Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

В нынешний век информационных технологий использование интернета становится достаточно популярным методом для доступа к информации по любой теме. Интернет предоставляет огромные возможности студентам, ученым и различным специалистам для получения информации по вопросам, связанным с академической и профессиональной тематикой, и многим другим. В современном мире большинство людей, у которых есть компьютеры, используют интернет для обмена сообщениями, документами и электронными службами. В связи с этим изучение аппаратного и программного обеспечения, необходимого для доступа в интернет, является актуальной задачей.

Интернет – это глобальная система взаимосвязанных компьютерных сетей, которые используют стандартный набор протоколов интернета (TCP / IP) для обслуживания миллиардов пользователей по всему миру. Это сеть, состоящая из миллионов частных, общественных, академических, деловых и правительственных сетей локального и глобального масштаба, которые связаны широким спектром электронных, беспроводных и оптических сетевых технологий. Интернет предоставляет широкий спектр информационных ресурсов и служб, таких как взаимосвязанные гипертекстовые документы Всемирной паутины и инфраструктура для поддержки электронной почты. Все эти возможности достигаются благодаря использованию модели «клиент-сервер».

Понятие клиент-серверной модели впервые появилось в конце 1980-х годов, когда термины «клиент» и «сервер» были впервые применены к персональным компьютерам в сети [1.]. Модель «клиент-сервер» основана на распределении функций между двумя типами независимых и автономных объектов.

Клиент – это любой процесс, запрашивающий определенные услуги у процессов сервера [6.]. Обычно это персональные компьютеры с установленными сетевыми приложениями (мобильное устройство также может работать как клиент). Сервер – это процесс, который предоставляет запрашиваемые услуги для одного или нескольких клиентов [6.]. Как правило, это устройства, в которых хранятся файлы и базы данных, включая сложные приложения, такие как веб-сайты. Они имеют более мощные центральные процессоры, более жесткие диски и больше памяти по сравнению с клиентом.

Иными словами, можно сказать, что клиент является заказчиком услуг, а сервер – поставщиком. В зависимости от конфигурации программного обеспечения один компьютер может являться как клиентом, так и сервером. Процессы клиента и сервера могут находиться на одном компьютере или на разных компьютерах, связанных сетью.

Итак, клиент-серверная модель представляет собой совокупность компьютерного оборудования, инфраструктуры и программ, работающих вместе для выполнения вычислительных задач. Разделение функций клиента и сервера, таким образом, может быть выражено в терминах аппаратных и программных средств, предоставляющих доступ к ресурсам конечным пользователям. Изучение этих средств является целью данной работы. Для достижения цели в работе поставлены следующие задачи:

• получить представление о главных принципах архитектуры клиент-серверных систем;
• выявить основные средства доступа в интернет;
• исследовать сетевой интерфейс и способы подключения к сети.

Объектом исследования данной работы является интернет и его свойства, предмет обозначен структурой самого исследования – в его качестве выступают аппаратные и программные средства, необходимые для доступа в интернет. Результаты проведенного в работе исследования имеют большую практическую ценность – они позволят глубже понять и усвоить механизмы, лежащие в основе клиент-серверной модели, получить исчерпывающее представление о ключевых средствах доступа в интернет.

Архитектура клиент-серверных систем

Термин «архитектура» относится к логической структуре и функциональным характеристикам клиент-серверной системы, включая то, как клиент и сервер взаимодействуют друг с другом с точки зрения компьютерного оборудования, программного обеспечения и связей между ними. К появлению клиент-серверной архитектуры привели ограничения, существовавшие в так называемой архитектуре совместного использования файлов.

Архитектура совместного доступа к файлам [5.] была основной для первых персональных компьютеров, использовавших доступ в интернет. В такой архитектуре каждая рабочая станция в сети имеет доступ к центральному файловому серверу, на котором хранятся данные. Файлы данных также могут находиться на рабочей станции с клиентским приложением. Несколько рабочих станций получают доступ к одному и тому же файловому серверу, на котором хранятся данные. Сервер загружает файлы из общей папки в среду рабочего стола – связанные с действиями пользователя логика и данные выполняются в среде рабочего стола.

Заменой файлового сервера стал сервер базы данных. Использование систем управления реляционными базами данных позволило отвечать на пользовательские запросы напрямую. Клиент-серверная архитектура сократила сетевой трафик, предоставляя ответ на запрос вместо передачи файлов целиком.

Клиент-серверная архитектура основана на аппаратных и программных компонентах, которые взаимодействуют между собой для формирования системы. Система включает в себя в основном три компонента [5.]:

1. Аппаратное обеспечение (клиент и сервер);
2. Программное обеспечение (которое обеспечивает работоспособность оборудования);
3. Связующее программное обеспечение (используется для связи аппаратного и программного обеспечения).

Компоненты архитектуры клиент / сервер должны соответствовать некоторым базовым принципам для того, чтобы взаимодействовать должным образом. Эти принципы должны быть одинаково применимы как к клиенту, так и к серверу, и к компонентам связующего программного обеспечения. Вот некоторые из ключевых принципов:

1. Аппаратная независимость;

Принципы аппаратной независимости требуют, чтобы процессы клиентского, серверного и связующего программного обеспечения выполнялись на нескольких аппаратных платформах (IBM, DEC, Compaq, Apple и т.д.) без каких-либо функциональных различий.

1. Независимость программного обеспечения;

Принципы независимости программного обеспечения требуют, чтобы процессы клиентского, серверного и связующего программного обеспечения поддерживали несколько операционных систем (таких как Windows 7, Windows 10, Apple Mac, Linux, Unix и т.д.), несколько сетевых протоколов (таких как IPX и TCP / IP) и несколько приложений (электронные таблицы, базы данных, электронная почта и т. д.).

1. Открытый доступ к услугам;

Все клиенты в системе должны иметь открытый (неограниченный) доступ ко всем услугам, предоставляемым в сети, и эти услуги не должны зависеть от местоположения клиента или сервера. Ключевой момент заключается в том, что услуги должны предоставляться по требованию клиента. Предоставление услуг по требованию является одной из основных задач модели клиент / сервер.

1. Распределение процессов;

Основной характеристикой клиент-серверной системы является то, что обработка информации распределяется между клиентами и серверами. Распределение нагрузки должно соответствовать следующим правилам:

• Процессы клиента и сервера должны быть автономными объектами с четко определенными границами и функциями;
• Локальное использование ресурсов (как на стороне клиента, так и на стороне сервера) должно быть максимальным;
• Масштабируемость и гибкость требуют, чтобы процессы клиента и сервера легко обновлялись для работы на более мощных аппаратных и программных платформах;
• Функциональная совместимость и интеграция требуют, чтобы клиентские и серверные процессы были совместимы и легко интегрировались для формирования системы.

1. Стандарты.

Наконец, все сформулированные принципы должны основываться на стандартах, которые применяются в архитектуре клиент / сервер. Стандарт должен определять пользовательский интерфейс, доступ к данным, сетевые протоколы, межпроцессное взаимодействие и так далее. Стандарты гарантируют, что все компоненты взаимодействуют соответствующим образом для достижения желаемых результатов.

Диалог с сервером всегда инициируется клиентом. Связь между ними невозможна без аппаратных и программных компонентов, которые являются частью клиента. Зачастую эти компоненты должны обладать следующими характеристиками:

1. Приемлемое оборудование;

Поскольку клиентским процессам обычно требуется много аппаратных ресурсов, их следует размещать на компьютере с достаточной вычислительной мощностью, с архитектурой, поддерживающей RISC. Такая вычислительная мощность облегчает создание систем с мультимедийными возможностями. Мультимедийная система обрабатывает несколько типов данных, таких как звуки, изображения, видео и т.д. Клиентские процессы также требуют определенного объема памяти на жестком диске.

1. Операционная система, способная к многозадачности;

Клиент должен иметь доступ к операционной системе с минимальными возможностями многозадачности. Любая из систем Microsoft Windows старше 1998 года обеспечивает доступ к памяти, многозадачность при работе с приложениями и графический пользовательский интерфейс, что делает Windows одной из самых популярных платформ в большинстве реализаций клиент-серверных систем [5.]. Однако многие современные «разновидности» UNIX, включая Linux с множеством различных дистрибутивов, также хорошо подходят в качестве основной операционной системы для клиентской стороны.

1. Наличие средств связи;

Клиентский компьютер должен иметь возможность подключаться и взаимодействовать с другими компьютерами в сети. Следовательно, комбинация аппаратного обеспечения и операционной системы также должна обеспечивать приемлемую связь с другими операционными системами.

1. Графический интерфейс пользователя.

Клиентское приложение, или фронт-энд, выполняется поверх операционной системы и соединяется со связующим программным обеспечением для доступа к службам в сети. Несколько языков программирования третьего поколения, а также все языки четвертого поколения могут использоваться для создания фронт-энд приложения. Большинство фронт-энд приложений основаны на графическом интерфейсе, который позволяет скрыть сложность организации компонентов от конечного пользователя.

Как уже упоминалось ранее, сервер – это любой процесс, который предоставляет услуги клиентскому процессу. Сервер всегда ожидает запроса клиента. Вот некоторые услуги, предоставляемые сервером:

1. Файловые сервисы;

В локальной сети, где компьютер с большим и быстрым жестким диском совместно используется разными пользователями, клиент, подключенный к сети, может хранить файлы на файловом сервере так, как если бы это был другой локальный жесткий диск.

1. Сервисы по управлению печатью;

В локальной сети, где персональный компьютер с одним или несколькими подключенными принтерами используется совместно, клиент может получить доступ к любому из принтеров. Данные для печати перемещаются с компьютера клиента на печатающий сервер – там они временно хранятся на жестком диске. Когда клиент завершает организацию печати, данные перемещаются с жесткого диска на сервере на соответствующий принтер.

1. Сервисы базы данных;

При наличии сервера базы данных клиент отправляет SQL-запрос на сервер. Сервер получает код запроса, проверяет его, выполняет и отправляет результат клиенту. Данные и ядро ​​базы данных находятся на компьютере сервера базы данных.

1. Сервисы веб-приложений;

Некоторые документы, данные и т. д. находятся на веб-серверах. Веб-приложение обеспечивает доступ к документам и другим данным. «Тонкие» клиенты обычно используют веб-браузер для запроса этих документов. Такие сервисы обеспечивают совместное использование документов в интрасетях или в Интернете. Наиболее часто используемый протокол – это HTTP (протокол передачи гипертекста). Серверы веб-приложений теперь дополняют простые веб-серверы.

Так же, как и клиент, сервер имеет аппаратные и программные компоненты. К аппаратным компонентам относятся компьютер, процессор, память, жесткий диск, видеокарта, сетевая карта и т. д. Компьютер, на котором выполняется серверный процесс, должен быть более мощным, чем «средний» клиентский компьютер, поскольку серверный процесс должен иметь возможность обрабатывать параллельные запросы от нескольких клиентов.

Серверное приложение, или бэк-энд, взаимодействует с компонентами связующего программного обеспечения для того, чтобы обрабатывать клиентский запрос. В отличие от процессов фронт-энда, процесс сервера не обязательно должен быть основан на графическом интерфейсе. Бэк-энд приложение взаимодействует с операционной системой (сетевой или автономной) для доступа к локальным ресурсам (жесткий диск, память и т.д.). Бэк-энд сервер постоянно «слушает» запросы клиентов. Как только запрос получен, сервер обрабатывает его локально. Сервер знает, как обрабатывать запрос; клиент сообщает серверу только то, что ему нужно, а не то, как это делать. Когда запрос выполнен, ответ отправляется обратно клиенту через связующее программное обеспечение.

Характеристики аппаратного обеспечения сервера зависят от объема требуемых услуг. Например, для использования базы данных в сети из пятидесяти клиентов может потребоваться компьютер со следующей минимальной характеристикой:

1. Быстрый процессор (с поддерживающей RISC архитектурой);
2. Отказоустойчивые возможности:

• Двойной блок питания для предотвращения проблем с первым блоком;
• Резервный источник питания для защиты от отказа линии электропередачи;
• Проверка ошибок и исправление памяти для защиты от сбоев модуля памяти;
• Избыточный массив независимых дисков (RAID) для защиты оборудования от физических сбоев.

В теории любой компьютерный процесс, в котором могут быть четко выделены клиентские и серверные компоненты, может быть реализован при помощи клиент-серверной модели. При правильной реализации принципы клиент-серверной архитектуры распределения процессов преобразуются в следующие преимущества процесса сервера:

1. Независимость от местоположения;

Серверный процесс может быть расположен в любом месте сети.

1. Оптимизация ресурсов;

Серверный процесс может быть общим.

1. Масштабируемость;

Серверный процесс может быть модернизирован для работы на более мощных платформах.

Эти преимущества вкупе с принципами независимости аппаратного и программного обеспечения модели клиент / сервер облегчают интеграцию компьютеров, мобильных устройств и мэйнфреймов в практически цельную среду [7.]. Аппаратное и программное обеспечение, необходимое для предоставления доступа в интернет конечным пользователям, а также требования к нему рассматриваются в следующих разделах.

Аппаратное обеспечение

Портативные компьютеры

Современные технологии позволяют получить доступ в интернет не только персональным компьютерам и мэйнфреймам, но и мобильным устройствам. К наиболее популярным из так называемых портативных компьютеров относятся ноутбуки, планшеты и смартфоны. Самые крупные ноутбуки могут иметь размеры около 21 на 29,7 см и вес от 3 до 4 кг. Ноутбуки также обладают той же мощностью, что и настольные персональные компьютеры. Размер жесткого диска ноутбука, в отличии от жесткого диска компьютера, составляет всего 2,5 дюйма (вместо 3,5) в диаметре, и он способен хранить большие объемы данных, имея вес не более 300 г. Мобильные устройства, такие как планшеты и смартфоны, позволяют преодолеть недостаток ноутбуков, то есть они менее громоздки. Большинство портативных устройств используют аккумуляторы с возможностью зарядки, – компактный, легкий и безопасный источник питания – а также жидкокристаллические дисплеи, которые тоже являются легкими и потребляют очень мало энергии. Кроме того, сокращается количество клавиш на клавиатуре, либо она попросту отсутствует, как в некоторых современных мобильных устройствах с сенсорным экраном.

Хранилище данных

Хранение относится к носителю и методам, используемым для накопления информации, доступной для последующего использования. Некоторые данные могут понадобиться сразу, в то время как другие не понадобятся в течение продолжительных периодов времени. Поэтому разные методы подходят для разных целей. Встроенная память содержит то, что в данный момент не обрабатывается. Это данные, которые «сохраняются», но при необходимости готовы к извлечению. Хранение данных должно быть энергонезависимым, это означает, что отключение питания не должно стирать находящиеся на носителе данные. Носителями могут быть:

• Жесткие магнитные диски;
• Твердотельные накопители;
• Оптические диски, флэш-карты и другие устройства хранения.

Жесткие магнитные диски

Существуют различные виды встроенной памяти, но все они включают в себя магнитные диски определенного типа. Они бывают разных размеров и материалов. Преимущества, связанные с носителями такого типа, заключаются в том, что они обладают высокой емкостью, надежны и обеспечивают прямой доступ к данным. Накопитель вращает диск очень быстро под головкой чтения / записи. К жестким магнитными дискам относятся дискета и жесткий диск.

Все магнитные диски отформатированы одинаково или разделены на области, которые являются дорожками секторов и цилиндров. Процесс форматирования устанавливает метод назначения адресов различным областям. Он также устанавливает область для хранения списка адресов. Без форматирования не может быть никакого способа узнать, какие данные откуда пришли. Магнитный диск в таком случае был бы похож на библиотеку, в которой страницы не находятся в книгах, а разбросаны по полкам, столам и полу.

Все магнитные диски содержат дорожку, которая представляет собой круглое кольцо на одной стороне диска. Каждая дорожка имеет номер. Сектор является частью диска. Каждый сектор пронумерован. Обычно на диске размером 5¼ имеется 40 дорожек с 9 секторами на каждом, а на диске 3½ – 80 дорожек с 9 секторами на каждом. Кластер – это набор секторов дорожек в диапазоне от 2 до 32 или более, в зависимости от используемой схемы форматирования.

Наиболее распространенная схема форматирования для ПК устанавливает количество секторов дорожек в кластере в зависимости от емкости диска. Жесткий диск объемом 1,2 терабайта будет иметь кластеров в два раза больше, чем жесткий диск на 500 Гб. Один кластер – это минимальное пространство, используемое для чтения или записи. Поэтому в кластере часто остается много свободного, неиспользуемого пространства за пределами данных, которые там хранятся. Единственный способ уменьшить количество свободного места – это уменьшить размер кластера, изменив метод форматирования.

Флэш-память

Флэш-накопители также известны как USB Flash Drive. Это портативное хранилище памяти, которое в последнее десятилетие практически полностью вытеснило оптические CD-диски и DVD-диски. Флэш-накопители перезаписываются и сохраняют данные в памяти без питания, в отличие от оперативной памяти, при этом они подходят для любого USB-порта на компьютере. Они также способны выполнять «горячую замену»; это означает, что пользователь может подключить такой накопитель к компьютеру и не должен будет перезагружать его для доступа к флэш-памяти.

Флэш-накопители являются очень стабильными запоминающими устройствами, которые имеют среднюю емкость в пределах 8 – 32 гигабайт (некоторые современные флэш-накопители способны хранить до 3 терабайт данных). Это стабильные, универсальные, долговечные и портативные устройства хранения. Будучи таковыми, они идеально подходят практически для любого пользователя компьютера, который хочет иметь надежное и долговременное хранилище по низкой цене. Флэш-накопители могут иметь разный дизайн, разную емкость и разную цену, но все они также имеют небольшой вес и размер, что позволяет буквально держать их в одной связке с ключами в качестве брелока.

Твердотельные накопители

Твердотельные накопители также известны как SSD (от англ. solid-state drive) – это носители, на которых данные хранятся в твердотельной флэш-памяти. Два ключевых компонента – контроллер флэш-памяти и микросхемы флэш-памяти NAND (тип флэш-памяти по принципу изменения информации в её ячейках). Архитектурная конфигурация SSD оптимизирована для обеспечения высокой производительности чтения и записи как для последовательных, так и для случайных запросов данных.

В отличие от жестких дисков, SSD не содержат вращающихся элементов, которые можно сломать или скрутить. Предприятия и производители компьютеров исторически использовали вращающиеся диски из-за их более низкой удельной стоимости и более высокой средней долговечности, хотя в настоящее время твердотельные накопители широко распространены в персональных компьютерах и ноутбуках.

В то время как свойства магнитной конструкции традиционных жестких дисков делают их подверженными механическим повреждениям, SSD, напротив, считывают и записывают данные на субстрат из взаимосвязанных микросхем флэш-памяти, изготовленных из кремния. Производители строят твердотельные накопители, складывая микросхемы в сетку для достижения различной плотности.

Чтобы предотвратить нестабильность, производители твердотельных накопителей разрабатывают устройства с транзисторами с плавающим затвором для удержания электрического заряда. Это позволяет SSD сохранять данные, даже когда они не подключены к источнику питания. Каждый транзистор содержит один бит данных, обозначенный как 1 для заряженного элемента или 0, если элемент не имеет электрического заряда.

Твердотельные накопители обеспечивают более быстрое хранение и другие преимущества производительности, чем традиционные магнитные диски. Компании с быстро растущей потребностью в более высоком быстродействии операций чтения и записи стимулировали разработку и внедрение SSD. Меньшая задержка при операциях чтения-записи твердотельных накопителей обусловлена ​​их способностью считывать данные непосредственно и сразу из определенного местоположения SSD-ячейки.

Высокопроизводительные серверы, ноутбуки, персональные компьютеры или любые приложения, которым требуется доставлять информацию в режиме реального времени или почти в реальном времени, могут извлечь выгоду из технологии твердотельных накопителей. Эти характеристики делают корпоративные твердотельные накопители пригодными для быстрых операций чтения из баз данных, а также при работе с облачными хранилищами.

Средства защиты сети

Безопасность системы и сети – это понятие, используемое для описания методов и средств, необходимых для предотвращения несанкционированного и злонамеренного доступа или изменения данных в системе или во время передачи данных по сети. Сетевая безопасность предназначена не только для крупных корпораций и государственных организаций. Новое поколение вирусов, червей и фишинговых атак может заразить компьютер или позволить злоумышленникам взломать его. Защита включает в себя следующее [4.]:

• Обнаружение и предотвращение вторжений;
• Веб-фильтрация;
• Безопасность электронной почты;
• Управление безопасностью;
• Комплексное устройство безопасности;
• Оценка уязвимости.

Устройства защиты используются для упреждающей защиты компьютерной сети от вирусов, червей и других интернет-атак. Обнаружение и предотвращение вторжений, брандмауэры, оценка уязвимостей, встроенные устройства безопасности, веб-фильтрация, защита почты и централизованная система управления – все это позволяет максимально увеличить время бесперебойной работы сети и минимизировать потребность в активном участии администратора.

Брандмауэр, используемый для всего этого, обеспечивает только одну точку входа в сеть. И если модемам разрешено отвечать на входящие вызовы, злоумышленник может легко обойти брандмауэр.

Если требуется модемный доступ, его следует тщательно защищать. Терминальный сервер или сетевое устройство, обеспечивающее коммутируемый доступ к сети, необходимо активно администрировать, а его журналы нужно проверять на предмет странного поведения. Его пароль должен быть надежным. Аккаунты, которые не используются активно, должны быть отключены. Короче говоря, это самый простой способ проникнуть в сеть с удаленного компьютера.

Крипто-маршрутизация: функция, встроенная в некоторые маршрутизаторы, обеспечивающая возможность шифрования сеанса. Поскольку трафик, проходящий через Интернет, может быть виден пользователям, у которых есть ресурсы для слежения, эта функция полезна для обеспечения связи между двумя сайтами с безопасными маршрутами.

Сетевые фильтры

Сетевой фильтр необходим для защиты электроники от «грязного» электричества. Электрическое напряжение имеет стандартные значения от 120 до 240 вольт при бытовом использовании, и оно остается относительно стабильным. Но когда происходит резкий и короткий скачок по любой из множества причин, результирующее внезапное изменение напряжения может серьезно повредить чувствительные цепи.

Эффективность устройств защиты от перенапряжений оценивается тремя показателями: фиксацией напряжения, временем срабатывания и поглощением энергии. Первый, фиксация напряжения, указывает, какой уровень скачка напряжения должен произойти до того, как сетевой фильтр активирует и отведет избыточное напряжение. Чем ниже число напряжения, тем лучше будет работать сетевой фильтр. Для хорошей защиты, особенно для компьютеров, предпочтение отдается защитному устройству с фиксацией напряжения менее 400 вольт. Время срабатывания – это количество времени, которое требуется устройству защиты от перенапряжений для реагирования на скачок. Очевидно, важно быстрое время отклика, поэтому необходимо устройство, которое сработает за одну наносекунду или меньше. Устройства защиты от перенапряжений не рассчитаны на их вечное использование, поэтому третий показатель, поглощение энергии, показывает, сколько энергии будет поглощать устройство, прежде чем оно выйдет из строя. Предпочтительным считается устройство, рассчитанное хотя бы на 300 или 600 джоулей для лучшей производительности.

Источник бесперебойного электропитания

ИБП (источник бесперебойного питания) – это система резервного питания от батареи для поддержания работы на случай отключения питания компьютера. ИБП на короткое время (обычно не более часа) подает питание на компьютер или другое критически важное оборудование, когда его основной источник питания недоступен. ИБП поддерживает работу компьютера в течение нескольких минут после отключения питания, что позволяет сохранить данные в оперативной памяти и корректно выключить компьютер. Скачки напряжения, провалы и перебои в работе могут не только привести к потере несохраненной работы и ценных данных, но и повредить оборудование и сетевую инфраструктуру. ИБП действует как ограничитель перенапряжения, фильтруя шум линий и обеспечивая защиту от провалов. В случае отключения питания он поддерживает работу компьютера, подает звуковой сигнал и позволяет закрыть все работающие программы и безопасно завершить работу компьютера.

Программное обеспечение

Операционная система клиента

Программное обеспечение для поддержки определенных функций, таких как редактирование полей, контекстно-зависимая справка, навигация, подготовка и хранение личных данных, а также манипулирование ими, часто выполняется на клиентской рабочей станции. Все эти функции используют графический интерфейс и функциональность окон. Дополнительная бизнес-логика для расчетов и анализа может находиться на рабочей станции клиента. Она использует локальную операционную систему для размещения как основных служб, так и интерфейсов сетевой операционной системы. Эта операционная система может быть такой же или отличаться от операционной системы сервера. Запуск BIOS включает проверку оборудования, подключенного к компьютеру, например, клавиатуры, чтобы убедиться, что оно работает и может обмениваться данными с операционной системой компьютера. Запуск операционной системы завершает процесс загрузки (запуска компьютера) и подготавливает компоненты и среду компьютера для фактического использования. Unix, Linux, Mac OS, Windows XP, Windows 7, 8 и 10 являются примерами операционных систем.

Когда клиентская рабочая станция подключена к локальной сети, она имеет доступ к услугам, предоставляемым сетевой операционной системой, в дополнение к услугам, предоставляемым клиентской рабочей станцией. Рабочая станция может загружать программное обеспечение и сохранять текстовые документы с сервера и, следовательно, использовать функции файлового сервера, предоставляемые через сетевую операционную систему. Она также может выполнять печать на удаленном принтере через эту систему. Клиентская рабочая станция может использоваться в качестве терминала для доступа к приложениям, размещенным на главном миникомпьютере или процессоре мэйнфрейма. Это позволяет одной рабочей станции заменить терминал, а также обеспечить функциональность клиентской рабочей станции.

Операционная система сервера

Серверы предоставляют платформу для приложений, баз данных и услуг связи, а также предоставляют и контролируют общий доступ к собственным ресурсам. Приложения на сервере должны быть изолированы друг от друга, чтобы ошибка одного из них не могла повредить другому. Упреждающая многозадачность гарантирует, что ни один процесс не может полностью использовать ресурсы сервера и препятствовать предоставлению обслуживания другими процессами. Должны быть средства определения относительного приоритета задач на сервере. Эти требования специфичны для реализации клиент / сервер, но не для реализации файлового сервера. Поскольку файловые серверы выполняют только одну задачу файловой службы, они могут работать в более ограниченной операционной среде без необходимости изоляции приложений и вытесняющей многозадачности.

Сервер является многопользовательским компьютером. Не существует специальных требований к оборудованию, которые превращают компьютер в сервер. Аппаратная платформа должна быть выбрана исходя из требований приложений и экономической эффективности. Не существует также какой-то выдающейся аппаратной технологии для сервера. Основной характеристикой сервера является его поддержка нескольких одновременных запросов клиентов на обслуживание. Следовательно, сервер должен обеспечивать поддержку многозадачности и службы разделяемой памяти. Серверы для клиент-серверных приложений работают лучше всего, когда они настроены на использование операционной системы, поддерживающей общую память, изоляцию приложений и многозадачность. Высокопроизводительные процессоры Intel, RISC, IBM System являются кандидатами для серверной платформы. Сервер отвечает за управление интерфейсом сервер-запросчик (исполнитель запроса), так что индивидуальный ответ на запрос клиента синхронизируется и направляется обратно только клиентскому запросчику. Это подразумевает как безопасность при авторизации, так и целостность ответа на запрос.

Сетевая операционная система

Сетевая операционная система (англ. Network Operating System, NOS) – это системное программное обеспечение, которое управляет сетью и ее трафиком, а также очередями сообщений (например, пакетами), контролирует доступ нескольких пользователей к сетевым ресурсам, таким как файлы, и обеспечивает определенные административные функции, включая безопасность. Также она включает в себя специальные функции для подключения компьютеров и устройств в локальную сеть (LAN) или межсетевое взаимодействие.

Сетевая операционная система (NOS) – это операционная система, которая была специально написана для поддержания оптимальной производительности сетей с собственной структурой для использования в сетевой среде [8.]. Некоторые из наиболее важных функций сетевой операционной системы включают в себя:

• Предоставление файлов, печати, веб-сервисов, услуг резервного копирования и репликации;
• Обеспечение базовых функций операционной системы, таких как поддержка процессоров, протоколов, автоматическое обнаружение аппаратного обеспечения и поддержка множественной обработки приложений;
• Функции безопасности, такие как аутентификация, авторизация, ограничения входа в систему и контроль доступа;
• Управление пользователями и поддержка инструментов входа и выхода, удаленного доступа, управления системой, администрирования.
• Поддержка межсетевого взаимодействия. Некоторые из компонентов, которые обычно встроены в NOS и могут отсутствовать в обычной операционной системе, включают поддержку сетевой карты, общий доступ к файлам, вход на сервер, сопоставление дисков и поддержку собственного протокола. Большинство операционных систем могут поддерживать все эти компоненты с надстройкой либо от первоначального производителя операционной системы, либо от стороннего поставщика.

Некоторые из операционных систем, доминирующих в сетевых операционных системах, – это JUNOS, Cisco IOS, ZyNOS, RouterOS и т. д.

Веб-браузер

Веб-браузер (обычно называемый браузером) – это программное приложение для доступа к информации во Всемирной паутине [9.]. Когда пользователь клиентского компьютера открывает определенный веб-сайт, веб-браузер получает необходимый контент с веб-сервера, а затем отображает получившуюся веб-страницу на устройстве пользователя.

Веб-браузер – это не то же самое, что поисковая система, хотя их часто путают. Для пользователя поисковая система – это просто веб-сайт, такой как Google Search, Bing или DuckDuckGo, который хранит доступные для поиска данные о других веб-сайтах. Однако для подключения к серверу веб-сайта и отображения его веб-страниц у пользователя должен быть установлен веб-браузер.

По состоянию на март 2019 года более 4,3 миллиарда человек используют браузер, что составляет около 55% населения мира [9.]. Три самых популярных браузера – это Chrome, Firefox и Safari.

Сетевой интерфейс и способы подключения

Для обмена данными по сети используются четыре основных элемента [10.]:

1. Отправитель: устройство, которое создает и передает данные.
2. Сообщение: данные для отправки. Это может быть электронная таблица, база данных или документ, преобразованный в цифровую форму.
3. Среда: физический материал, который соединяет устройства и передает данные от отправителя к получателю.
4. Получатель: устройство назначения данных.

Для связи с другими устройствами отправляющее устройство должно знать и соблюдать правила отправки данных на принимающие устройства в сети. Эти правила связи между устройствами называются протоколами. Многочисленные стандарты были разработаны для обеспечения общих основ передачи данных. Международная организация по стандартизации (англ. International Standards Organization, ISO) разделила необходимые коммуникационные функции на семь уровней, чтобы сформировать модель взаимодействия открытых систем (англ. Open Systems Interconnections, OSI). Каждый уровень в модели OSI определяет группу функций и связанных протоколов, используемых на этом уровне в устройстве-источнике для связи с соответствующим уровнем в устройстве-получателе. Связь и взаимодействие между клиентом и сервером достигается за счет сочетания физических кабелей и устройств и программного обеспечения, которое реализует протоколы связи. Для связи по сети требуются следующие компоненты [11.]:

• Сетевая карта (англ. Network Interface Card, NIC), или сетевой адаптер;
• Программный драйвер;
• Стек протоколов связи.

Компьютерные сети могут быть реализованы с использованием разнообразных архитектур стека протоколов, компьютерных шин или комбинаций сред и уровней протоколов.

Сетевая карта

Физическое соединение компьютера с сетью осуществляется путем установки сетевой карты внутри компьютера и подключения к общему кабелю. Сетевая карта контролирует поток информации между сетью и компьютером. Контроллер и компоненты сетевой карты могут представлять собой внешнюю печатную плату либо быть интегрированными в материнскую плату. Сетевая карта, необходимая для обеспечения сетевого доступа к компьютеру или другому устройству, вместе со своим драйвером реализует второй, канальный уровень модели открытых систем. При этом распределение обязанностей между сетевым адаптером и его драйвером стандартами не определяется, поэтому каждый производитель решает этот вопрос самостоятельно. Обычно сетевые адаптеры делятся на адаптеры для клиентских компьютеров и адаптеры для серверов. Сетевая карта – это связующее звено между компьютером и физическими носителями, такими как кабели, по которым передаются данные.

Если рассмотреть модель OSI на уровне IP, можно обнаружить, что существует несколько способов получить доступ в Интернет (или подключить конечных пользователей к магистральным сетям операторов) в зависимости от:

• типа подключения (проводной / беспроводной);
• физической среды;
• используемого протокола / технологий.

Физическая среда

Физическая среда для проводной связи:

• Оптическая – это относится к оптоволокну, предназначенному для подключения конечных пользователей, особенно на высоких скоростях передачи данных; PON и Ethernet – это технологии, использующие оптические платформы; в прошлом волоконная оптика использовалась для предоставления выделенных линий на SDH;
• Коаксиальные кабели обычно используются операторами кабельного телевидения для обеспечения связи между телевидением и Интернет-услугами;
• Медные кабели с витой парой используются для обеспечения соединений Ethernet на более низкой скорости, чем на оптических соединениях;
• Медные кабельные линии связи также могут использоваться для подключения к Интернету. В то время как Dial-up и ISDN использовались в прошлом, теперь xDSL широко используется для предоставления интернет-соединений конечным пользователям;
• Линия электропередачи передает данные о проводнике, который также используется для передачи электроэнергии.

Для беспроводной связи:

• Нелицензированные частотные диапазоны обычно используются с технологиями Wi-Fi, особенно в муниципальных районах. Они открыты (нелицензированы), поэтому могут быть проблемы с помехами между различными операторами;
• Лицензионные частотные диапазоны назначаются ограниченному кругу операторов в зависимости от типа технологии. Обычно они связаны с мобильным / сотовым интернетом. Среди протоколов самыми популярными [12.] здесь являются WiMAX, GSM / EDGE, UMTS / HSxPA и LTE.

И, наконец, спутники используются особенно активно там, где другие типы соединений недоступны. Учитывая высокую задержку приема и передачи данных, они бесполезны для приложений, которые используются для повседневного взаимодействия.

Основные протоколы и технологии

Ethernet

Ethernet – это семейство компьютерных сетевых технологий на основе фреймов для локальных сетей [10.]. Ethernet определяет ряд стандартов проводных соединений и электрических сигналов для физического уровня сетевой модели OSI, а также общий формат адресации и управление доступом к среде на канальном уровне. Ethernet является широко используемой технологией в локальных сетях для подключения к ПК и рабочим станциям благодаря протоколу, который имеет следующие характеристики:

• Легко понять, внедрить, управлять и поддерживать;
• Позволяет реализовать недорогую сеть;
• Обеспечивает обширную топологическую гибкость для сетевой настройки;
• Гарантирует успешную взаимосвязь и работу стандартов.

xDSL

Цифровая абонентская линия (англ. Digital Subscriber Line, DSL) – это семейство технологий, обеспечивающих передачу цифровых данных по проводам локальной телефонной сети. В телекоммуникационном маркетинге термин «цифровая абонентская линия», как принято считать, означает асимметричную цифровую абонентскую линию (ADSL), наиболее часто устанавливаемую техническую разновидность DSL. Услуга DSL предоставляется одновременно с обычного телефона на той же телефонной линии [11.]. Это возможно, потому что DSL использует более высокую частоту. Эти полосы частот впоследствии разделяются фильтрацией. Пропускная способность данных потребительских услуг DSL обычно варьируется от 256 Кбит / с до 24 Мбит / с в направлении к клиенту (в нисходящем направлении), в зависимости от технологии DSL, условий линии и реализации уровня обслуживания. В ADSL пропускная способность данных в восходящем направлении (то есть в направлении к поставщику услуг) ниже.

Wi-Fi

Wi-Fi является торговой маркой Wi-Fi Alliance. Это не технический термин. Тем не менее, Альянс в целом принудил его использовать для описания только узкого диапазона технологий, включая беспроводную локальную сеть, основанную на стандартах IEEE 802.11 соединения между устройствами. Они обычно работают на частоте 2,4 ГГц. Устройство с поддержкой Wi-Fi, такое как персональный компьютер, может подключаться к Интернету, находясь в зоне действия беспроводной сети. Покрытие одной или нескольких (взаимосвязанных) точек доступа, называемых горячими точками (хот-спотами), может включать в себя область размером от нескольких комнат до нескольких квадратных миль. Покрытие в большей зоне может зависеть от группы точек доступа с перекрывающимся покрытием.

Соединения горячих точек (иначе называемых транзитными соединениями) осуществляются посредством проводных соединений или других беспроводных соединений, как нелицензированных (опять же по Wi-Fi, но с направленными антеннами), так и лицензированных (WiMAX). Технология Wi-Fi использовалась в беспроводных ячеистых сетях, то есть в сети связи, состоящей из радиоузлов, организованных в ячеистой топологии. Беспроводные ячеистые сети часто состоят из ячеистых клиентов, ячеистых маршрутизаторов и шлюзов.

WiMAX

WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) – телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Последние стандарты WiMAX обеспечивают скорость до 1 Гбит / с [12.]. Название «WiMAX» было создано на форуме WiMAX как «основанная на стандартах технология, предоставляющая беспроводной широкополосный доступ в качестве альтернативы проводным соединениям и DSL». Топология сети сравнима с решениями WiFi. WiMAX также используется в качестве транзитного соединения: не только в сетях Wi-Fi, но и в сетях 3G / 4G.

GSM/EDGE - UMTS/HSxPA - LTE

Эти стандарты пришли из консорциума 3rd Generation Partnership Project (3GPP), действующего под торговой маркой одной из ассоциаций в рамках партнерства с Европейским институтом стандартов электросвязи. Широко они известны как стандарты 2G (2-го поколения), 3G (3-го поколения) и 4G (4-го поколения).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения работы была проведена систематизация специальной литературы и мировых информационных ресурсов по проблеме исследования. Результатом этих процессов стало комплексное изучение принципов работы сети. Глобальное расширение интернета привело к появлению логической концепции «клиент-сервер», основные принципы которой составляют основу данной работы. Главные компоненты архитектуры клиент серверных-систем были описаны и рассмотрены детально – это аппаратное обеспечение (клиент и сервер), а также программное обеспечение (которое обеспечивает работоспособность оборудования). Результатом выполнения работы стало более глубокое усвоение механизмов, лежащих в основе клиент-серверной модели, а также получение исчерпывающих сведений о ключевых средствах доступа в интернет, сетевом интерфейсе и способов подключения к сети.

Таким образом, все цели и задачи курсовой работы выполнены в полном объеме.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. «Онтология распределенных прикладных систем» [Эл. ресурс] // Режим доступа: https://www.osp.ru/os/2002/11/182086/ (Дата обращения: 05.06.2020)
2. Фаулер М. «Предметно-ориентированные языки программирования» / Изд.: Вильямс, 2017, ISBN: 978-5-8459-1738-6
3. «Урок 2. Сеть Интернет» [Эл. ресурс] // Режим доступа: http://school497.ru/download/u/01/urok2/les2.html#1 (Дата обращения: 10.06.2020)
4. Таненбаум Э., Уэзеролл Д. «Компьютерные сети» / Изд.: Питер, 2016, ISBN: 978-5-496-00831-0
5. Таненбаум О. «Архитектура компьютера» / Изд.: Питер, 2019, ISBN: 978-5-4461-1103-9
6. «Клиент – сервер» [Эл. ресурс] // Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Клиент_—_сервер (Дата обращения: 12.06.2020)
7. Куроуз Д., Росс К. «Компьютерные сети. Нисходящий подход» / Изд.: Эксмо, 2016, ISBN: 978-5-699-78090-7
8. «Сетевые операционные системы» [Эл. ресурс] // Режим доступа: https://www.diera.ru/blog/nos (Дата обращения: 13.06.2020)
9. «Web Browser» [Эл. ресурс] // Режим доступа: https://en.wikipedia.org/wiki/Web_browser (Дата обращения: 13.06.2020)
10. Олифер В., Олифер Н. «Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Учебник» / Изд.: Питер, 2017, ISBN: 978-5-496-01967-5
11. Робачевский А. «Интернет изнутри. Экосистема глобальной сети» / Изд.: Альпина Паблишер, 2017, ISBN: 978-5-9614-4803-0
12. Одом У., Хогг С. «Официальное руководство Cisco по подготовке к сертификационным экзаменам» / Изд.: Диалектика, ISBN 978-5-9909-4465-7