не совместимо с упомянутыми организациями, и его никто не купит.

Стандарт, который разработали DEC, Intel и Xerox, реализовывал общий эфир в прямом смысле слова. Все компьютеры сети подключались к общему коаксиальному кабелю. Коаксиальный кабель (coaxial, от co - совместно и axis - ось, то есть «соосный») – это кабель из пары проводников – центрального провода и окружающего его металлического цилиндра – экрана. Промежуток между проводом и экраном заполнен изоляцией, снаружи кабель так же покрыт изолирующей оболочкой. Такой кабель используется, например, в телевизионных антеннах.

В ранних сетях Ethernet коаксиальный кабель являлся носителем общего электромагнитного эфира. ПК подключались к общему кабелю с помощью специальных коннекторов. Такая структура соединения называется шинной, а сам общий кабель называют «шина».

Каждый ПК отправлял в шину электрические сигналы, все остальные ПК их получали. Дальше ПК должен был определить, кому реально этот сигнал адресован, и, соответственно, свои сигналы обработать, а чужие – проигнорировать. Несмотря на то, что Ethernet на коаксиальном кабеле уже давно не используется, механизм адресации данных и концепция общего эфира сохранились без изменений.

MAC-адреса

Рассмотрим подробнее, как на канальном уровне Ethernet данные из общего эфира распределяются по адресатам. Начнём, собственно, с адресации. На канальном уровне обмен данными идёт между сетевыми интерфейсами (network interface), то есть теми компонентами оборудования, которые физически соединены с сетью. Как правило, одно устройство имеет один сетевой интерфейс, то есть одно физическое соединение. Однако бывают и устройства с несколькими интерфейсам, например, в ПК можно поставить несколько сетевых контроллеров (network interface controller, NIC) и каждый подсоединить к сети. Поэтому в общем случае не следует путать устройства и их сетевые интерфейсы.

Все интерфейсы в пределах сети имеют собственные уникальные идентификаторы – MAC-адреса (Media Access Control address, адрес управления доступом к носителю данных). В сетях Ethernet используются 48-битные MAC-адреса. Их принято записывать в 16-ричной форме, разделяя байты знаком: или -. Например, 00-18-F3-05-19-4F.

Как правило, производитель раз и навсегда записывает MAC-адрес в оборудование при его изготовлении, и поменять MAC-адрес нельзя. Уникальность адресов достигается следующим образом. Первые 3 байта адреса обозначают производителя устройства и называются уникальным идентификатором организации (Organizationally Unique Identifier, OUI). Назначаются они не произвольно, их выдаёт IEEE. Любая организация, решившая производить сетевые интерфейсы, регистрируется в IEEE и получает свой идентификатор, уникальность которого гарантирует IEEE. Список уже розданных идентификаторов можно просмотреть на сайте IEEE . Последние 3 байта MAC-адреса производитель назначает сам и за их уникальностью следит тоже сам. Таким образом, при соблюдении производителями стандартов, ни у каких двух сетевых интерфейсов в мире MAC-адреса не совпадают. Ключевое слово – при соблюдении стандартов. Технически возможно изготовить интерфейс с произвольным MAC-адресом. Однако ни к чему хорошему это не приведёт.

Как не трудно догадаться, MAC-адреса нужны не сами по себе. MAC-адреса позволяют указать, кому именно предназначены данные, отправленные в общий эфир. Реализовано это следующим образом.

Данные в эфир передаются не однородным потоком, а блоками. Блоки эти на канальном уровне принято называть кадрами (frame). Каждый кадр состоит из служебных и полезных данных. Служебные данные – это заголовок, в котором указаны MAC-адрес отправителя, MAC-адрес назначения, тип вышестоящего протокола и тому подобное, а так же контрольная сумма в конце кадра. В середине кадра идут полезные данные – собственно то, что передаётся по Ethernet.

Контрольная сумма позволяет проверить целостность кадра. Сумму считает отправитель и записывает в конец кадра. Получатель вновь считает сумму и сравнивает её с той, что записана в кадре. Если суммы совпали, то, скорее всего, данные в кадре при передаче не повредились. Если же сумма не совпала, то данные точно повредились. Понять по контрольной сумме, какая именно часть кадра повреждена, невозможно. Поэтому в случае несовпадения суммы весь кадр считается ошибочным. Это примерно как если бы мы что-нибудь, на пример уголь, перевозили по аварийной железной дороге. Сначала мы бы загрузили уголь в вагоны. Вагоны имеют собственный вес, бесполезный для нас, но без вагонов по железной дороге перемещаться нельзя. Каждый вагон либо успешно целиком доедет в пункт назначения, либо попадёт в аварию и не доедет. Не бывает так, чтобы полвагона доехало, а полвагона осталось на разбитых путях.

Если кадр пришёл с ошибкой, его необходимо передать заново. Чем больше размер кадра, тем больше данных придётся передавать повторно при каждой ошибке. Плюс, пока интерфейс передаёт один большой кадр, остальные кадры вынуждены ждать в очереди. Поэтому передавать очень большие кадры не выгодно, и длинные потоки данных делятся на части между кадрами. С другой стороны, делать кадры короткими тоже не выгодно. В коротких кадрах почти весь объём будут занимать служебные данные, а полезных данных будет передано мало. Это характерно не только для Ethernet, но для многих других протоколов передачи данных. Поэтому для каждого стандарта существует свой оптимальный размер кадра, зависящий от скорости и надёжности сети. Максимальный размер полезной информации, передаваемой в одном блоке, называется MTU (maximum transmission unit). Для Ethernet он равен 1500 байт. То есть каждый Ethernet-кадр может нести не более 1500 байт полезных данных.

MAC-адреса и кадры позволяют разделить данные в общем Ethernet-эфире. Интерфейс обрабатывает только те кадры, MAC-адрес назначения которых совпадает с его собственным MAC-адресом. Кадры, адресованные другим получателям, интерфейс должен игнорировать. Достоинство такого подхода – простота реализации. Но есть и масса недостатков. Во-первых, проблемы безопасности. Любой может прослушать все данные, транслируемые в общий эфир. Во-вторых, эфир можно заполнить помехами. На практике, одна сбойная сетевая карта, постоянно отсылающая какие-то кадры, может повесить всю сеть предприятия. В-третьих, плохая масштабируемость. Чем больше компьютеров в сети, тем меньший кусочек эфира им достаётся, тем меньше эффективная пропускная способность сети.

Концепция эфира, MAC-адреса и Ethernet-кадры реализуют второй (канальный) уровень модели OSI. Этот уровень не претерпел изменений со времён первых стандартов Ethernet. Однако физический уровень сети Ethernet изменился радикально.

Слово Ethernet произошло от двух слов «ether» или эфир и «net» — сеть. То есть в переводе получится эфирная сеть.

Надо понимать, что Ethernet и Интернет – это совершенно разные вещи. Так, Ethernet – это технология, с помощью которой информация передается между компьютерами, связанными в локальную сеть. В тоже время Интернет – это глобальная система взаимодействующих друг с другом компьютерных сетей во всем мире. По сути, это всемирное информационное пространство, которое создано на базе протокола IP.

Ethernet технология используется в промышленности, офисах, сотовой связи, везде, где реализован обмен данными между машинами. Технология является своего рода заменителем радиовещания.

Используются специально разработанные стандарты для трансляции . Их называют протоколами. Это Fast и Gigabit Ethernet, и самый максимальный 10G Ethernet. Последний только развивается. При передаче информации по технологии 10 гигабитного интернета будет использоваться оптоволокно, в отличие от обычного гигабитного, где используется медный провод.

Немного истории

Эта технология появилась в 1973 году. Но сам стандарт был утвержден и разработан только в 1980. А в 1981 году был выпущен первый трансивер или приемопередатчик. В 1983 появился стандарт IEEE 802,3 технологии Ethernet.

Сетевой адаптер появился немногим позже, в 1982. В 1985 году был запущен Ethernet II, а уже через пять лет появилась всем знакомая технология 10 BaseT – витая пара. И последним витком истории технологии является 1995 год, когда был введен Fast Ethernet или современный 100 BaseT.

Как это работает

Работает технология Gigabit Ethernet в отличие от своих предшественников используя четырех-парный кабель. Этот провод является самым надежным и защищенным от всякого рода коллизий.

Передача данных кодируется не двумя уровнями, а четырьмя (00, 01, 10, 11). Получается, что в один кадр входит сразу два бита.

Кадром называется пакет из восьми заголовков, которые содержат в себе адреса получателя и отправителя, задачи для адаптеров для синхронной приемо-передачи информации, полей контрольных сумм и самой информации. Сейчас повсеместно используется кадр формата 802,3 технологии Изернет. Он и определяет все эти восемь заголовков.

Передача информации происходит следующим образом – информация в одном компьютере формируется в кадр, кодируется и через сетевой адаптер поступает к адаптеру другого устройства, где тот расшифровывает ее и посылает на экран пользователя в виде необходимых ему данных.

На рисунке показан двухуровневый сигнал , который использовался раньше и четырехуровневый – более современный.

Такая схема называется амплитудно-импульсным кодированием . Она создана для того, чтобы снизить частоту напряжения до 125 Мегагерц. А адаптер уже выбирает сам из общего канала свой переданный сигнал для получения сигнала от другого компьютера.

Ethernet – коллизии

Езернет коллизии – это ошибки, которые могут происходить во время передачи данных между персональными устройствами. Это слово происходит от английского collision – столкновение.

Чаще всего такие ошибки возникают потому, что одна станция начинает отправлять информацию раньше другой . То есть, пока другой компьютер отправляет данные и информация находится в середине пути, второе устройство начинает свою передачу. В результате пакеты информации сталкиваются не достигнув цели, устройства прослушав протоколы и обнаружив такие ошибки, прерывают передачу. Такие коллизии часто происходили, когда подключение происходило по коаксиальному Ethernet кабелю или по витой паре, состоящей из двух пар.

Сейчас при полном дуплексном режиме такое случается редко.

Как происходит подключение

Ранее подключение между компьютерами происходило с помощью коаксиальных кабелей, специальных переходников и трансиверов, если приходилось соединять толстые и тонкие кабеля. В случае повреждения хотя бы одного кабеля, вся сеть переставала работать.

Для передачи сигналов на данный момент используется кабель витая пара и коннекторы RJ45, которые подключаются к компьютерам и другим периферийным устройствам, или роутеру. Сейчас все более получает распространение оптоволоконный кабель. Здесь скорость разумеется в разы больше. Преимущество оптоволокна в его надежности и защите от всякого рода коллизий.

При подключении к сети на каждом компьютере устанавливается Ethernet контроллер или, как его еще называют, сетевая карта, которая выполняет своего рода шифрование и дешифрование полученной и отправляемой им информации. А портом Ethernet называется интерфейс входа на сетевой карте, который обычно называют lan порт.

Разновидности Ethernet

Существует несколько разновидностей сетевой технологии Ethernet, каждый из которых зависит от скорости и передающей среды. Ранние разновидности были следующими:

• Xerox Ethernet со скорость 3 мегабита в секунду.
• 1base5 со скоростью 1 Мб/с , но использовал витую пару.

Десяти мегабитный Езернет имел такие модификации:

• 10base5 со скоростью 10 мегабит с использованием толстого коаксиального кабеля.
• 10base2. Использовался тонкий кабель, но нужны были терминаторы или переходники на каждом конце.
• 10baseT – использовалась витая пара, но максимальная длина провода могла составлять только 100 метров от маршрутизатора.

Быстрый (Fast) подразделяется на:

• 100 baseT – скорость 100 Мб/с , использование витой пары. Длина – 100 метров от маршрутизатора.
• 100base fx – скорость 100 Мб/с . Длина от 400 метров до 2 километров в полном дуплексе.

Гигабитный:

• 1000 base lx – использование оптического волокна для передачи данных. Для одномодового – длина равняется 5 километрам, а для многомодового – 550 метров.
• 1000 base sx – также используется оптическое волокно, а длина передачи данных составляет всего 550 метров.
• 1000base T – для передачи информации используется витая пара стандарта 5е.

10 гигабитный:

• 10gbase t — применяется витая пара категории 6е.
• 10gbase lx4 – используется оптоволокно. Одномодовое – 10 километров. Многомодовое – 300 метров.
• 10 gbase cx4 – нужен кабель из меди cx4 и коннекторы InfiniBand.

MAC-адрес

Мак адрес или адрес персонального устройства, который дается ему при изготовлении, является идентификатором, дающим определение той или иной компьютерной единице в сети.

Он позволяет идентифицировать хост и поставлять ему те или иные данные, информацию. Благодаря этому можно избежать тех или иных коллизий, которые могут возникнуть при передаче информации. Таким образом данные всегда строго поступят тому компьютеру, которому они назначались.

Найти его можно открыв свойства вашего сетевого адаптера. Он состоит из шестнадцатеричного набора цифр и букв. Он присваивается не только ПК, но и принтерам, маршрутизаторам, роутерам и другим устройствам, которые работают в локальной или всемирной сети.

сеть малоперспективной для решения технологических задач реального времени. Определенные проблемы иногда создает ограничение на максимальное поле данных, равное ~1500 байт .

Выбор длины поля данных диктовался уровнем ошибок (BER) для технологий, существовавших на момент разработки стандарта Ethernet .

Первоначально в качестве среды передачи данных использовался толстый коаксиальный кабель (Z = 50 Ом ), а подключение к нему выполнялось через специальные устройства (трансиверы). Позднее сети начали строиться на основе тонкого коаксиального кабеля. Но и такое решение было достаточно дорогим. Разработка дешевых широкополосных скрученных пар и соответствующих разъемов открыла перед Ethernet широкие перспективы. Те, кому приходилось работать с коаксиальными кабелями Ethernet , знают, что при подсоединении или отсоединении разъема можно получить болезненные удары тока. Для скрученных пар это исключено. Но и эта технология не вечна: скрученные пары мало-помалу уступают свои позиции оптоволоконным кабелям.

Для разного быстродействия Ethernet используются разные схемы кодирования, но алгоритм доступа и формат кадра остается неизменным, что гарантирует программную совместимость .

Однако наличие сотен миллионов интерфейсов Ethernet является серьезным препятствие замены стандарта на более совершенный.

16.1. Архитектура сетей Ethernet

Многие современные физические сетевые среды используют последовательный формат передачи информации. К этой разновидности относится и Ethernet . Фирма "Ксерокс" осуществила разработку протокола Ethernet в 1973 году, а в 1979 году объединение компаний Xerox, Intel и DEC (DIX) предоставило документ для стандартизации протокола в IEEE . Предложение с небольшими изменениями было принято комитетом 802.3 в 1983 году. Кадр Ethernet в современном стандарте имеет формат, показанный на рис. 16.1 .

Рис. 16.1.

Поле преамбула содержит 7 байт 0хАА и служит для стабилизации и синхронизации среды (чередующиеся сигналы CD1 и CD0 при завершающем CD0), далее следует поле SFD (Start Frame Delimiter = 0xAB), которое предназначено для выявления начала кадра. Поле EFD ( End Frame Delimiter) задает конец кадра. Поле контрольной суммы (CRC - Cyclic Redundancy Check ), так же как и преамбула, SFD и EFD, формируются и контролируются на аппаратном уровне. В некоторых модификациях протокола поле EFD не применяется. Пользователю доступны поля, начиная с адреса получателя и кончая полем информация , включительно. После CRC и EFD следует межпакетная пауза (IPG - InterPacket Gap – межпакетный интервал ) длиной 96 бит -тактов (9,6 мкс для 10-мегабитного Ethernet ) или более. Максимальный размер кадра равен 1518 байт (сюда не включены поля преамбулы, SFD и EFD). Интерфейс просматривает все пакеты, следующие по кабельному сегменту, к которому он подключен: ведь определить, корректен ли принятый пакет и кому он адресован, можно лишь приняв его целиком. Корректность пакета по CRC , по длине и кратности целому числу байт определяется после проверки адреса места назначения. Вероятность ошибки передачи при наличии CRC -контроля составляет ~2 -32 . При вычислении CRC используется образующий полином R(x) :

R(x) = x 32 + x 26 + x 23 + x 22 + x 16 + x 12 + x 11 + x 10 + x 8 + x 7 + x 5 + x 4 + x 2 + x + 1 .

Алгоритм вычисления CRC сводится к вычислению остатка от деления кода M(x) , характеризующего кадр , на образующий полином R(x) (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Access Method and Physical Layer Specification. Published by IEEE 802.3-1985. Wiley-Interscience, John & Sons, Inc .). CRC представляет собой дополнение полученного остатка R(x) . CRC вычисляется сетевым интерфейсом и пересылается, начиная со старших разрядов.

Для пересылки данных в сети (быстродействием <1 Гбит/с) используется манчестерский код , который служит как для передачи данных, так и для синхронизации. Каждый бит -символ делится на две части, причем вторая часть всегда является инверсной по отношению к первой. В первой половине кодируемый сигнал представлен в логически дополнительном виде, а во второй – в обычном. Таким образом, сигнал логического 0 – CD0 характеризуется в первой половине уровнем HI (+0,85 В) , а во второй - LO (-0,85 В) . Соответственно сигнал CD1 характеризуется в первой половине бит -символа уровнем LO , а во второй – HI . Примеры форм сигналов при манчестерском кодировании представлены на рис. 16.2 . Верхний уровень сигнала соответствует +0,85 В , нижний - -0,85 В .

Рис. 16.2.

Минимальная длительность пакета в Ethernet определяется тем, что отправитель должен узнать о столкновении пакетов, если оно произошло, раньше, чем закончит передачу кадра. При этом длительность передаваемого пакета должна быть больше удвоенного максимального времени распространения кадра до самой удаленной точки сетевого сегмента.

Здесь подразумевается сегмент, образуемый кабелями и повторителями. Минимальная длительность кадра, равная 64 байтам, была определена для конфигураций 10 Мбит/c сети с четырьмя повторителями и 500-метровыми кабельными сегментами. Наибольший вклад в задержку вносят повторители (если они используются).

Если размер пакета меньше 64 байт , добавляются байты-заполнители, чтобы кадр в любом случае имел соответствующий размер. При приеме контролируется длина пакета, и если она превышает 1518 байт , пакет считается избыточным и обрабатываться не будет. Аналогичная судьба ждет кадры короче 64 байт . Любой пакет должен иметь длину, кратную 8 бит ( целое число байт ). Если в поле адресата содержатся все единицы, адрес считается широковещательным, то есть обращенным ко всем рабочим станциям локального сегмента сети.

При подключении ЭВМ к сети непосредственно с помощью переключателя ограничение на минимальную длину кадра теоретически снимается. Но работа с более короткими кадрами в этом случае станет возможной лишь при замене сетевого интерфейса на нестандартный (причем как у отправителя, так и получателя) !

Пакет Ethernet может нести от 46 до 1500 байт данных. Формат MAC -адреса получателя или отправителя показан на рис. 16.3 .

Рис. 16.3.

В верхней части рисунка указана длина полей адреса, в нижней – нумерация разрядов. Субполе I/G представляет собой флаг индивидуального или группового адреса. I/G=0 – указывает на то, что адрес является индивидуальным адресом сетевого объекта. I/G=1 характеризует адрес как мультикастинговый, в этом случае дальнейшее разбиение адреса на субполя теряет смысл. Мультикастинговые адреса позволяют обращаться сразу к нескольким станциям в пределах субсети. Субполе U/L является флагом универсального или местного управления (определяет механизм присвоения адреса сетевому интерфейсу). U/L=1 указывает на локальную адресацию ( адрес задан не производителем и ответственность за уникальность лежит на администраторе LAN или на пользователе). U/L=I/G=0 характерно для стандартных уникальных адресов, присваиваемых интерфейсу его изготовителем. Субполе OUI (Organizationally Unique Identifier ) позволяет определить производителя сетевого интерфейса. Каждому производителю присваивается один или несколько OUI . Размер субполя позволяет идентифицировать около 4 миллионов различных производителей. За корректность присвоения уникального адреса интерфейса (OUA – Organizationally Unique Address) несет ответственность производитель. Двух интерфейсов одного и того же производителя с идентичными номерами не должно существовать. Размер поля позволяет произвести примерно 16 миллионов интерфейсов. Комбинация OUI и OUA составляют UAA (Universally Administrated Address = IEEE - адрес ).

Если в поле кадра протокол/тип записан код менее 1500, то это поле характеризует длину кадра. В противном случае – это код протокола, пакет которого инкапсулирован в поле данных кадра.

Доступ к каналу Ethernet базируется на алгоритме CSMA/CD ( Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ). В Ethernet любая станция, подключенная к сети, может попытаться начать передачу пакета (кадра), если кабельный сегмент, к которому она подключена, свободен. Свободен ли сегмент, интерфейс определяет по отсутствию "несущей" в течение 96 бит -тактов. Так как первый бит пакета достигает остальных станций сети не одновременно, может случиться, что попытку передачи совершат две или более станций, тем более что задержки в повторителях и кабелях могут достигать достаточно больших величин. Такие совпадения попыток называются столкновениями . Столкновение ( коллизия ) распознается по наличию в канале сигнала, уровень которого соответствует работе двух или более трансиверов одновременно. При обнаружении столкновения станция прерывает передачу. Возобновление попытки может быть произведено после выдержки (кратной 51,2 мксек, но не превосходящей 52 мс), значение которой является псевдослучайной величиной и вычисляется каждой станцией независимо (T= RAND(0,2 min(N,10) ), где N – содержимое счетчика попыток, а число 10 - backoffLimit).

Обычно после столкновения время разбивается на ряд дискретных доменов с длиной, равной удвоенному времени распространения пакета в сегменте ( RTT ). Для максимально возможного RTT это время равно 512 бит -тактам. После первого столкновения каждая станция ждет 0 или 2 временного домена, прежде чем совершить еще одну попытку. После второго столкновения каждая из станций может выждать 0, 1, 2 или 3 временного домена и т.д. После n-го столкновения случайное число лежит в пределах 0 – (2 n – 1) . После 10 столкновений максимальное значение случайной выдержки перестает расти и остается на уровне 1023 .

Теперь рассмотрим поведение сети при наличии k станций, готовых к передаче. Если некоторая станция осуществляет передачу во время домена доступа с вероятностью p , вероятность того, что станция захватит канал, равна:

Достигает максимума при . при . Среднее число доменов на один доступ равно 1/А . Так как каждый домен имеет протяженность RTT , то средняя длительность времени доступа составит RTT/A . Если среднее время передачи кадра составляет P секунд, то при большом числе станций, готовых к передаче, эффективность канала составит P/(P+RTT/A) .

Таким образом, чем длиннее кабельный сегмент, тем больше среднее время доступа .

После выдержки при столкновении станция увеличивает на единицу счетчик попыток и начинает очередную передачу. Предельное число попыток по умолчанию равно 16; если число попыток исчерпано, связь прерывается и выдается соответствующее сообщение (о недоступности). При этом передаваемый кадр будет безвозвратно потерян.

Длинный кадр способствует "синхронизации" начала передачи пакетов несколькими станциями. Ведь за время передачи с заметной вероятностью может возникнуть необходимость передачи у двух и более станций. В момент, когда они обнаружат завершение пакета, будут включены таймеры IPG . К счастью, информация о завершении передачи пакета доходит до станций сегмента не одновременно. Но задержки, с которыми это связано, являются также причиной того, что факт начала передачи нового пакета одной из станций не становится известным немедленно. При вовлечении в столкновение нескольких станций они могут уведомить остальные станции об этом, послав сигнал "затора" ( JAM - не менее 32 бит ). Содержимое этих 32 бит не регламентируется. Такая схема делает менее вероятным повторное столкновение . Источником большого числа столкновений (помимо информационной перегрузки) может служить запредельная суммарная длина логического кабельного сегмента, слишком большое число повторителей, обрыв кабеля или неисправность одного из интерфейсов. Но сами

EtherNet стандарт IEEE 802.3

Это самый распространенный на сегодняшний день стандарт технологии сети.

Особенности:

• работает с коаксиальным кабелем, витой парой, оптическими кабелями;
• топология – шина, звезда;
• метод доступа – CSMA/CD.

Архитектура сетевой технологии Ethernet фактически объединяет целый набор стандартов, имеющих как общие черты, так и отличия.

Технология Ethernet была разработана вместе со многими первыми проектами корпорации Xerox PARC. Общепринято считать, что Ethernet был изобретён 22 мая 1973 года, когда Роберт Меткалф составил докладную записку для главы PARC о потенциале технологии Ethernet. Но законное право на технологию Меткалф получил через несколько лет. В 1976 году он и его ассистент Дэвид Боггс издали брошюру под названием «Ethernet: Distributed Packet Switching For Local Computer Networks». Меткалф ушёл из Xerox в 1979 году и основал компанию 3Com для продвижения компьютеров и локальных вычислительных сетей. Ему удалось убедить DEC, Intel и Xerox работать совместно и разработать стандарт Ethernet (DIX). Впервые этот стандарт был опубликован 30 сентября 1980 года .

Дальнейшее развитие технологии EtherNet:

• 1982-1993 разработка 10Мбит/с EtherNet;
• 1995-1998 разработка Fast EtherNet;
• 1998-2002 разработка GigaBit EtherNet;
• 2003-2007 разработка 10GigaBit EtherNet;
• 2007-2010 разработка 40 и 100GigaBit EtherNet;
• 2010 по сей день разработка Terabit Ethernet.

На уровне MAC, который обеспечивает доступ к среде и передаче кадра, для идентификации сетевых интерфейсов узлов сети используются регламентированные стандартом уникальные 6-байтовые адреса, называемые MAC-адресами. Обычно MAC-адрес записывается в виде шести пар шестнадцатеричных цирф, разделенных тире или двоеточиями, например 00-29-5E-3C-5B-88. Каждый сетевой адаптер имеет MAC-адрес.

Структура MAC-адреса Ethernet:

• первый бит MAC-адреса получателя называется битом I/G (individual/group или широковещательным). В адресе источника он называется индикатором маршрута от источника (Source Route Indicator);
• второй бит определяет способ назначения адреса;
• три старших байта адреса называются защитным адресом (Burned In Address, BIA) или уникальным идентификатором организации (Organizationally UniqueIdentifier, OUI);
• за уникальность младших трех байт адреса отвечает сам производитель.

Некоторые сетевые программы, в частности wireshark, могут сразу отображать вместо кода производителя - название фирмы производителя данной сетевой карты.

Формат кадра технологии EtherNet

В сетях Ethernet существует 4 типа фреймов (кадров):

• кадр 802.3/LLC (или кадр Novell802.2),
• кадр Raw 802.3 (или кадр Novell 802.3),
• кадр Ethernet DIX (или кадр Ethernet II),
• кадр Ethernet SNAP.

На практике в оборудовании EtherNet используется только один формат кадра, а именно кадр EtherNet DIX, который иногда называют кадром по номеру последнего стандарта DIX.

• Первые два поля заголовка отведены под адреса:
• DA (Destination Address) – MAC-адрес узла назначения;
• SA (Source Address) – MAC-адрес узла отправителя. Для доставки кадра достаточно одного адреса – адреса назначения, адрес источника помещается в кадр для того, чтобы узел, получивший кадр, знал, от кого пришел кадр и кому нужно на него ответить.
• Поле T (Type) содержит условный код протокола верхнего уровня, данные которого находятся в поле данных кадра, например шестнадцатеричное значение 08-00 соответствует проколу IP. Это поле требуется для поддержки интерфейсных функций мультиплексирования и демультиплексирования кадров при взаимодействии с протоколами верхних уровней.
• Поле данных. Если длина пользовательских данных меньше 46 байт, то это поле дополняется до минимального размера байтами заполнения.
• Поле контрольной последовательности кадра (Frame Check Sequence, FCS) состоит из 4 байт контрольной суммы. Это значение вычисляется по алгоритму CRC-32.

Кадр EtherNet DIX (II) не отражает разделения канального уровня EtherNet на уровень MAC и уровень LLC: его поля поддерживают функции обоих уровней, например интерфейсные функции поля T относятся у функциям уровня LLC, в то время как все остальные поля поддерживают функции уровня MAC.

Рассмотрим формат кадра EtherNet II на примере перехваченного пакета с помощью сетевого анализатора Wireshark

Обратите внимание, что так как MAC адрес состоит из кода производителя и номера интерфейса, то сетевой анализатор сразу преобразует код производителя в название фирмы-изготовителя.

Таким образом в технологии EtherNet в качестве адреса назначения и адреса получателя выступают MAC адреса.

Стандарты технологии Ethernet

Физические спецификации технологии Ethernet включают следующие среды передачи данных.

• l0Base-5 - коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма (1дм=2,54см), называемый «толстым» коаксиальным кабелем, с волновым сопротивлением 50Ом.
• l0Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма, называемый «тонким» коаксиальным кабелем, с волновым сопротивлением 50Ом.
• l0Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP), категории 3,4,5.
• l0Base-F - волоконно-оптический кабель.

Число 10 обозначает номинальную битовую скорость передачи данных стандарта, то есть 10Мбит/с а слово «Base» - метод передачи на одной базовой частоте. Последний символ обозначает тип кабеля.

Кабель используется как моноканал для всех станций, максимальная длина сегмента 500м. Станция подключаться к кабелю через приемопередатчик - трансивер. Трансивер соединяется с сетевым адаптером разъема DB-15 интерфейсным кабелем AUI. Требуется наличие терминаторов на каждом конце, для поглощения распространяющихся по кабелю сигналов.

Правила «5-4-3» для коаксиальных сетей:

Стандарт сетей на коаксиальном кабеле разрешает использование в сети не более 4 повторителей и, соответственно, не более 5 сегментов кабеля. При максимальной длине сегмента кабеля в 500 м это дает максимальную длину сети в 500*5=2500 м. Только 3 сегмента из 5 могут быть нагруженными, то есть такими, к которым подключаются конечные узлы. Между нагруженными сегментами должны быть ненагруженные сегменты.

l0Base-2

Кабель используется как моноканал для всех станций, максимальная длина сегмента 185 м. Для подключения кабеля к сетевой карте нужен T-коннектор, а на кабеле должен быть BNC-коннектор.

Также используется правило 5-4-3.

l0Base-T

Образует звездообразную топологию на основе концентратора, концентратор осуществляет функцию повторителя и образует единый моноканал, максимальная длина сегмента 100м. Конечные узлы соединяются с помощью двух витых пар. Одна пара для передачи данных от узла к концентратору - Tx, а другая для передачи данных от концентратора к узлу – Rx.
Правила «4-х хабов» для сетей на основе витой пары:
В стандарте сетей на витой паре определено максимально число концентраторов между любыми двумя станциями сети, а именно 4. Это правило носит название «правила 4-х хабов». Очевидно, что если между любыми двумя узлами сети не должно быть больше 4-х повторителей, то максимальный диаметр сети на основе витой пары составляет 5*100 = 500 м (максимальная длина сегмента 100м).

10Base-F

Функционально сеть Ethernet на оптическом кабеле состоит из тех же элементов, что и сеть стандарта 10Base-T

Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) первый стандарт комитета 802.3 для использования оптоволокна в сетях Ethernet. Мах длина сегмента 1000м, мах число хабов 4, при общей длине сети не более 2500 м.

Стандарт 10Base-FL незначительное улучшение стандарта FOIRL. Мах длина сегмента 2000 м. Максимальное число хабов 4,а максимальная длина сети - 2500 м.

Стандарт 10Base-FB предназначен только для соединения повторителей. Конечные узлы не могут использовать этот стандарт для присоединения к портам концентратора. Мах число хабов 5, мах длина одного сегмента 2000 м и максимальной длине сети 2740 м.

Таблица. Параметры спецификаций физического уровня для стандарта Ethernet

При рассмотрении правила «5-4-3» или «4-х хабов», в случае появления на пути распространения по кабелям воображаемого сигнала устройства типа «свич», расчет топологических ограничений начинается с нуля.

Пропускная способность сети Ethernet

Пропускная способность оценивается через количество кадров либо количество байт данных, передаваемых по сети за единицу времени. Если в сети не происходят коллизии, максимальная скорость передачи кадров минимального размера(64 байта) составляет 14881 кадров в секунду. При этом полезная пропускная способность для кадров Ethernet II – 5.48 Мбит/с.

Максимальная скорость передачи кадров максимального размера (1500 байт) составляет 813 кадров в секунду. Полезная пропускная способность при этом составит 9.76 Мбит/с.

Локальная сеть Ethernet.

Ethernet – изначально коллизионная технология, основан­ная на общей шине, к которой компьютеры подключаются и «борются» между собой за право передачи пакета. Основной про­токол - CSMA/CD (множественный доступ с чувствительнос­тью несущей и обнаружению коллизий). Дело в том, что если две станции одновременно начнут передачу, то возникает ситу­ация коллизии, и сеть некоторое время «ждет», пока «улягутся» переходные процессы и опять наступит «тишина». Существует еще один метод доступа - CSMA/CA (Collision Avoidance) - то же, но с исключением коллизий. Этот метод применяется в беспроводной технологии Radio Ethernet или Apple Local Talk – перед отправкой любого пакета в сети пробегает анонс о том, что сейчас будет происходить передача, и станции уже не пыта­ются ее инициировать.

Ethernet бывает полудуплексный (Half Duplex), по всем сре­дам передачи; источник и приемник «говорит по очереди» (клас­сическая коллизионная технология) и полнодуплексный (Full Duplex), когда две пары приемника и передатчика на устрой­ствах говорят одновременно. Этот механизм работает только на витой паре (одна пара на передачу, одна пара на прием) и на оптоволокне (одна пара на передачу, одна пара на прием).

Ethernet различается по скоростям и методам кодирования для различной физической среды, а также по типу пакетов (Ethernet II, 802.3, RAW, 802.2 (LLC), SNAP).

Ethernet различается по скоростям: 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1000 Мбит/с (1 Гбит/с) . Поскольку давно уже ратифицирован стан­дарт Gigabit Ethernet для витой пары категории 5е, можно сказать, что для любой сети Ethernet могут быть использованы витая пара, одномодовое (SMF) или многомодовое (MMF) оптоволокно. В зависимости от этого существуют различные спецификации:

· 10 Мбит/с Ethernet: 10Base-T, 10Base-FL (10Base-2 и 10Base-5 существуют для коаксиального кабеля и уже не применяются);

· 100 Мбит/с Ethernet: 100Base-TX, 100Base-FX, 100Base-T4, 100Base-T2;

· Gigabit Ethernet: 1000Base-LX, 1000Base-SX (по оптике) и 1000Base-TX (для витой пары).

Существуют два варианта реализации Ethernet на коаксиаль­ном кабеле, называемые «тонкий» и «толстый» Ethernet (Ethernet на тонком кабеле 0,2 дюйма и Ethernet на толстом кабеле 0,4 дюйма).

Тонкий Ethernet использует кабель типа RG-58A/V (диамет­ром 0,2 дюйма). Для маленькой сети используется кабель с со­противлением 50 Ом. Коаксиальный кабель прокладывается от компьютера к компьютеру. У каждого компьютера оставляют не­большой запас кабеля на случай возможности его перемещения. Длина сегмента 185 м, количество компьютеров, подключенных к шине, - до 30.

После присоединения всех отрезков кабеля с BNC-коннекторами (Bayonel-Neill-Concelnan) к Т-коннекторам (название обусловлено формой разъема, похожей на букву «Т») получится единый кабельный сегмент. На его обоих концах устанавлива­ются терминаторы («заглушки»). Терминатор конструктивно представляет собой BNC-коннектор (он также надевается на Т-коннектор) с впаянным сопротивлением. Значение этого со­противления должно соответствовать значению волнового со­противления кабеля, т.е. для Ethernet нужны терминаторы с со­противлением 50 Ом.

Толстый Ethernet – сеть на толстом коаксиальном кабеле, имеющем диаметр 0,4 дюйма и волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина кабельного сегмента - 500 м.

Прокладка самого кабеля почти одинакова для всех типов коаксиального кабеля.

Для подключения компьютера к толстому кабелю использу­ется дополнительное устройство, называемое трансивером . Трансивер подсоединен непосредственно к сетевому кабелю. От него к компьютеру идет специальный трансиверный кабель, мак­симальная длина которого 50 м. На обоих его концах находятся 15-контактные DIX-разъемы (Digital, Intel и Xerox). С помощью одного разъема осуществляется подключение к трансиверу, с по­мощью другого - к сетевой плате компьютера.

Трансиверы освобождают от необходимости подводить кабель к каждому компьютеру. Расстояние от компьютера до сетевого кабеля определяется длиной трансиверного кабеля.

Создание сети при помощи трансивера очень удобно. Он мо­жет в любом месте в буквальном смысле «пропускать» кабель. Эта простая процедура занимает мало времени, а получаемое со­единение оказывается очень надежным.

Кабель не режется на куски, его можно прокладывать, не за­ботясь о точном месторасположении компьютеров, а затем уста­навливать трансиверы в нужных местах. Крепятся трансиверы, как правило, на стенах, что предусмотрено их конструкцией.

При необходимости охватить локальной сетью площадь боль­шую, чем это позволяют рассматриваемые кабельные системы, применяется дополнительные устройства - репитеры (повтори­тели). Репитер имеет 2-портовое исполнение, т.е. он может объе­динить 2 сегмента no 185 м. Сегмент подключается к репитеру через Т-коннектор. К одному концу Т-коннектора подключает­ся сегмент, а на другом ставится терминатор.

В сети может быть не больше четырех репитеров. Это позво­ляет получить сеть максимальной протяженностью 925 м.

Существуют 4-портовые репитеры для подключения соответственно сразу 4 сегментов.

Длина сегмента для Ethernet на толстом кабеле составляет 500м, к одному сегменту можно подключить до 100 станций. При наличии трансиверных кабелей до 50м длиной, толстый Ethernet может одним сегментом охватить значительно большую площадь, чем тонкий. Эти репитеры имеют DIX-разъемы и мо­гут подключаться трансиверами, как к концу сегмента, так и в любом другом месте.

Очень удобны совмещенные репитеры, т.е. подходящие и для тонкого, и для толстого кабеля. Каждый порт имеет пару разъе­мов: DIX и BNC, но они не могут быть задействованы одновре­менно. Если необходимо объединять сегменты на разном кабе­ле, то тонкий сегмент подключается к BNC-разъему одного пор­та репитера, а толстый - к DIX-разъему другого порта.

Репитеры очень полезны, но злоупотреблять ими не стоит, так как они приводят к замедлению работы в сети.

Ethernet на витой паре. Витая пара - это два изолированных провода, скрученных между собой. Для Ethernet используется 8-жильный кабель, со­стоящий из четырех витых пар. Для защиты от воздействия окру­жающей среды кабель имеет внешнее изолирующее покрытие.

Основной узел на витой паре - hub (в переводе называется накопителем, концентратором или просто хаб). Каждый компьютер должен быть подключен к нему с помощью своего сегмен­та кабеля. Длина каждого сегмента не должна превышать 100 м. На концах кабельных сегментов устанавливаются разъемы RJ-45. Одним разъемом кабель подключается к хабу, другим - к сете­вой плате. Разъемы RJ-45 очень компактны, имеют пластмассо­вый корпус и восемь миниатюрных площадок.

Хаб - центральное устройство в сети на витой паре, от него зависит ее работоспособность. Располагать его надо в легкодос­тупном месте, чтобы можно было легко подключать кабель и следить за индикацией портов. Хабы выпускаются на разное количество портов- 8, 12, 16 или 24. Соответственно к нему можно подключить такое же ко­личество компьютеров.

Технология Fast Ethernet IEEE 802.3U. Технология Fast Ethernet была стандартизирована комитетом IEEE 802.3. Новый стандарт получил название IEEE 802.3U. Скорость передачи информации 100 Мбит/с. Fast Ethernet орга­низуется на витой паре или оптоволокне.

В сети Fast Ethernet организуются несколько доменов конф­ликтов, но с обязательным учетом класса повторителя, исполь­зуемого в доменах.

Репитеры Fast Ethernet (IEEE 802.3U) бывают двух классов и различаются по задержке в микросекундах. Соответственно в сегменте (ло­гическом) может быть до двух репитеров класса 2 и один репи­тер класса 1. Для Ethernet (IEEE 802.3) сеть подчиняется прави­лу 5-4-3-2-1.

Правило 5-4-3-2-1 гласит: между любыми двумя рабочим у станциями не должно быть более 5 физических сегментов, 4 ре­питеров (концентраторов), 3 «населенных» физических сегмен­тов, 2 «населенных» межрепитерных связей (IRL), и все это дол­жно представлять собой один коллизионный домен (25,6 мкс). Физически из концентратора выходит много проводов, но ло­гически это все один сегмент Ethernet и один коллизионный до­мен, в связи с ним любой сбой одной станции отражается на работе других. Поскольку все станции вынуждены «слушать» чу­жие пакеты, коллизия происходит в пределах всего концентра­тора (на самом деле на другие порты посылается сигнал Jam, но это не меняет сути дела). Поэтому, хотя концентратор - это самое дешевое устройство и, кажется, что оно решает все пробле­мы заказчика, не рекомендуется использовать эту методику, особенно в условиях постоянного роста требований к ресурсам сетей, и переходить на коммутируемые сети. Сеть их 20 ком­пьютеров, собранная на репитерах 100 Мбит/с, может работать медленнее, чем сеть из 20 компьютеров, включенных в комму­татор 10 Мбит/с. Если раньше считалось «нормальным» присут­ствие в сегменте до 30 компьютеров, то в нынешних сетях даже три рабочие станции могут загрузить весь сегмент.

Технология Gigabit Ethernet. Следующий шаг в развитии технологии Ethernet - разработ­ка стандарта IEEE-802.32. Данный стандарт предусмат­ривает скорость обмена информацией между станциями локаль­ной сети 1Гбит/с. Устройства Gigabit Ethernet объединяют сегменты сетей с Fast Ethernet со скоростями 100 Мбит/с. Используются сетевые карты со скоростью 1 Гбит/с, а также серия сетевых устройств, таких как коммута­торы и маршрутизаторы. В сети с Gigabit Ethernet используется управление трафиком, контроль перегрузок и обеспечение качества обслужива­ния (Quality Of Service- QOS). Стандарт Gigabit Ethernet - один из серьезных соперников развивающейся сегодня технологии ATM.

Технологии ATM.

Сеть ATM имеет звездообразную топологию. Сеть ATM стро­ится на основе одного или нескольких коммутаторов, являю­щихся неотъемлемой частью данной коммуникационной струк­туры.

Высокая скорость передачи и чрезвычайно низкая вероят­ность ошибок в волоконно-оптических системах выдвигают на перши план задачу создания высокопроизводительных систем коммутации на основе стандартов ATM.

Простейший пример такой сети - один коммутатор, обес­печивающий коммутацию пакетов, данных и несколько оконеч­ных устройств.

ATM - это метод передачи информации между устройства­ми в сети маленькими пакетами фиксированной длины, назван­ными ячейками (cells). Фиксация размеров ячейки имеет ряд су­щественных преимуществ по сравнению с пакетами перемен­ной длины:

Во-первых, ячейки фиксированной длины требуют мини­мальной обработки при операциях маршрутизации в комму­таторах. Это позволяет максимально упростить схемные ре­шения коммутаторов при высоких скоростях коммутации;

Во-вторых, все виды обработки ячеек по сравнению с обра­боткой пакетов переменной длины значительно проще, так как отпадает необходимость в вычислении длины ячейки;

В-третьих, в случае применения пакетов переменной длины передача длинного пакета данных могла бы вызвать задерж­ку выдачи в линию пакетов с речью или видео, что привело бы к их искажению. Модель ATM имеет четырехуровневую структуру. Различают несколько уровней:

Ø пользовательский (User Layer) - включает уровни, начиная с сетевого и выше (TPX/SPX или TCP/IP);

Ø адаптации (ATM Adaptation Layer - AAL);

Ø ATM (ATM Layer);

Ø физический (Physical Layer).

Пользовательский уровень обеспечивает создание сообще­ния, которое должно быть передано в сеть ATM и соответству­ющим образом преобразовано. Уровень адаптации (AAL) обеспечивает доступ пользователь­ских приложений к коммутирующим устройствам ATM. Данный уровень формирует стандартные ATM-ячейки и передает их на уровень ATM для последующей обработки.

Физический уровень обеспечивает передачу ячеек через разнообразные коммутационные среды. Данный уровень состо­ит из двух подуровней - подуровня преобразования передачи, реализующего различные протоколы передачи по физическим линиям, и подуровня адаптации к среде передачи.

Оконечные устройства ATM - сети, подключающиеся к ком­мутаторам через интерфейс, называемый UNI - интерфейс пользователя с сетью. UNI может быть интерфейсом между ра­бочей станцией, ПК, АТС, маршрутизатором или каким угодно «черным ящиком» и АТМ-коммутатором.

Сеть Internet

Всемирная паутина (World Wide Web - WWW), компьютер­ная сеть информационных ресурсов, через которую пользователь может двигаться, используя связи одного документа с другими. Информация по Всемирной паутине распространяется по компью­терам всего мира. Всемирная паутина часто упоминается просто как «Сеть» (Web).

Сеть стала очень популярным информационным ресурсом с тех пор, как впервые стало возможным представлять изображения и другие мультимедиа продукты в Internet, всемирной сети ком­пьютеров, в 1993 г. Сеть предлагает место, где компании, учреж­дения, и личности могут отображать информацию относительно их изделий, программ, исследований или их жизней. Сеть стала форумом для многих групп и рынком для многих компаний. Музеи, библиотеки, правительствен­ные агентства и школы считают Сеть ценнейшим изобретением, она также несет информацию в широком спектре форматов.

Подобно всем сетям ЭВМ, Web объединяет два типа компь­ютеров - клиентов и серверов - с использованием стандартного набора правил (протокола) для связи между компьютерами. Ком­пьютер-сервер содержит информационные ресурсы, которые со­держатся в Сети, и пользователи Сети, используют компьютеры-клиенты, чтобы обратиться к ресурсам. Компьютерная сеть может быть сетью общего пользования - типа всемирного Internet - или частной сетью, типа Intranet компании. Web - часть Internet. Internet также включает и другие средства межкомпьютерного обмена, типа Telnet, протокола передачи файлов, и Gopher, но Web быстро стала наиболее широко используемой частью Internet. Она отличается от других частей Internet правилами, которые компью­теры используют для общения друг с другом, и доступностью иной, чем текст, информация. Намного труднее иметь дело с изображениями или другими мультимедиа-файлами иными методами, чем применяемыми в Web.

Предоставление компьютером-клиентом возможности ото­бразить страницы сети с изображениями и другими медиа-средствами стало возможным после введения специального про­граммного продукта, называемого браузером (от англ. Browse - просматривать). Каждый документ Сети содержит кодированную информацию от­носительно того, что находится на странице, как страница должна просматриваться и с какими другими сайтами (информационными узла­ми) документ связан. Программа просмотра на компьютере пользователя читает эту информацию и использует ее, чтобы отобразить стра­ницу на экране пользователя. Почти каждая Страница сети или документ Сети включают связи, названные гиперссылками, с други­ми сайтами. Гиперссылки - определяющая особенность Сети - они позволяют пользователям путешествовать между документа­ми Сети без следования специальному порядку или иерархии.

Когда пользователи хотят обратиться к Сети, они использу­ют браузер Сети на их компьютере-клиенте, чтобы соединиться с компьютером-сервером Сети. Компьютеры-клиенты соединяются с Сетью одним из двух способов. Клиенты с разрешенным доступом подключаются либо прямо в Сеть посредством маршрутизатора (специального аппаратного средства, которое определяет наи­лучший способ соединения клиента и сервера), либо с помощью локальной сети, прямо подключенной к Сети. Клиенты с удаленным доступом соединяются с Сетью посредством модема, аппаратного устройства, которое транслирует информацию от компьютера в сигналы, которые могут передаваться по телефонным линиям. Не­которые модемы посылают сигналы по каналам кабельного теле­видения, или специальным телефонным линиям большой емкости типа цифровой сети интегрального обслуживания (ISDN -Integrated Services Digital Network), или по ASDL - Asymmetric Digital Subscriber Loop.

Серверы Сети содержат документы Сети и средства, свя­занные с ними. Они могут быть обыкновенными персональными компьютерами, мощными универсальными компьютерами или чем-то промежуточным между ними. Клиентом может быть любой тип компьютера. Web и все форматы Internet используют протокол, названный TCP/IP. Однако, каждая часть Internet - Web, системы Gopher или FTP - использует несколько различные системы для передачи файлов между клиентами и серверами.

Адрес документа Сети помогает компьютеру пользователя найти и соединяться с сервером, который содержит нужную стра­ницу. Адрес страницы сети называется URL (Uniform Resource Locator).

URL - составной код, который сообщает браузеру клиента три вещи:

Ø правила (протокол), которые пользователь должен использовать, чтобы получить доступ к сайту;

Ø адрес Internet, который уникально определяет сервер;

Ø расположение в пределах файловой системы сервера данного элемента.

Пример URL – http://encarta.msn.com.

Первая часть URL, http://, показывает, что сайт находится во Всемирной паутине. Большинство браузеров также способно к воспроизведению файлов с форматами других частей Internet, ти­па Gopher и FTP. Другие форматы Internet используют различные коды первой части их URL - например, система Gopher использует префикс gopher://, a FTP использует ftp://.

Следующая часть URL, encarta.msn.com, дает название или уникальный адрес в Internet сервера, на котором хранится сайт.

Некоторые URL определяют специфические каталоги, или файлы такие, как http://encarta.msn.com/explore/default.asp-explore является названием каталога, в котором находится файл default.asp.

Сеть содержит информацию во многих формах, включая текст, графические изображения и любой тип цифрового медиа-файла, включая видео- и звуковые файлы. Не­которые элементы страниц сети фактически являются небольшими программами с их собственными правами. Эти объекты, называемые апплетами (от небольшого приложения - другое название для компьютерной про­граммы), следуют определенному набору команд.

Апплеты позволяют пользователям запустить в Сети игры, поиск в базах данных, выполнять виртуальные научные экспери­менты и множество других действий.

Коды, которые сообщают браузеру на компьютере пользова­теля, как отобразить документ Сети, соответствуют своду правил, названному Языком разметки гипертекста (HTML – HyperText Markup Language).

Каждый документ Сети написан как открытый текст, и коман­ды, которые сообщают компьютеру пользователя, как представить документ, содержатся в самом документе непосредственно, зако­дированными с использованием специальных символов, назван­ные тэгами (tag) HTML. Браузер знает, как интерпретировать тэги HTML, так что документ появляется на пользовательском экра­не именно так, как имел в виду проектировщик документа (также называемый веб-дизайнером (web-designer)).

В дополнение к HTML, некоторые типы объектов в Сети ис­пользуют свое собственное кодирование. Апплеты, например, явля­ются мини-программами, которые написаны на языках программирования типа Visual Basic и Java.

Клиент-серверная связь, URL и HTML позволяют информа­ционным узлам (сайтам, хостам) включать гиперссылки, которые пользова­тели могут использовать, чтобы путешествовать «сквозь» Сеть. Гиперссылки - часто являются фразами в тексте документа Сети, которые связы­ваются с другим документом Сети, снабженным своим URL, когда пользователь щелкает своей мышью на этой фразе. Браузер поль­зователя обычно различает гиперссылки и обычный текст, по­мечая гиперссылки различным цветом или подчеркиванием. Гиперссылки позволяют пользователям переходить между разбросанны­ми на Сети страницами не в каком-то определенном порядке. Этот метод доступа к информации назван ассоциативным доступом, и ученые уверяют, что это подобие того, каким путем человеческий мозг получает доступ к хранящейся информации. Гиперссылки де­лают ссылочную информацию в Сети быстрее и проще, чем при ис­пользовании традиционных печатных документов.

Даже при том, что Всемирная паутина - только часть Internet, отчеты показали, что более чем 75% случаев использова­ния Internet приходится на Web. Эта доля, вероятно, вырастет в будущем.

Один из наиболее замечательных аспектов Всемирной пау­тины - ее пользователи. Они - поперечный разрез общества. Пользователи включают студентов, которые должны найти мате­риалы на заданную тему, врачей, которые нуждаются в информа­ции относительно самого последнего медицинского исследования, и абитуриентов колледжа, исследующих университетские городки или даже заполняющих заявки о финансовой помощи, формируе­мых интерактивно. Другие пользователи включают инвесторов, которые могут интересоваться деловой историей акционерной компании и оценить данные относительно различных общественных и откры­тых фондов. Вся эта информация с готовностью располагается в Сети. Пользователи могут часто находить финансовые диаграммы о деятельности компании, которые показывают информацию не­сколькими различными способами.

Путешественники, изучающие возможную поездку, могут со­вершать виртуальные туры, посмотреть расписания авиалиний и плату за проезд, и даже заказывать рейс с помощью Сети. Многие места назначения - включая парки, города, гостиницы - имеют их собственные сайты с руководствами и местными картами. Крупные компании – поставщики товаров также имеют информацион­ные узлы, на которых заказчики могут проследить процесс отгрузки, вы­яснить, где их товары находятся или когда они будут поставлены.

Правительственные агентства имеют информационные уз­лы, где они отправляют по почте инструкции, процедуры, инфор­мационные бюллетени и налоговые формы. Многие должностные лица имеют свои сайты, где они выражают свои взгля­ды, перечисляют собственные достижения и т.п. Сеть также содержит каталоги почтовых адресов, электрон­ной почты и номеров телефонов.

Пользователи Сети могут посетить сайты крупных книжных мага­зинов, одежды и других товаров. Многие центральные газеты имеют специальные электронные издания, которые выпускаются чаще, чем ежедневно. Электронные журналы почти в каждой отрасли науки – теперь в Сети. Большинство музеев предлагает пользователю виртуальный тур по их экспозициям и зданиям. Эти организации и учреждения обычно используют сайты, что­бы дополнить неэлектронные части деятельности. Некоторые получают дополнительные доходы от продажи места для публикации рекламных объявлений на своих сайтах.

Всемирная паутина была разработана британским физиком и компьютерным специалистом Тимоти Бернерсом-Ли как проект в рамках ис­следований для Европейского Центра Ядерной энергии (CERN, теперь Европейская Лаборатория Физики элементарных частиц) в Женеве, Швейцария. Бернес-Ли первым начал работать с гипер­текстом в начале 1980-ых гг. Созданная им Сеть стала функцио­нировать в CERN в 1989 году, и затем стала быстро распростра­няться по университетам в остальной части мира с помощью уче­ных-ядерщиков. Группы в Националь­ном Центре Прикладных программ Супервычислений в Универси­тете Штата Иллинойс также исследовали и разработали техноло­гию Сети. Они первыми разработали браузер, названный Мозаика (Mosaic) в 1993 г.

Для пользова­теля Сеть притягательна, потому что сформирован графический интерфейс пользователя (GUI – graphical user interface), метод отображения информации и управления изображениями. Методы хранения инфор­мации в Сети ассоциативны, восстановление документов с помо­щью связей гипертекста, и названы Web-сайтами с URL, обеспечи­вающими плавный переход к остальной части Internet. Это обеспе­чивает свободный доступ к информации между различными час­тями Сети.

Итак с конца 1960-х до начала 1990-х годов Internet был инстру­ментом связи и исследований, используемым почти исключитель­но для академических и военных целей. Это положение измени­лось радикально с введением Всемирной паутины (также назы­ваемой WWW, или W3) в 1989 г.

WWW - набор программ, стандартов и протоколов, с помо­щью которых мультимедиа файлы (документы, которые могут со­держать текст, фотографии, графику, видео и звук) создаются и отображаются в Internet.

Internet включает WWW, а также включает аппаратные сред­ства (компьютеры, супер-ЭВМ и связи) и не-WWW программное обеспечение и протоколы, на которых WWW выполняется. Разли­чие между Internet и WWW подобно различию между компьютером и программой мультимедиа, которая выполняется на компьютере. Всплеск популярности Internet в 1990-х наиболее вероятен из-за интенсивного применения графики во Всемирной паутине.

Чтобы обратиться к информации в Internet, пользователь должен сначала войти в сеть или соединиться с главным компью­тером сети пользователя. Как только подключение будет установлено, пользователь может запрашивать информацию от удаленного сервера. Если информация, требуемая пользователем, постоянно находится на одном из компьютеров сети ЛВС, эта информация быстро будет найдена и послана к пользовательскому терминалу.

Если информация, требуемая пользователем, находится на
сервере, который не принадлежит ЛВС, то сеть ЛВС соединяется с
другими сетями до тех пор, пока она не сделает подключение к
сети, содержащей требуемый сервер.

В процессе соединения с другими сетями, главный компью­тер ЛВС может быть будет должен обратиться к маршрутизатору – устройству, которое определяет лучший путь подключения между сетями и помогает сетям осуществлять соединения.

Как только компьютер пользователя подключится к серверу, содержащему требуемую информацию, сервер посылает инфор­мацию пользователю в форме файла. Специальная компьютерная программа вызывает браузер, который дает возможность пользо­вателю просмотреть файл. Примерами браузеров Internet являют­ся Mosaic, Mozilla, Netscape и Internet Explorer. Большинство файлов Internet - документы мультимедиа, то есть текст, графика, фото­графии, звуковые и видео материалы могут быть объединены в едином документе. Документы не относящиеся к мультимедиа не нуждаются в браузерах. Процесс поиска и передачи файла с удаленного сервера на пользовательский терминал называется загрузкой.

Одна из причин мощи Internet состоит в использовании концепции гипертекста. Термин гипертекст используется, чтобы описать свя­занную систему документов, в которых пользователь может пере­ходить от одного документа к другому нелинейным, ассоциатив­ным способом.

Мультимедийный файл в Internet называется гипермедийным документом.

Доступ к Internet может быть осуществлен посредством двух обширных категорий: пря­мой (выделенный) доступ и удаленный доступ (через модем). При выделенном доступе компьютер напрямую связан с Internet через маршрутизатор, или компьютер, являющийся частью сети, сопря­женной с Internet. При доступе с помощью модемной связи ком­пьютер подключается к Internet временным соединением, обычно по телефонной линии, использующей модем - устройство, кото­рое конвертирует электрические сигналы из компьютера в сигна­лы, которые могут быть переданы по традиционным телефонным линиям.

Все данные, передаваемые по Internet, разделены на не­большие блоки информации, называемые пакетами, каждый из которых помечен уникальным номером, указывающим его место в потоке данных между ЭВМ. Когда различные пакеты, которые со­ставляют набор данных, достигают их места назначения, они со­бираются вместе, используя уникальные метки. Если часть сети, по которой посланы пакеты, работает со сбоями или вышла из строя, специальное оборудование маршрутизации Internet автоматические направляет пакеты так, чтобы они передавались по функционирующей части сети. Другие особенности позволяют удостовериться, что все пакеты данных прибывают не­поврежденными, автоматически требуя переспроса поврежденных или неполных пакетов от источника. Эта система, названная па­кетной коммутацией, использует ряд протоколов или правил, из­вестных как TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol).

Чтобы быть клиентом Internet, компьютер должен иметь уни­кальный в соответствии с Протоколом Internet (IP) сетевой адрес так, чтобы сообщения могли быть правильно направлены к и от машины по Internet. Адреса Internet названы URL (Uniform Resource Locators). Некоторые URL - строка чисел (например 89.123.121.34), но т.к. такие длинные строки чисел неудобны для запоминания, используются и другие соглашения об адресовании. Пример этого соглашения: http://encarta.msn.com/downloads/pryearbk.asp. Http указывает про­токол - в данном образце, протокол передачи гипертекста - используемый обыкновенно при обращении к конкретному местопо­ложению в Internet. Название после двоеточия и двойной косой черты (encarta.msn.com) указывает имя хоста, которое является именем отдельной компьютерной системы, связанной с Internet. Остающиеся названия (имена) после имени хоста определяют различные файлы, на которые указывает конкретный URL. В при­мере URL, файл pryearbk расположен в директории downloads. Другие файлы, расположенные в том же самом каталоге, будет иметь подобный URL, единственная разница будет в названии файла или файлов в конце адреса. Конкретные имена серверов отображают номера IP в имена доменов (msn.com в вышеупомяну­том URL) и гарантируют, что правильный номер IP источника и места назначения будет обеспечен для всех пакетов.

Наиболее широко используемый инструмент в Internet – электронная почта или e-mail. Электронная почта используется, чтобы посылать письменные сообщения между отдельными лица­ми или группами лиц, часто географически разделенных большими расстояниями. Сообщения электронной почты обычно посылаются и принимаются почтовыми серверами - компьютерами, которые специализированы для обработки и отправления электронной поч­ты. Как только сервер получил сообщение, он направляет его на компьютер, которому данная почта адресована.

До введения World Wide Web, существовали различные стандарты и типы программного обеспечения для передачи дан­ных по Internet. Многие из них все еще используются. Среди наи­более популярных Telnet, FTP и Gopher.

Telnet позволяет пользователю Internet соединиться с уда­ленным компьютером и использовать его так, как будто он или она работает с ним напрямую (в режиме удаленного терминала).

FTP (File Transfer Protocol - протокол передачи файлов)- ме­тод перемещения файлов от одного компьютера до другого по Internet, даже если каждый компьютер имеет различную операци­онную систему или формат хранения данных.

Gopher - усовершенствование FTP, облегчающее возмож­ность ведения списка и удаленно восстанавливающая файлы.

В то время как эти протоколы передачи и программное обес­печение все еще используются, WWW намного более легка для применения и используется намного более часто, чем более ран­ние протоколы передачи.

Главная проблема, возникшая в процессе длительного роста Internet - трудность обеспечения достаточной ширины полосы передачи, чтобы поддерживать функционирование Сети. Поскольку приложения Internet стано­вятся все более сложными, и поскольку все большее количество людей во всем мире использует Internet, количество информации, передаваемой через Internet, будет требовать связи с очень боль­шой шириной полосы передачи. В то время как многие телекоммуникационные компании пытаются разрабатывать более производительные технологии, не известно, будут ли эти технологии способны удовлетворить растущий спрос.

Чтобы подстроиться к увеличивающемуся числу пользова­телей, некоммерческая организация Корпорации Университетов для развития Internet (University Corporation for Advanced Internet Development - UCAID) работает над созданием Internet 2.

Internet 2 добавит ширину полосы или доступные линии свя­зи к нынешнему сверхширокополосному тракту передачи инфор­мации, чтобы предоставить возможность передачи большего чис­ла пакетов данных. Члены UCAID включают представителей уни­верситетов, правительства и компьютерной промышленности.

Лекция № 6.

Информационные технологии формирования кадровой политики и управления предприятием. Создание базы данных персонального учета.

(см. мультимедиалекции)

Лекция № 7.

Информационные технологии в пожарной безопасности

Лекция № 8.

Проблемы защиты информации.

Работа с персоналом, владеющим конфиденциальной информацией.

Основные вопросы:

1. Компьютерные вирусы.

2. Антивирусные программы.

3. Защита от вирусов.

Чтобы избежать суровых последствий «вирусного», поражения нужно соблюдать ряд несложных правил, пренебрежение которыми может привести к весьма плачевным результатам.

Основная тактика защиты от вирусной «инфекции» состоит в использовании программного обеспечения из надежных источников (в идеале - только лицензионного), в регулярном контроле за состоянием наиболее важной информации в компьютере (по возможности - с созданием резервных копий на дискетах, ленте или сетевом диске). Необходима также обязательная проверка всех вновь поступающих на дисках или по сети программ каким-нибудь надежным антивирусом или их комплектом. Набор качественных антивирусных программ неизменно пополняется по мере расширения фронта вирусной атаки.

Популярными антивирусными пакетами являются комплект АО «ДиалогНаука», Norton Antivirus и Antiviral Toolkit Pro. Panda Antivirus Titanium.

В стандартную поставку антивирусного комплекта АО «ДиалогНаука» входят четыре программных продукта: еженедельно обновляемый полифаг Aidstest, ревизор диска ADinf, лечащий блок ADinf Cure Module и программа Doctor Web, отслеживающая и уничтожающая сложношифруемые и полиморфные вирусы. В расширенный вариант поставки комплекта входит аппаратный комплекс Sheriff, гарантированно предотвращающий на аппаратном уровне проникновение вирусов в систему.

Наиболее популярным средством против вирусов является, как известно, Aidstest, но, используя его, всегда надо помнить, что он предохраняет только от вирусов, с которыми он уже знаком. Для обеспечения большей безопасности использование Aidstest необходимо сочетать с повседневным использованием ревизора диска Adinf.

Ревизор ADinf позволяет обнаружить появление любого вируса, включая Stealth-вирусы, вирусы-мутанты и неизвестные на сегодняшний день вирусы. При установленной программе ADinf Cure Module (лечащий блок ревизора ADinf) можно немедленно удалить до 97% из них. ADinf берет под контроль все участки винчестера, куда возможно проникновение вируса. Такой способ проверок полностью исключает маскировку Stealth-вирусов и обеспечивает весьма высокую скорость проверки диска. Расширение ревизора ADinf - программа ADinf Cure Module (файл ADinfExt.exe) дополнительно поддерживает небольшую базу данных, описывающую файлы, хранящиеся на диске. В случае обнаружения вируса она позволяет немедленно и надежно вылечить машину.

Doctor Web борется с известными программе полиморфными вирусами. Кроме того, Doctor Web может проводить эвристический анализ файлов в целях выявления неизвестных вирусов, в том числе сложношифруемых и полиморфных вирусов. Успех такого анализа - в среднем 82%. Программа может распаковывать и проверять исполняемые файлы, обработанные архиваторами LZEXE, PKLite и Diet.

AVP Антивирусный набор, являющийся расширенной версией известного антивирусного комплекта «Доктор Касперский». Комплекс содержит программу-фаг, тестирующую и восстанавливающую файлы и загрузочные сектора дисков, поврежденные вирусами. В процессе работы программы производится тестирование на неизвестные вирусы. Также в комплект входит резидентная программа, отслеживающая подозрительные действия, совершаемые на компьютере, и дающая возможность просматривать карту памяти. Специальный набор утилит помогает обнаруживать новые вирусы и разбираться в них.

Norton Antivirus

Антивирусный пакет Norton Antivirus относится к средствам типа «установил и забыл». Все необходимые параметры конфигурации и плановые мероприятия (проверка диска, проверка новых и модифицированных программ, запуск Windows-утилиты Auto-Protect, проверка boot-сектора диска A: перед перезагрузкой) устанавливаются по умолчанию. Программа сканирования диска существует для DOS и Windows. В числе прочих Norton AntiVirus обнаруживает и уничтожает даже полиморфные вирусы, а также успешно реагирует на вирусоподобную активность и борется с неизвестными вирусами.