КОМПЮТЪРНИ  МРЕЖИ


1.     Кратка история на компютърните мрежи

Към средата на 20 век електронните комуникации съществуват вече повече от едно столетие и са реализирани, както в Европа, така и в САЩ. Тези ранни мрежи приемат множество форми и по тях се изпращат само кодирани сигнали. По късно те получават възможността за предаване на глас по кабел.

В началото на 19 век французите разработват първата оптическа телеграфна мрежа, която изпраща информация с поразителна скорост от 20 знака за секунда, а Самюел Морз демонстрира електрическия телеграф, който слага началото на разработката на мрежовите комуникации в САЩ.

В края на 19 век започва изграждане на огромна телефонна мрежа, която към 1960 год. Се превръща в световна комуникационна мрежа.

Телефонната система използва технология с комутиране на вериги, при която се изгражда верига или виртуална пътека при всяко свързване на един телефон с друг.  Тази технология е подходяща за предаването на глас, защото звуците се пренасят по кабела с относително постоянна скорост и всичките сигнали се предават по тази верига през цялата продължителност на сесията. Ако връзката прекъсне и я установите отново, може да бъде използвана друга верига и пътят няма да е непременно същият. Това обяснява защо в едни случаи имаме ясна връзка, а в други пълна с шумове. Тази технология не е подходяща за трансфер на компютърни данни, които притежават тенденцията да бъдат изпращани на отделни пакети, т.е. периодите на висока активност са разделени с интервали на ниска активност или липса на активност.

През 60-те години правителството на САЩ се заинтересува от разработването на компютърна мрежа, която би позволила на военните системи и образователните институции да комуникират едни с други. Изискванията са мрежата да бъде устойчива и надеждна и с достатъчен резерв, така че да може да оцелее при ядрена война.

Изследователи от Масачузетския технологичен институт (MIT) и Националната физическа лаборатория във Великобритания (NPL) изобретяват нова технология наречена комутиране на пакети (packet switching). В мрежата с комутиране на пакети не се изгражда една постоянна връзка за цялото време на предаването. Всеки отделен пакет от данни може да пътува по различен път, макар че всички пристигат до едно и също местоназначение.  Комуникациите от различни източници могат да споделят едсна и съща линия, вместо линията да бъде заделяна специално за една комуникация от едно крайно устройство до друго, за цялото времетраене на сесията.

Пример за комутиране на верига – група туристи пътува от Търново  за Видин  в един автобус, влак по определен маршрут и достига крайната цел. При комутирането на пакети групата може да се раздели на пътуващи туристи с отделни автомобили, по отделни маршрути и пак достигащи крайната цел.

         Началото на първата компютърна мрежа с комутиране на пакети е поставено в края на 60-те год. под покровителството но министерство на отбараната на САЩ и е наречена  ARPAnet (Advanced Research Projects Agency network). Първия възел или точка на свързване към ARPAnet е през 1969 г. Само за три години, тя се разпростира през целите САЩ , а две години по - късно достига и Европа.

         С нарастването на мрежата тя бива разделена на две части. Военните наричат своята част от интермрежата Milnet, а ARPAnet се използва за описание на частта от мрежата, която свързва иследователските и университетските сайтове. През 80-те години се заменя от други мрежи, разраства се и днес е това което наричаме Интернет.

2.     Какво е компютърна мрежа

Компютърните мрежи представляват свързани помежду се компютри, периферни устройства и софтуер за съвместното им използване. Мрежата е механизма, позволяващ на разпръснатите компютри и техните потребители да комуникират помежду си и да споделят ресурси. Компютърните мрежи се организират за да се създаде възможност за :

-   обмен на данни между потребителите на различни компютри

-   съвместно ползване на общи ресурси/апаратни, софтуерни и информационни/

-   разпределена обработка на данни, т. е. обработка чрез различни компютри на данни, части от които се съхраняват в паметта на различни компютри

            Най – проста физическа система за съвместна работа на два отдалечени помежду си компютъра е възможна чрез осигуряване на комуникация по телефоннатата линия, като в двата и края се разполагат модеми (устройства, които могат да преобразуват компютърно представени данни в сигнали за изпращане по телефонни линии и обратно)

Физическото свързване на компютрите в мрежата не означава, те ще могат да работят заедно. Затова е необходима подходяща мрежова операционна система, която да осигурява взаимодействието между различните устройства и програмни системи.

         Предаването на данни в мрежата се регламентира от специални правила, наречени мрежови протоколи. Мрежата Интернет например се основава на протокол наречен TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) – протокол за управление на предаването / междумрежов протокол.

 

3.     Видове мрежи

Според обхвата

v       LAN (Local Area Network) – локална компютърна мрежа, която обслужва една организация и е разположена в една сграда.

v       MAN  (Metropolitan Area Network) – обхваща територия на едно населено място или голяма сграда с много разположени в нея организации.

v       WAN (Wide Area Network) глобална компютърна мрежа, която използва високоскоростни, далечни комуникации или спътници, за да свърже ком­пютри, намиращи се в различни географски точки.

v       SAN (Storage Area Network) – мрежа за съхранение на данни, която се използва за свързване на големи масиви от данни към групирани сървъри.

Собственост

v       Обществена – открита за ползване от всички потребители мрежа. Може да обхваща даден регион, държава или целия свят.

v       Корпоративна – затворена мрежа, която се ползва само от служители на корпорацията.

v       Домашна – свързани в мрежа уреди с вградени компютри, които формират инфраструктурата на дома.

Интернет технология /класификация според приложението/

v       Интернет – интегрирана световна мрежа.

v       Интранет частна корпоративна мрежа, в която се използват продукти и технологии от Интернет.

v       Екстранет Интранет мрежа, която е “отворена за приятели” - партньори и клиенти.

Тип

v       Хетерогенна мрежа мрежа, в която работят разнотипни системи от различни производители.

v       Хомогенна мрежа мрежа, в която работят системи от един и същ тип.

v       Универсални реализират разнообразни приложни процеси.

v       Специализирани реализират еднотипни приложни процеси.

Предаването на данни в мрежата се регламентира от специални правила, наречени мрежови протоколи. Мрежата Интернет например се основава на протокол, наречен TCP/IP

5.     Локална компютърна мрежа

Локална компютърна мрежа (LAN – LOCAL AREA NETWORK) образуват два или повече компютъра, които са свързани помежду си с помощта на някакво физическо средство (коаксиален кабел, кабел с усукани двойки проводници и др.). Свързаните по този начин компютри могат да обменят своите данни и да използват общи периферни устройства, като скоростта при на преноса на данни е обикновено висока, поне 1 MB/сек. Свързаните компютри са разположени върху ограничена площ, например в рамките на един етаж. Всяка компютърна мрежа включва няколко основни компонента:

o       Самите компютри

o       Съобщителна среда

o       Мрежови карти

o       Евентуално разпределящо устройство в зависимост от типа на мрежата

o      Мрежов софтуер

    Съобщителната среда осигурява прехвърлянето на данните между различните устройства .Обикновено се изгражда чрез: коаксиален кабел, оптичен кабел или чрез радиопредавател

    Мрежовата карта Network interface card (NIC) осигурява връзката на компютъра с локалната мрежа.

    Мрежовият софтуер играе управляваща роля. Той задава режима на работа на компютъра в мрежата, определя различната роля на компютрите в мрежата. Така два напълно еднакви компютъра могат да работят по различен начин в мрежата

В зависимост от предназначението и функциите, които изпълняват, компютрите в мрежата се делят на:

Сървър (server) – компютър, който предлага на другите включени в мрежата компютри някои свои услуги и периферни устройства, като по този начин се осигурява функционирането на мрежата като такава.

Клиент (client) – използва услугите. Това е както компютър, така и отделна програма.

    Чести използван термин е „работна станция” (Workstation) – потребителски компютър, свързан към мрежата. Разликата между работната станция и несвързания в мрежата персонален компютър е в това, че работната станция използува различни услуги, предлагани и от локалната мрежа, в които е включена.

    Сървърите се класифицират обикновено в зависимост от услугата, която предоставят. Те биват:

o       Файлов сървър – предоставя достъп до файлове с данни

o       Принт-сървър – предоставя достъп до печатащи устройства

o       Комуникационен сървър – предоставя достъп до средства за връзка

o       Други

    Една от основните характеристики на всяка компютърна мрежа е нейната топология. Топологията определя начина за разположение и връзка между устройствата в мрежата Основните типове топология на мрежите са линейна, звездообразна и кръгова.

    При линейната топология мрежовите устройства се свързват последователно към кабел.

    Този кабел се нарича шина (BUS). Сигналът от кое да е устройство достига до всички останали. Ако кабелът се повреди някъде по средата на опорната магистрала, мрежата престава да работи и в двете й части.

    При звездообразната топология всеки възел от мрежата е свързан към устройство, наречено концентратор или повторител (repiter) или хъб (hub), което разпределя сигналите между отделните компютри

 

    Ако връзката между едно от устройствата и R/HUB-a бъде нарушена, това няма да попречи на цялостната работа на мрежата. При дефект обаче в концентратора (хъба) цялата мрежа спира да работи. Съвременните 100 Mbit/1 Gbit мрежи се изграждат по тази топология.

    При кръговата технология отделните устройства са свързани в мрежа, в която връзките, условно казано, имат формата на кръг.

    Всеки един възел от мрежата има по две връзки-по една към всеки съседен възел. Когато мрежата е малка (примерно, 4-5 възела), закъснението, което се получава докато данните пропътуват по кръга до намирането на получателя им е относително малко. Ако мрежата е съставена от около десетина възела, времето нараства значително. Този тип топология неефикасна за по-големи мрежи.

6.     Глобална компютърна мрежа

Първата мрежа е разработена от Агенцията за прогресивно научни проекти (Advanced Research Projects Agency) на американската армия, която е наречена ARPAnet. Поради растящия брой научни институти и университети, присъединили се в мрежата, ARPAnet остава да се занимава само с изследвания, докато една друга, втора мрежа MILnet се ориентира към военните комуникации. През 1980г. Националната научна фондация (NSF) основава NSFnet, свързвайки половин дозина суперкомпютри при изключително висока скорост, която в момента продължава да се увеличава. Накрая, NSFnet пое Интернет (както се нарича сега) от ARPAnet и през 1991г. са създадени основите на Националната научна и образователна мрежа (NREN). Целите на NREN са да осъществява и поддържа високи скорости, научни и образователни мрежи с огромен капацитет, а също така и да развива търговското присъствие в Интернет. Този момент е изключително важен за WWW (Word (Свят) Wide(Надлъж и нашир, на голямо разстояние) Web (мрежа)), която бързо бе възприета като среда за търговска дейност не само в Северна Америка, но и по целия свят. При това търговците не се включват в мрежата само за проучване или електронна поща; те са там защото Интернет предлага огромен търговски потенциал. Със сигурност Интернет е все още предимно научна и академична мрежа поне от гледна точка на творческата дейност и обхвата на използуване. Съществува огромна активност в сферата на образованието, включени са много общности и некомерсиални издания.

На 24.10.1995г. Федералният съвет за мрежи (FNC), приема резолюция, дефинираща термина Интернет:

 

Интернет е мрежа, обхващаща земното кълбо. Тя се основава на световната комуникационна мрежа, включваща кабелните телефонни линни, спътникови, оптични и др. връзки. Към Интернет са свързани десетки хиляди компютърни мрежи.

 

Намирането на ресурси в Интернет е възможно, защото всеки ресурс в глобалната мрежа има адрес. Всеки свързан в Интернет компютър получава уникален 4-байтов адрес (наречен още IP адрес), който за удобство се представя, като се използват думи и др. означения. Специални програми – браузери използват адресите на тези ресурси. Машините за търсене помагат на потребителите да намерят информация по дадена тема.

 

Всеки ресурс в Интернет има собствен идентификатор за място или унифициран локатор на ресурси (Uniform Resource Locator - URL). Тези идентификатори указват сървъра, който трябва да се достъпи, както и метода на достъп и самото място. Един URL се състои от няколко части, като най-простата версия съдържа:

-         Протокола, който трябва да се използва

-         Двоеточие

-         Адреса на ресурса

Адресът започва с две наклонени черти. Като изключим използването на наклонени черти, вместо обратни наклонени черти, този вод адрес много наподобява формат на универсалната конвенция за именоване (UNC). Адресът по-долу е URL за достъп до World Wide Web сървъра на Microsoft. Съчетанието http: означава протоколът, който използвате. Останалата част, //www.microsoft.com, е адресът на компютъра (хоста).

http: //www.microsoft.com

Следващият адрес е URL за достъп до FTP сървъра на Microsoft. В този случай се използва протоколът FTP:

         ftp: //ftp.microsoft.com

Със следващия получавате URL достъп до Gopher-сървъра на Microsoft.

         gopher://gopher.microsoft.com

 

 

пример - адресът ivan@dir.bg съдържа домейн името dir.bg и потребителското име ivan. Самият домейн е bg и означава, че става дума за компютър (сървър), който се намира в Република България. Други такива са: tr-Турция, gr- Гърция, ro- Румъния, ru- Русия, de- Германия, us- САЩ, uk- Великобритания, jp- Япония и т.н. Това са т.нар. домейн местоположение.

Освен тях съществуват и домейн тип т.е. ако адреса завършва на com, това означава, че става въпрос за търговска организация: Например www.sony.com Други подобни домейн местоположения са edu- образователна институция, gov- правителствена организация, mil- военна организация, net- доставчици на мрежови услуги, org- организация различна от изброените по- горе.

Всеки път, когато търсите определен URL адрес, Вие задавате домейн имена плюс файлови имена. URL съдържа специфични указания за Вашия Web браузер (програма за “бродене” из Интернет), за да може да открие и достави избрания файл. Нещо като спецификацията:

C:\documents\letter.txt-  означава, че върху HDD C: има папка documents и в нея копиран файл letter.txt ... и

 

www.dir.bg/documents/letter.htm- на сървъра www.dir.bg има папка documents и в нея копиран файл letter.htm

 

Щракването с мишката върху хипер връзка в Web-документ автоматично задейства процес на извличане (и всъщност скрива URL адреса на документа от Вас), а освен това Web браузерите позволяват да въвеждате URL ръчно- в лентата Location (Adress bar). Например: www.egoist.bg (сайтът на списание “Егоист”).

Чрез разучаване на домейн имената можете да придобиете добра представа къде се намирате в мрежата. При повечето браузери, когато задържите курсора върху хипервръзка, в лентата на състоянието (Status bar) в долния край на екрана се показва нейния URL. Това често си заслужава, тъй като ще Ви даде представа дали да я активирате. Информацията за дадена връзка може веднага да Ви подскаже дали става въпрос за образователен, търговски, правителствен или друг сайт (място в Интернет).

 

Как работи Internet?

При прехвърляне на данни между два компютъра чрез мрежа, която се състои от много компютри са необходими: адрес на местоназначението и средства за безопасно и бързо предаване на електронни сигнали. Internet използва специфичен компютърен език (протокол). Този език се състои от две части: TCP (Transmission Control Protocol) и IP (Internet Protocol).

TCP/IP влиза в употреба, когато потребител на Интернет изпраща информация на друга машина. TCP разделя информацията на малки пакети от данни, като прибавя специални символи, с цел приемащият компютър да се увери, че пакетът не е бил повреден по време на пренасянето. IP поставя на пакета етикет с адресираща информация.

 

World Wide Web - философия на хипертекста.

         1. Хипертекст и хипермедия.

В текста на отворена интернет-страница показалецът на мишката често се мени: от стрелка става ръчичка и обратно. Когато щракнете върху такъв текст, за който показалецът е ръчичка, се осъществява връзка с друга страница в Интернет. Промененият вид на курсора има определен смисъл - в случая несъзнателно се използва т.н. Hyper връзка или Hyper текст.

         Концепцията за хипертекста е учудващо проста. Използва се възможността на компютъра за съхраняване и търсене, за да се свържат документи, така че потребителят да може да прескача от един на друг.

         Хипертекстът е серия от документи, всеки от които извежда на екрана видима връзка към поне един от другите документи в множеството. Връзката се обозначава по определен начин: различен цвят на буквите, подчертан текст или форма на курсора - ръчичка. Връзката води към друг документ, който на свой ред предлага връзка към допълнителни документи. След осъществяването на няколко такива връзки потребителят може да се “изгуби” в хиперпространството.

         Първата масово разпространена програма, използваща хипертекста е HyperCard на Macintosh. Тя се разпространява безплатно с всеки новозакупен MAC. Hyper Card позволява на програмистите да включват освен текст, също графика, звук и видео. Така се достига до идеята за хипермедията, използвана днес както от потребителите на Mac, така и на PC. Чрез хипермедията вече не се свързва само текст, а графични, аудио- и видео- елементи. На базата на хипермедията в исторически план възниква концепцията за World (Свят) Wide (Широка, голяма) Web (Мрежа, тъкан).

 

         2. World Wide Web.

         Система като World Wide Web не се нуждае от Интернет. Такава разпределена информационна система може да бъде изградена на база на всяка LAN или WAN. И все пак първите две думи World Wide (обхващаща целия свят) предполагат мрежа, разпространена по целия свят. Въпреки това World Wide Web не е синоним на Интернет.

         World Wide Web представлява взаимно проникване на компютърни концепции за представяне и свързване на информацията, разпръсната из Интернет, по един леснодостъпен начин. Web разполага с технологии (Web-браузери), които улесняват достъпа до Интернет.

 

         2.1. World Wide Web се разглежда като изградена от три главни системи:

Хипертекст - документ, който осъществява видими връзки към други документи;

Интернет - глобална компютърна мрежа, която дава възможност за прехвърляне на файлове от един компютър към коя да е друга машина в мрежата;

 Хипермедията (мултимедията).

 

         2.2. Как функционира Web?

         Може да разграничим 4 основни етапа, които са част от основополагащия HTTP (Hyper Text Transfer Protocol):

Ø  Установяване на връзка - Web клиентът се опитва да осъществи връзка със сървъра. В статус линията се появява съобщение “Connecting to HTTP server

Ø  Заявка - щом се осъществи връзка програмата-клиент изпраща заявка на сървъра, в която се казва кой е търсеният обект

Ø  Отговор - ако сървърът е в състояние да изпълни заявката, той изпраща отговор. В статус линията се появява съобщение Transferring

Ø  Закриване на връзка - на този етап браузерът зарежда исканите данни, показва ги на екрана или ги съхранява като файл.

 

         Какво са хостовете, сървърите и клиентските програми?

Ø  Хост или сървър - всеки компютър, до който може да стигнем по мрежата

Ø  Клиентска програма - софтуерът, чрез който по мрежата се прехвърлят файлове, чете се електронна поща или се сърфира из Web; по-често се нарича Web-browser

Ø  Web-сървър - компютър, който съдържа Web-страници и е настроен да предоставя достъп до тях на потребители от Интернет.

 

         3. Машини за търсене.

         Когато търсим конкретно название на нещо в Web страница, можем да използваме т.нар. машини за търсене. Те осигуряват начин за едновременно търсене в съдържанието на милиони Web страници. При това претърсването не е “наживо”, а в база от данни от Web сайтове, разположени на сървъра на търсачката. Най-популярни и използвани машини за търсене са

AltaVista     http://www.av.com

Google        http://www.google.com

 

4. Агенти-търсачи - search agents или search bots

         Събират информация наживо от други сайтове, могат да подадат заявки до множество машини за търсене и директории едновременно.

Copernic     http://www.copernic.com

Strounds    http://www.stround.com

Dogpile       http://www.dogpile.com

7.     Интернет предлагани услуги

Интернет се крепи върху три основни средства, които потделно или в комбинация създават големите възможности на мрежата за обмен, търсене и съхраняване на световните информационни ресурси:

Ø     Електронна поща (e-mail);

Ø     Отдалечен достъп до компютър (internet, dopher);

Ø     Търсене и предоставяне на данни (ftp и WWW)

 

ЕЛЕКТРОННА ПОЩА

Електронната поща e (e-mail) е най-популярна сред потребителите на Интернет. Работи аналогично на обикновената. Писането на писмо става чрез клавиатурата и то може да се прочете на екрана. Писмото се адресира до компютъра на човека, който трябва да го получи. Адресът, който се използва обикновено се състои от идентификатор но потребителя, съединен чрез знака @ с адреса на компютъра или домейна. Адресантът получава писмото в рамките на няколко минути, освен в случаите на лошо техническо състояние на компютърните комуникации, когато този срок може да се удължи до няколко часа или дни. Благодарение на програмни продукти, специално създадени за целта, даден потребител може да изпраща, получава, архивира, класира и препраща документи от всякъкъв вид до определен адрес в Интернет. За целта е създаден подходящ продукт SMTP и механизъм за маршрутизация на съобщенията от подателя към пощенската кутия на получателя.

В резултат на заявка от потребител А, SMTP източникът осъществява дуплексна връзка с SMTP получателя. SMTP получателят може да бъде краен или промеждутъчен получател. В резултат на обмен на команди от SMTP източника и отговори от SMTP получателя се изпраща електронна поща до потребител В.