Компютърните мрежи са съвкупност от хардуерни компоненти и компютри, свързани по между си чрез преносна среда, която позволява обмен на информацията.
Най-разпространените видове се изграждат посредством кабелна ( коаксиална и оптична) технология и безжична (радиовълнова, сателитна, лазерна, инфрачервена) технология за връзка. Често се използват и допълнителни устройства наречени – рутери, а компютрите се свързват с преносната среда посредством мрежов адаптер.
Най-голямата компютърна мрежа е Internet, който представлява свързани по между си мрежи с различна типология и вид: – локални мрежи, регионални мрежи, университетски мрежи, компютърни мрежи на изследователски институти и др.
Идеята за подобна мрежа се ражда в разгара на Студената война във военното министерство на САЩ. Първоначално проекта се казва ARPAnet и има за цел да създаде мрежа, свързваща компютърните мрежи на военните бази с други радио или сателитни комуникационни средства, която да остава функционираща дори при отпадане на някой от нейните възли.
При APRAnet за да се изпрати едно съобщение по мрежата, компютърът подател трябва да „постави“ своите данни в своеобразен „плик“, наречен Internet Protocol (IP), където са записани адресите на подателя и получателя. В резултат на проекта се ражда протокола TCP/IP. 
Мрежите се свързват една с друга посредством Gateways (шлюзове) или Bridges (мостове), които осъществяват маршрутизацията на данните между различните мрежи на основата на TCP/IP протоколи.
Видовете компютърни мрежи биват:
- PAN – лична мрежа в една стая;
- LAN – локална за дадения етаж, сграда или университет;
- WAN – глобална мрежа от няколко LAN;
- MAN – градска мрежа.
Типологията на компютърните мрежи може да бъде линейна, кръгова, звезда или решетка.
Според мрежовия протокол ( правилата следвани от компютрите за установяване и поддръжка на мрежовата комуникация) те биват:
- ТCP/IPv4 е най-използвания формат към момента. Има гъвкава схема на адресиране подходяща за маршрутизиране дори и при най-големите мрежи. Работи с всички операционни системи, за което има огромен брой помощни програми.
- ISP/SPX – асоциира се с Net Ware мрежи.
Основни термини в компютърните мрежи.
За да разберем същността на Интернет е необходимо първо да дефинираме основните понятия в компютърните мрежи:
- Компютърна мрежа е среда в която два или повече компютъра са свързани помежду си посредством кабел, модем или друг вид връзка и си взаимодействат с помощта на специализирано програмно осигуряване, инсталирано на всеки един от тях. Всеки един компютър свързан към мрежата е възел (Node)
- Сървър е компютър осигуряващ базисните програми в една компютърната мрежа.
- Клиент е компютър, който ползва предоставените услуги от сървъра. Основния комуникационен модел на съвременните мрежи е Сървър – Клиент, това ще рече, че едно приложение ползва едновременно услугите и на сървъра и на клиента.
- Мрежов протокол – съгласуван стандарт, осигуряващ обмен на данни между два компютъра в комуникационна среда.
- Мост (Bridge) е мрежовата връзка между два компютъра, като всеки един от тях е свързан към своя първична мрежа, които са от един тип. Компютърът свързан с моста може да предава данни от своята мрежа към компютъра от другия край, който ги препраща по предназначение. Моста остава невидим за потребителите, но се изпълнява от програмно осигуряване инсталирано на определена компютърна система при наличие на необходимите комуникационни средства.
- Шлюз (Gateway) е мрежова връзка между два компютъра в две различни мрежи, като компютъра от единия край на шлюза може да приема и да предава данни към другия, който ги препраща към тяхното местоназначение или осъществява маршрутизация на съобщенията. Вместо понятието шлюз, често се използва и думата Router (маршрутизатор). За разлика от моста, рутерите могат да свързват мрежи от различен тип и шлюзът е компютърна система, видима за потребителите със своето име и адрес.
- Packet и Datagram са две понятия, които определят единицата информация пренасяна по мрежата. Packet се свързва с физическото ниво на мрежата, докато Datagram с нивото на IP протокола, тяхното съдържание е показно на изображението по долу.
- Common Gateway Interface (CGI) е стандарт, който определя начина на комуникация между Web сървър с външна програма и обратното. В резултат на това взаимодействие може да се генерира HTML код, графика или друга форма, достъпна за външната програма. Типични приложения са брояч на посещенията на Web страница, обработка на данните от формуляр, достъп до данните на БД.
- HOST е компютърът с който се осъществява връзка.
- Transmission Control Protocol TCP предава пакетите от данни. Файла се разделя на пакети, за да може ако се прекъсне връзката да не се предава всичко от начало, а само загубения пакет. Те могат да пътуват по различни пътища и накрая се сглобяват.
Мрежова архитектура
Основен принцип на съвременните архитектури е принципа на разслояването. Мрежовата архитектура се състои от различни слоеве с различни функции по управление на връзките, като всеки слой ползва услугите на предишните без да знае как се реализират. Например, слой n на една машина се свързва със слой n на друга машина по правилата между комуникациите, които се наричат протокол. При комуникацията на съответните слоеве не се предават данни, а се предава информация за слой n-1, докато се стигне до слой 1 под който се крие физическата информация. Всеки слой предоставя интерфейс, който определя функциите на слой n+1.
Мрежовите архитектури се определят от множеството на слоевете, предоставяните услуги и протоколите за взаимодействие на слоевете в едно ниво. Интерфейсът не се включва в архитектурата , защото се вижда само в една машина. Важно е да комуникира с n и да предоставя съответната услуга на горно ниво.
Има 2 основни мрежови модела OSI и TCP/IP
OSI – open system interconnection е разработен от организацията за международни стандарти ISO и се състои от 7 слоя, всеки от които е стъпка към мрежовата комуникация. OSI е за връзка между отворени системи. Отворена е система, чийто ресурси могат да се използват от другите системи в мрежата. Това е абстрактен модел на мрежова архитектура, който не се обвързва с протоколи, но описва предназначението на слоевете, затова се нарича ЕТАЛОН.
Описанието на седемте слоя на OSI е както следва:
- Физически слой – предава битове през физическата сред. Кодира и декодира сигналите на двоични цифри 0 1. Той осигурява възможност на горния слой да активира, поддържа и прекратява съединението.
- Канален слой – открива и коригира грешки. На канално ниво данните се подават на порции наречени кадри. Приемникът уведомява изпращача за всеки получен кадър.
- Мрежов слой – отговаря за комуникацията в мрежата. Приложните програми на двете системи си взаимодействат с пакети от данни. Основната задача на слоя е да ги маршрутизира. Реализира се програмно.
- Транспортен слой – осигурява съобщения от изпращача до получателя. Изпращача ги разбива на пакети, а получателя ги реасамблира. Освобождава горния слой от грижата за ефективното транспортиране.
- Сесиен слой отговаря за диалога между две комуникиращи програми. Съобщенията се обменят след като двата крайни абоната установят сесия. Осигурява различни режими на диалог ( двупосочен, еднопосочен, едновременен и алтернативен).
- Представителен слой осигурява общ синтаксис и вътрешна структура на подаваните данни в съобщенията за да може горния слой да не се притеснява дали двете системи използват различно представяне на данните. Символите са в Unicode.
- Приложен слой е към който се свързват потребителските процеси. Те са кратки заявка-отговор или по-продължителни протоколи FTP за обмен на файлове и HTTP за обмен на web страници.
Модел TCP/IP
При изграждането на реалните мрежи се вижда, че OSI модела не отговаря на съществуващите изисквания за обслужване. За разлика от него TCP/IP се обвързва с конкретни протоколи. Той е разработен от Министерство на отбраната на САЩ като по-прост, реален протоколен стек от други протоколи, най-важен от които е IP (Internet Protocol). Самия IP има две версии Ipv4 – 32 битов и IPv6 – 128 битов.
TCP/IP модела се състои от 4 слоя в които се запазват приложния и транспортния слой, мрежовия слой се заменя с т.н. Интернет слой, каналния и физическия слой се обединяват в един слой за достъп до мрежата, а сесийния и представителния слой напълно липсват. На изображението по-долу може да видите сравнение на ISO модела с традиционния TCP/IP модел.
Традиционните Internet (TCP/IP) услуги включват:
SMTP Simple Mail Transfer Protocol е наименованието на протокола на услугата електронната поща. Той дава възможност за изпращане на съобщения до друг потребител от мрежата в ASCII формат. Съобщенията са придружени от адреси на подател и получател – Mail сървъри, между които се осъществява обменът на съобщенията по мрежата.
FTP – File Transfer Protocol. Услуга за обмен на файлове, позволяваща на потребителя да прехвърля файлове от своя компютър на друг компютър и обратно. Нивата на достъп на всеки потребител се определят от отсрещния компютър, чрез задаване на потребителско име и парола. Най-честата употреба на FTP е свързана с копиране на файл или файлове от FTP сървър, включен в Internet. Работата с полученото локално копие на файла не е свързана с ограничения.
TELNET – Network Terminal Protocol. Отдалечена сесия (отдалечен терминал) е услуга, при която потребител може да се свърже с друг компютър от мрежата и да стартира процес в него. От този момент до края на сесията, всеки натиснат клавиш се изпраща на отдалечената машина и се интерпретира от нея. Обслужването се извършва от локалната машина, но Telnet програмата прави невидим вашият компютър. Първоначално връзката се осъществява чрез разпознаване на потребителя с потребителско име и парола. Telnet приложенията за микрокомпютри обикновено са придружени с терминални емулатори за определен тип терминали, подходящи за работа в среда Unix или VMS.
WEB или World Wide Web е най-популярната услуга в разпределената информационна система, която дава достъп до документи по целия свят. Това е благодарения на DNS системата за разпределяне на цифровото IP в домейни от думи.
Всички тези слоеве работят с множество протоколи, които в крайна сметка имат една цел, да осъществят стабилна мрежова комуникация. За целта те се разделят на два основни вида: – приложни Интернет услуги (SMTP, FTP, TELNET) и ориентирани към пренасяне на информация (TCP).
Transfer Control Protocol е ниво, отговорно за разделянето на съобщенията на дейтаграми и събирането им на другия край на връзката.
References
- TCP/IP Illustrated volume 1
- Шат С., Локални мрежи – архитектура, избор, използване. Paraflow, София, 1994.
- TCP/IP Protocols and Services (Протоколи и услуги в Интернет)