Поняття і призначення комп’ютерних мереж

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Вступ

1. Поняття і призначення комп'ютерних мереж

1.1 Процес передачі даних в комп'ютерній мережі

1.2 Апаратна реалізація передавання даних

1.3 Класифікація комп'ютерних мереж

2. Базові протоколи комп'ютерних мереж

2.1 Семирівнева модель комп'ютерних мереж

2.2 Функції протоколів кожного рівня

2.2.1 Протоколи фізичного рівня

2.2.2 Протоколи канального рівня

2.2.3 Протоколи мережевого рівня

2.2.4 Протоколи транспортного рівня

2.2.5 Протоколи сеансового рівня

2.2.6 Протоколи рівня відображення

2.2.7 Протоколи прикладного рівня

Висновок

Список використаної літератури

Вступ

Сучасній людині важко уявити собі життя без різних засобів зв'язку. Пошта, телефон, радіо та інші комунікації перетворили людство в єдиний “живий” організм, змусивши його обробляти величезний потік інформації. Підручним засобом для обробки інформації став комп'ютер.

У будь якому офісі, де знаходиться два і більше персональних комп'ютера на певному етапі постає питання швидкого і надійного обміну даними, сумісного використання деяких спільних ресурсів таких як принтер, сканер, CD ROM, жорсткі диски, модем і т.д. А, отже, настає необхідність об'єднання ПК у одне ціле обчислювальну мережу.

На початку 80-х років фірма ІВМ випустила перший персональний комп'ютер (ПК), приєднавшись дещо пізніше до напрямку, початого фірмою Аррlе - поширення персональних комп'ютерів. На відміну від терміналів ПК надали користувачам свої власні ресурси. Оскільки ПК могли виконувати завдання, використовуючи власну пам'ять і процесор, то потреба в дорогих центральних процесорах поступово відпала, замість останніх, на кожному робочому місці з'явились обчислювальні потужності, які використовували для опрацювання текстів, аналізу в електронних таблицях і управління даними. Завдяки широкому класу виконуваних задач та швидкому й постійному зменшенню цін персональні комп'ютери знайшли своє місце в маленьких, середніх та згодом великих підприємствах.

З початком використання ПК постала проблема, якої не існувало під час роботи з майнфреймами та міні-комп'ютерами: обмін даними. Архітектура ПК орієнтована на використання ізольованих ресурсів та даних, тому передати свої дані можна було, тільки попередньо скопіювавши їх на дискету.

Минуло зовсім небагато часу і велика кількість компаній у відповідь на побажання своїх клієнтів почали об'єднувати ПК. Так з'явилися перші локальні мережі --LAN (Local Area Network). Було розроблено багато рішень щодо об'єднання ПК у мережу за допомогою додаткової апаратури та програмного забезпечення. З поширенням використання ПК почали об'єднувати в локальні мережі в межах окремих підрозділів або всієї компанії. Потреба в мережах ПК і мережних технологіях з того часу постійно зростає. З розвитком Інтернет настав новий етап еволюції комп'ютерних мереж. До сучасних технологій обміну даними висуваються вимоги:

* максимально можливої швидкості передавання даних;

* забезпечення мінімального рівня помилок, що можуть виникати під час передавання, приймання даних;

* захищеності від зовнішніх впливів, механічних, електромагнітних та інших;

* надійності, зручності використання користувачами.

Комп'ютерна мережа (обчислювальна мережа, мережа передачі даних) - система зв'язку комп'ютерів і/або комп'ютерного устаткування (сервери, маршрутизатори і інше устаткування, канали зв'язку). Для передачі інформації можуть бути використані різні фізичні явища, як правило - різні види електричних, світлових сигналів або електромагнітного випромінювання.

Розрізняють два поняття мережі : комунікаційна мережа і інформаційна мережа.

Комунікаційна мережа призначена для передачі даних, також вона виконує завдання, пов'язані з перетворенням даних. Комунікаційні мережі розрізняються за типом використовуваних фізичних засобів з'єднання.

Інформаційна мережа призначена для зберігання інформації і складається з інформаційних систем. На базі комунікаційної мережі може бути побудована група інформаційних мереж.

Під інформаційною системою слід розуміти систему, яка є постачальником або споживачем інформації. Іншими словами - об'єкт, здатний здійснювати зберігання, обробку або передачу інформація. До складу інформаційної системи входять: комп'ютери, програми, користувачі і інші складові, призначені для процесу обробки і передачі даних. Надалі інформаційна система, призначена для вирішення завдань користувача, називатиметься - робоча станція (client). Робоча станція в мережі відрізняється від звичайного персонального комп'ютера (ПК) наявністю мережевої карти (мережевого адаптера), каналу для передачі даних і мережевого програмного забезпечення.

Мережі розрізняють залежно від розміру охоплюваної території. Невелика територія (кімната, будинок, навчальний клас, установа) звичайно охоплюється локальною обчислювальною мережею--ЛОМ (LAN). Більші території охоплюють регіональні обчислювальні мережі--РОМ та глобальні--ГОМ Internet.

Локальна обчислювальна мережа прив'язана до одного місця (звичайно однієї будівлі чи комплексу різних будівель) й об'єднує комп'ютерні системи та периферійні пристрої (накопичувачі на жорстких дисках, стримери, принтери та ін.) у групи, що розподіляють дані та периферійні пристрої. Переваги ЛОМ--велика швидкість передавання даних, низький рівень помилок і використання дешевого середовища обміну даними.

Регіональна обчислювальна мережа охоплює ціле місто (район) і є найновішою. Найбільше спільного вона має з ЛОМ, але за багатьма параметрами складніша і комплексніша. Наприклад, додатково до підтримки обміну даними і голосового обміну РОМ може передавати відео- та інші типи інформації. При цьому на відміну від ЛОМ інформація передається на істотно більші відстані. Її можна використовувати також для об'єднання кількох ЛОМ у високошвидкісні інтегровані мережеві системи. РОМ поєднують кращі характеристики ЛОМ (низький рівень помилок, висока швидкість передавання інформації) із більшим географічним охопленням.

Глобальна обчислювальна мережа Ця мережа охоплює великі регіони, області, країни. Комунікації у ГОМ проводять за допомогою телефонних ліній, супутникового зв'язку чи наземних радіорелейних або інших мікрохвильових систем. ГОМ часто створюють шляхом об'єднання ЛОМ і РОМ. Об'єднання ізольованих ЛОМ і РОМ у форму ГОМ є основною сучасною тенденцією в галузі мереж.

У комп'ютерній мережі у вузлах мереженої структури знаходяться комп'ютери, з'єднані між собою за допомогою провідникових чи волоконно - оптичних ліній або бездротовими засобами зв'язку.

Обмін інформацією в мережах здійснюється на основі мережених протоколів. Мережений протокол являє собою сукупність правил, які дозволяють комп'ютерам, що підключені до мережі, «розуміти» один одного та обмінюватися між собою даними. Існує багато типів мережених протоколів, які розрізняються між собою функціональними можливостями.

комп'ютерний мережа канальний

1. Поняття і призначення комп'ютерних мереж

1.1 Процес передачі даних в комп'ютерній мережі

Масове використання окремих, не взаємозв'язаних комп'ютерів породжує ряд серйозних проблем: як зберігати використовувану інформацію, як зробити її загальнодоступною, як обмінюватися цією інформацією з іншими користувачами, як спільно використовувати дорогі ресурси (диски, принтери, сканери, модеми) декільком користувачам. Рішенням цих проблем є об'єднання комп'ютерів у єдину комунікаційну систему - комп'ютерну мережу.

Комп'ютерна мережа - це система розподіленої обробки інформації між комп'ютерами за допомогою засобів зв'язку.

Комп'ютерна мережа являє собою сукупність територіально рознесених комп'ютерів, здатних обмінюватися між собою повідомленнями через середовище передачі даних.

Передача інформації між комп'ютерами відбувається за допомогою електричних сигналів, які бувають цифровими та аналоговими. У комп'ютері використовуються цифрові сигнали у двійковому вигляді, а під час передачі інформації по мережі - аналогові (хвильові). Частота аналогового сигналу - це кількість виникнень хвилі у задану одиницю часу. Аналогові сигнали також використовуються модеми, які двійковий ноль перетворюють у сигнал низької частоти, а одиницю - високої частоти.

Комп'ютери підключаються до мережі через вузли комутації. Вузли комутації з'єднуються між собою канали зв'язку. Вузли комутації разом з каналами зв'язку утворюють середовище передачі даних. Комп'ютери, підключені до мережі, у літературі називають вузлами, абонентськими пунктами чи робочими станціями. Комп'ютери, що виконують функції керування мережею чи надають які-небудь мережеві послуги, називаються серверами. Комп'ютери, що користуються послугами серверів, називаються клієнтами.

1.2 Апаратна реалізація передавання даних

Кожен комп'ютер, підключений до мережі, має ім'я (адресу). Комп'ютерні мережі можуть обмінюватися між собою інформацією у вигляді повідомлень. Природа цих повідомлень може бути різна (лист, програма, книга і т.д.). У загальному випадку повідомлення по шляху до абонента-одержувача проходить декілька вузлів комутації. Кожний з них, аналізуючи адресу одержувача в повідомленні і володіючи інформацією про конфігурацією мережі, вибирає канал зв'язку для наступного пересилання повідомлення. Таким чином, повідомлення “подорожує” по мережі, поки не досягає абонента-одержувача.

Для підключення до мережі комп'ютери повинні мати:

апаратні засоби, що з'єднують комп'ютери із середовищем передачі даних;

мережеве програмне забезпечення, за допомогою якого здіснюється доступ до послуг мережі.

У світі існують тисячі різноманітних комп'ютерних мереж. Найбільш істотними ознаками, що визначають тип мережі, є ступінь територіального розсередження, топологія і застосовані методи комутації.

1.3 Класифікація комп'ютерних мереж

В залежності від принципу побудови мережі розрізняють локальні та глобальні мережі. Локальні мережі призначені для використання в межах одного приміщення чи однієї організації. Глобальні ж мережі створюються для з'єднання комп'ютерів, що розташовані на значних відстанях один від одного. Локальні мережі поділяються на однорангові та багаторангові. В однорангових мережах всі користувачі мають однакові права. Користувачі такої мережі можуть здійснювати обмін даних між собою, використовувати спільні ресурси (принтери, диски і т.д.) Прикладом такої мережі може служити мережа на базі операційної системи Wіndows`95.

Багаторангова мережа відрізняється від однорангової тим, що в ній використовується один або декілька (у випадку використання великої кількості робочих місць) більш потужних комп'ютерів, які називаються сервером. Всі інші комп'ютери такої мережі називаються робочими станціями. Сервер призначений для керування роботою мережі, збереження загальної інформації. Перевагою мереж такого типу є можливість здійснювати керування правами користувачів такої мережі.

Однак локальні мережі не можуть повністю задовольнити всі потреби в обміні інформацією між комп'ютерами. Локальні мережі різних установ можна з'єднувати між собою за допомогою каналів зв'язку (телефонного, радіорелейного, супутникового та ін.), тим самим, утворюючи розподілені обчислювальні системи і мережі різного призначення. Головне призначення глобальних мереж - використання різноманітних інформаційних ресурсів користувачами з різних організацій, міст, країн. Глобальні мережі поділяються на регіональні та міжнародні. Регіональні мережі призначені для використання користувачами певного регіону. В Україні існує декілька мереж регіонального призначення - УкрПак, мережа податкової адміністрації, залізниці, УМВС та інш. Глобальні мережі мають користувачів у всьому світі. Існує декілька загальновідомих всесвітніх мереж. Це такі мережі як: FіdoNet, ІnterNet, EuroNet, система міжбанківських розрахунків SWFІT. Широке розповсюдження отримала в країнах колишнього Радянського Союзу мережа RelCom. Однак найвідомішою з них є всесвітня мережа ІnterNet - найбільша глобальна комп'ютерна мережа, що зв'язує десятки мільйонів абонентів у більш як 170 країнах світу.

2. Базові протоколи комп'ютерних мереж

2.1 Семирівнева модель комп'ютерних мереж

Розбиття на рівні, або рівнева архітектура, є формою функціональної модульної, яка є центральною при проектуванні сучасних цифрових систем передачі даних. Поняття функціональної модульної (але, можливо, не сам термін) таке ж старе, як і техніка. Надалі слово модуль використовується для позначення як пристрою, так і процесу в деякій обчислювальній системі. Важливо, що модуль виконує деяку виділену функцію. Розробники модуля повинні глибоко розуміти внутрішні деталі і роботу цього модуля. Проте той, хто використовує цей модуль як компонент при побудові складнішої системи, вважатиме його «чорним ящиком», тобто користувача цікавлять входи, виходи і особливо функціональний зв'язок виходів з входами, а не внутрішня робота модуля. Таким чином, чорний ящик -- це модуль, який описується характеристикою вхід-вихід. Він може використовуватися разом з іншими чорними ящиками для побудови складнішого модуля, який знову розглядатиметься на вищих рівнях як великий чорний ящик.

Basic Reference Model (базова еталонна модель) - модель мережевої архітектури, становляча методичну основу сучасних інформаційних систем. Розроблена в 1977-1984 рр. і закріплена стандартом Міжнародної організації стандартів (International Standards Organization - ISO). Визначає принципи взаємодії відкритих систем (Open Systems Interconnection - OSI). Цю модель скорочено називають також моделлю ISO/OSI. Будується у вигляді багаторівневої ієрархічної структури, що включає в загальному випадку сім рівнів взаємодії з чітко визначеним для кожного з них функціональним призначенням. Ці сім рівнів такі (у порядку розташування від до верху низу):

рівень 1 фізичний (див. Physical layer);

рівень 2 канальний (див. Data link layer);

рівень 3 мережевий (див. Network layer);

рівень 4 транспортний (див. Transport layer);

рівень 5 сеансовий, або рівень сесій (див. Session layer);

рівень 6 рівень представлення (див. Presentation layer);

рівень 7 прикладний (див. Application layer).

Кожен рівень в цій ієрархії взаємодіє з сусідніми, причому нижчі рівні є помічниками верхніх, приймаючи на себе виконання можливо більшого числа допоміжних функцій. Модель ISO/OSI лежить в основі побудови більшості сучасних мереж, зокрема ISDN і Internet.

Physical layer (фізичний рівень) - перший (нижній) рівень семирівневої ієрархічної структури організації області взаємодії відкритих систем моделі OSI (див. Basic Reference Model). Є повністю апаратно-орієнтованим, тобто забезпечує безпосередній взаємозв'язок з середовищем передачі. Призначений для реалізації таких функцій, як встановлення і управління фізичним каналом, реалізовуючи механічні, електричні, функціональні і процедурні аспекти взаємодії з фізичними засобами передачі даних. На фізичному рівні може виконуватися кодування і модуляція сигналу, що передається по каналу. Виконує передачу біт по комунікаційному каналу, забезпечуючи відмінність значень 1 і 0 як таких. Приймає і передає потік біт безвідносно його структури або значення.

Data Link Layer (канальний рівень) - другий рівень багаторівневої ієрархічної структури організації взаємодії відкритих систем моделі ISO/OSI (див. Basic Reference Model). Основними функціями канального рівня є формування кадрів, адресної інформації і управління потоком даних в окремих фізичних каналах. Другий рівень містить два підрівні: верхній - управління логічним каналом (Logical Link Control - LLC), який здійснює перевірку і забезпечення правильності передачі інформації по з'єднанню, і нижній - управління доступом до середовища передачі (Medium Access Control - MAC). На канальний рівень покладаються наступні функції: ініціалізація (обмін службовими пакетами між взаємодіючими станціями, підтверджуючими готовність до передачі даних); ідентифікація (обмін між взаємодіючими станціями службовою інформацією, підтверджуючою правильність з'єднання); синхронізація і сегментація; забезпечення прозорості з'єднання для розташованого вище рівня; управління потоком (забезпечення однакової швидкості передачі і прийому); контроль помилок і запит у разі потреби повторної передачі; обробка збійних ситуацій; завершення роботи каналу (розрив логічного з'єднання); управління каналом (контроль за станом каналу).

Network Layer (мережевий рівень) - третій рівень семирівневої ієрархічної структури взаємодії відкритих систем моделі OSI (див. Basic Reference Model). Мережевий рівень розташований над канальним рівнем (data link layer) і відповідає за доставку інформації адресату. Дані, що пересилаються від відправника до одержувача, можуть досягати адресата по різних каналах (технологія комутації каналів), розділятися на частини (пакети), кожна з яких поступає адресату по різних маршрутах (технологія комутації пакетів). Основні функції мережевого рівня полягають в управлінні адресацією і маршрутизацією даних в мережі. Наприклад, організація передачі пакетів, адресованих різним мережам, по одному фізичному з'єднанню (мультиплексування) і управління потоком (прийом від вищого рівня і передача іншим вузлам).

Transport Layer (транспортний рівень) - четвертий рівень в ієрархічній семирівневій еталонній моделі взаємодії відкритих систем (див. Basic Reference Model). Є вищим з трьох рівнів моделі (канального, мережевого і транспортного), безпосередньо пов'язаних з передачею інформації від одного пристрою до іншого. Основне призначення транспортного рівня - забезпечення якісного сервісу і надійності передачі даних між двома взаємодіючими системами з використанням нижніх рівнів. Наприклад, приймаючи блок даних від верхнього рівня, транспортний рівень розділяє його на пакети, передає їх підлеглому (мережевому) рівню, а на приймальній стороні збирає пакети, що прибувають, в правильному порядку. Тут же відбувається виявлення і виправлення помилок. Транспортний рівень реалізує т.з. крізний процес, забезпечуючи транспортування даних від відправника до одержувача, що є відмітною ознакою протоколів верхніх рівнів.

Session Layer (сеансовий рівень) - п'ятий рівень в ієрархічній семирівневій еталонній моделі взаємодії відкритих систем OSI (див. Basic Reference Model), організуючий способи взаємодії прикладних процесів кореспондентів, що зв'язуються. Встановлення зв'язку, виконуване сеансовим рівнем, включає адресацію і аутентифікацію користувача (обробку імен, паролів і прав доступу). Встановивши зв'язок, сеансовий рівень управляє передачею інформації між прикладними процесами, поставляючи прикладним функціям користувача порції даних за допомогою транспортного рівня.

Presentation layer (рівень представлення) - шостий (у порядку розташування від до верху низу) рівень багаторівневої ієрархічної структури еталонної моделі відкритих систем OSI (див. Basic Reference Model). Представляє інформацію в потрібній формі, тобто вирішує задачі перетворення формату файлів і задачі мережевого інтерфейсу до периферійних пристроїв. На цьому рівні може також виконуватися шифрування даних в цілях забезпечення безпеки при передачі інформації через мережі або стиснення даних.

Application Layer (прикладний рівень рівень) - рівень 7 (верхній) багаторівневої ієрархічної структури організації взаємодії відкритих систем моделі OSI (див. Basic Reference Model). Прикладний рівень є основним, ради якого організовані всі інші. На відміну від функцій нижніх рівнів, залежних від апаратної частини системи, функції прикладного рівня залежать від задач користувача і можуть бути найрізноманітнішими, оскільки реалізують інтерфейс між прикладним програмним забезпеченням і системою зв'язку.

№	Назва рівнів	Призначення
1	Фізичний - physical link	Визначає механічні, електричні, функційні та процедурні характеристики, які описують доступ до фізичних сполучень.
2	Канальний - data link	Канальний рівень призначений для передавання блоків даних через одне фізичне сполучення.
3	Мережевий - network	Мережевий рівень виконує ретранслювання даних через одну або кілька систем, а також забезпечує для транспортного рівня незалежність від методів та засобів комутації, різних маршрутів у фізичних засобах сполучення.
4	Транспортний - transport	Транспортний рівень надає прикладним об'єктам сполучення через усі фізичні засоби мережі незалежно від реальної конфігурації цього сполучення.
5	Сеансовий - session	Протоколи сеансового рівня дають змогу організувати та підтримувати діалогові сеанси між прикладними процесами.
6	Відображення - presentation	Рівень відображення відображає та перетворює дані, якими обмінюються прикладні процеси.
7	Прикладний - application	Протоколи прикладного рівня забезпечують різні форми взаємодії прикладних процесів.

2.2 Функції протоколів кожного рівня

2.2.1 Протоколи фізичного рівня

Фізичний рівень призначений для спряження систем з фізичним середовищем. Він визначає:

Механічні

Електричні

Функційні

Процедурні характеристики, які описують доступ до фізичних сполучень. Фізичне сполучення забезпечує прозорість, тобто передавання довільної послідовності бітів.

Є такі два типи фізичних сполучень для передавання даних:

Двопунктове (point-to-point connection) - це сполучення між двома станціями;

Багатопунктове (multipoint connection) - між трьома і більше станціями.

До типових функцій (сервісів) фізичного рівня відносять:

Передавання блоків даних.

Індикація спотворень під час передавання. Спотворення можуть виникнути, коли дві або більше станцій передають інформацію одночасно.

Контроль часу передавання кадру. Виконують для усунення збоїв, спричинених появою необмеженої послідовності бітів. Для цього фізичний рівень перериває передавання, якщо воно триває понад 150 мс.

Автоузгодження швидкості передавання. Сервіс автоузгодження швидкості передавання на фізичному рівні дає змогу пертнерам зв'язку обмінятися інформацією про технології та швидкості передавання, які вони підтримують, та вибрати прийнятний варіант передавання.

У сучасних локальних мережах архітектуру фізичного рівня поділяють на підрівні, кожен з яких виконує визначений набір функцій. Наприклад, для мережі 10 Gigabit Ethernet (рис.2.5) є такі підрівні та інтерфейси:

Інтерфейс 10GМП (10G Media Independent Interface) - стандартний інтерфейс між канальним та фізичним рівнем, який унезалежнює реалізацію обох рівнів;

PCS (Physical Coding Sublayer) - виконує кодування та декодування;

PMA (Physical Medium Attachment) - приєднує до фізичного середовища, перетворює паралельне передавання у послідовне та навпаки, забезпечує синхронізацію передавання;

PMD (Physical Medium Dependent) - передає сигнали у фізичному середовищі, відповідає за характеристики сигналів (такі як амплітуда, частота, форма імпульсів, тощо), виконує підсилення та модуляцію сигналів;

MDI (Media Dependent Interface) - інтерфейс, залежний від середовища, визначає конектори для приєднання до фізичного середовища та їхні характеристики.

За порядком організації передавання на фізичному рівні в КМ визначають моноканали та мережі з ретрансляцією.

Моноканал - це така мережа, у якій фізичне середовище забезпечує одночасне (з точністю до часу поширення сигналу) передавання блоків даних усім приєднаним абонентам.

На відміну від моноканалу, у мережах з ретрансляцією блоки даних приймаються в проміжних вузлах, а потім знову передаються.

2.2.2 Протоколи канального рівня

Канальний рівень призначений для передавання блоків даних через одне фізичне сполучення.

Протокольні блоки даних канального рівня називають кадрами (frames).

На сучасному етапі канальний рівень протоколу розділяють на два підрівні:

керування логічним каналом (Logical Link Control(LLC));

керування доступом до середовища (Media Access Control(MAC)).

Перший забезпечує керування логічним каналом і не залежить від фізичного середовища, а другий - доступ до фізичних з'єднань і залежить від них.

Протоколи МАС часто регламентує організацію передавання у локальних мережах, в яких єдине передавальне середовище розподіляється між багатьма абонентськими системами. Тому, головною функцією МАС - підрівня є забезпечення доступу окремих абонентів до передавального середовища так, щоб перепускна здатність каналу зв'язку була використана ефективно.

Важливою функцією, яка може виконуватися на канальному рівні, є селекція інформації - відбір серед усіх прийнятих блоків тільки тих, які адресовані конкретній системі.

Завданням протоколу LLC - підрівня є забезпечення правильного передавання даних між двома станціями (відправником інформації та її одержувачем) для довільного фізичного середовища передавання. У цьому випадку між об'єктами канального рівня налагоджується “логічний канал”. Весь сервіс передавання забезпечує МАС-підрівень.

Для реалізації свого завдання LLC - протокол може нумерувати кадри та слідкувати за отриманням кадрів у порядку номерів, вимагати повторення передавання спотворених або втрачених кадрів.

Стандарти описують, як звичайно, групу протоколів канального, фізичного рівнів та параметрів передавального середовища, тому що найчастіше ця група протоколів визначає певну технологію передавання, наприклад, Ethernet.

Значну роботу зі стандартизації протоколів канального та фізичного рівнів веде Комітет 802 ІЕЕЕ Міжнародного інституту інженерів-електриків та електроніків. До найбільш відомих стандартів ІЕЕЕ 802 відносять: ІЕЕЕ 802.3 - стандарти технології Ethernet, ІЕЕЕ-802.11 - стандарти безпроводових мереж.

Стандарти ІЕЕЕ 802.1-802.11 продубльовані ISO у стандартах ISO 8802-1 -8802-11.

Приклади технологій канального рівня: Ethernet, FDDI, Bluetooth, Wi-Fi.

2.2.3 Протоколи мережевого рівня

Мережевий рівень виконує ретранслювання даних через одну або кілька систем, а також забезпечує для транспортного рівня незалежність від методів та засобів комутації, різних маршрутів у фізичних засобах сполучення.

Головним завданням мережевого рівня є маршрутизація інформації, тобто відбувається вибирання шляхів передавання блоків залежно від адрес призначення та інших характеристик (таких, як завантаженість або надійність окремих проміжних сполучень). Протокольні блоки даних на мережевому рівні називають пакетами.

Найбільш відомим протоколом мережевого рівня є протокол ІР (Internet Protocol).

Протокол IP (Internet Protocol) входить до складу стека протоколів TCP/IP і є основним протоколом мережевого рівня, що використовується в Інтернет і забезпечує єдину схему логічної адресації пристроїв в мережі і маршрутизацію даних.

Існує декілька версій протоколу IP, що відображають зміну вимог до функцій з розвитком мережі Інтернет. В даний час як стандарт використовується версія 4, хоча поступово запроваджується версія 6. У даній статті розглядаються технологічні рішення стандартної версії 4.

Для виконання своїх функцій протокол визначає свій власний формат пакету. Основними інформаційними полями заголовка пакету є:

-- IP-адреси відправника і одержувача -- призначені для ідентифікації відправника і одержувача (див. IP-адресація);

-- Час життя пакету (Time To Live, TTL) -- визначає час, який IP-пакет може знаходитися в мережі, і призначений для запобігання «захаращенню» мережі пакетами, що «заблукали»;

-- поля, призначені для фрагментації пакетів (див. IP-фрагментація);

-- поля, призначені для управління обробкою пакету (довжина пакету і заголовка, контрольна сума заголовка, тип обслуговування і т.д.).

З погляду протоколу IP, мережа розглядається як логічна сукупність взаємозв'язаних об'єктів, кожний з яких представлений унікальною IP-адресою, званих вузлами (IP-вузлами) або хостами (host). Ключовим тут є слово «логічна», оскільки один і той же фізичний пристрій (комп'ютер, маршрутизатор та ін.) може мати декілька IP-адрес, тобто відповідати декільком вузлам логічної мережі. Звичайно така ситуація виникає, якщо фізичний пристрій має декілька пристроїв передачі даних (мережевих адаптерів або модемів), оскільки для кожного з них повинен бути настроєний як мінімум одна унікальна IP-адреса. Хоча нерідко комп'ютеру (або іншому пристрою), що має один мережевий адаптер або модем, може бути привласнено декілька IP-адрес.

Якщо фізичний пристрій має декілька IP-адрес, то говорять, що воно має декілька інтерфейсів, тобто декілька «логічних підключень» до мережі.

Структура IP -адрес:

Мережа класу A має номери в діапазоні 1 - 126. Під адресу мережі відводиться 1 байт, під адресу вузла - 3 байти.

Мережа класу B має номери в діапазоні 128 - 191. Під адресу мережі відводиться 2 байти, під адресу вузла - 2 байти.

Мережа класу C має номери в діапазоні 192 - 223. Під адресу мережі відводиться 3 байти, під адресу вузла - 1 байт.

Адреса класу D означає особливу, групову адресу. Якщо в пакеті як адреса призначення вказана адреса класу D (перший октет має діапазон 224 - 239), то такий пакет повинні отримати усі вузли, яким присвоєна ця адреса.

Адреси з першим октетом в діапазоні 240 - 247 зарезервовані для майбутнього застосування.

У протоколі IP існує декілька угод про особливу інтерпретацію IP -адресі

Адреса 0.0.0.0 визначає адреса вузла, який згенерував пакет.

IP -адреса з нульовим номером мережі означають поточну мережу. Ці адреси дозволяють спілкуватися хостам власної мережі, не знаючи номера мережі, а знаючи тільки клас мережі.

Адреса 255.255.255.255 використовується для широкомовної передачі в межах власної мережі (limited broadcast).

IP -адреса з певним номером мережі і одиницями в номері вузла використовується для широкомовної передачі в межах певної мережі (broadcast).

Адреса 127.0.0.1 зарезервована для організації зворотного зв'язку при тестуванні роботи програмного забезпечення вузла без реальної відправки пакету по мережі. Ця адреса має назву loopback.

Окрім IP -адрес, хости ідентифікуються доменними (символьними) іменами, легшими для запам'ятовування і відбиваючими логічну структуризацію мережі і, часто, функціональне призначення того або іншого хоста. Домен - це безліч хостів, об'єднаних в логічну групу. Доменне ім'я складається з символьних полів, розділених точками.

Для відображення доменного імені на IP -адрес використовується DNS (Domain Name System) - доменна служба імен. DNS - це розподілена база даних, підтримувальна ієрархічну систему імен для ідентифікації вузлів в мережі Internet. Служба DNS призначена для автоматичного пошуку IP -адреса по відомому символьному імені вузла. Специфікація DNS визначається стандартами RFC 1034 і 1035. DNS вимагає статичної конфігурації своїх таблиць, що відображують імена комп'ютерів в IP -адрес.

2.2.4 Протоколи транспортного рівня

Транспортний рівень надає прикладним об'єктам сполучення через усі фізичні засоби мережі незалежно від реальної конфігурації цього сполучення. Таке сполучення називають наскрізним.

Сполучення, гарантоване транспортним рівнем, повинно бути прозорим, тобто не залежати від кодів інформації вищих рівнів. Для ефективнішого передавання даних на транспортному рівні є кілька класів сервісу, які відрізняються параметрами - перепускною здатністю, часом передавання, часом налагодження з'єднання, допустимою ймовірністю помилок.

Транспортний рівень не тільки дає змогу вибрати певний клас сервісу, а й поновлює блоки даних, втрачені на першому-третьому рівнях. У випадку відмови сполучення на мережевому рівні він налагоджує інше мережеве сполучення.

Приклади транспортних протоколів: TCP, UDP.

Протокол TCP (Transmission Control Protocol - протокол управління передачею) є надійним протоколом на основі з'єднань, що дозволяє без помилок доставляти байтовий потік з однієї машини на будь-яку іншу машину об'єднаної мережі. Він розбиває вхідний потік байт на окремі повідомлення і передає їх міжмережевому рівню (протоколу IP). На пункті призначення одержуючий TCP -процесс відновлює з отриманих повідомлень вихідний потік. Крім того, TCP здійснює управління потоком, щоб швидкий відправник не завалив інформацією повільного одержувача. Щоб ідентифікувати окремі потоки даних, підтримувані протоколом TCP, останній визначає ідентифікатори портів (16-бітова адреса). Номери портів нижче 1024, звані популярними портами, зарезервовані за стандартними службами. Наприклад, служба передачі файлів використовує порт 21, передачі гіпертексту - 80 порт Оскільки ідентифікатори портів вибираються кожною програмою протоколу TCP незалежно, то вони не будуть унікальні. Щоб забезпечити унікальність адрес для кожної програми протоколу TCP, ми об'єднуємо той, що ідентифікує цю програму Internet адреса і ідентифікатор порту. В результаті отримуємо сокет, який буде унікальний в усіх локальних мережах, об'єднаних в єдине ціле. З'єднання повністю визначається парою сокетів на своїх кінцях. Протокол UDP (User Data Protocol - призначений для користувача протокол даних) є ненадійним протоколом без встановлення з'єднання. Цей протокол надає прикладній програмі процедуру для посилки повідомлень іншим програмам, причому механізм протоколу мінімальний. Протокол UDP орієнтований на транзакції, отримання дейтаграмм і захист від дублювання не гарантовані.

2.2.5 Протоколи сеансового рівня

Взаємодія прикладних процесів у комп'ютерній мережі відбувається у формі окремих діалогів - сеансів. Кожен сеанс має такі властивості:

Сеанс має початок та кінець;

Під час сеансу зберігаються та використовуються дані, що характеризують цей сеанс. Інколи говорять, що сеанс має пам'ять.

Наприклад, сеансом можна вважати роботу користувача за комп'ютером. Сеанс починається, коли користувач реєструється у системі. Ім'я та пароль користувача використовують для аутентифікації і подальшого визначення та обмеження прав доступу при спробі звернутися до того чи іншого мережевого ресурсу. Сеанс закінчується, коли користувач виходить з системи, або виключає комп'ютер.

Протоколи сеансового рівня дають змогу організувати та підтримувати діалогові сеанси між прикладними процесами.

Процеси налагодження та розірвання сеансу значно відрізняються залежно від реалізації. У найпростішому випадку для налагодження сеансу достатньо пари пакетів Запит сполучення та Підтвердження сполучення, а для розірвання - Запит розірвання та Підтвердження розірвання. У складніших ситуаціях потрібна процедура, яка підтверджує, що запит іде від повноважного користувача, та дає змогу задати параметри обміну.

Під час сеансу протокол керує використанням мережевих ресурсів. Він може, наприклад, тимчасово заблокувати доступ до мережевого ресурсу для інших сеансів.

Важливим завданням сеансу є підтримка живучості сеансу - запобігання втраті сеансових даних у випадку збоїв. Це завдання вирішується періодичним записом на диск інформації (т. зв. контрольних точок) яку можна використати для відновлення стану системи та сеансу. У випадку виникнення збою можливе повернення на контрольну точку - поновлення системи з останньої збереженої контрольної точки.

Якщо природа збою така, що зберегти або відновити сеанс неможливо, то завданням протоколу сеансового рівня є забезпеченя коректного згортання сеансу, при якому всі кешовані дані будуть записані у постійну пам'ять, а всі працюючі застосування та операційна система коректно завершить роботу.

Функції протоколів сеансового рівня часто є реалізованими окремими компонентами мережевих ОС.

2.2.6 Протоколи рівня відображення

Рівень відображення відображає та перетворює дані, якими обмінюються прикладні процеси. Рівень відображення призначений для того, щоби спосіб відображення даних в окремих комп'ютерах не впливав на формат даних у мережі. Кожна інформація, яку формує прикладний рівень для передавання, має два аспекти - семантику і синтаксис. Семантика описує зміст повідомлення і є незмінною. На рівні ж відображення відбувається перетворення синтаксису.

Протоколи рівня відображення виконують велику кількість різноманітних функцій, а саме:

Вибір (узгодження між прикладними процесами) потрібної форми відображення даних;

Перетворення даних (кодів, форматів);

Шифрування.

Прикладами протоколів відображення є MPEG, JPEG.

2.2.7 Протоколи прикладного рівня

Протоколи прикладного рівня забезпечують різні форми взаємодії прикладних процесів. Через велику різноманітність форм та потреб прикладних процесів у взаємодії існує велика кількість протоколів прикладного рівня.

Приклад протоколів прикладного рівня:

ftp - протокол для передавання файлів;

http - протокол для передавання гіпертекстових даних;

smtp - протокол електронної пошти;

snmp - протокол для мережевого керування.

Протокол HTTP (Hypertext transfer protocol - протокол передачі гіпертексту) є представником протоколів Інтернет прикладного рівня. Цей протокол працює відповідно до моделі клієнт/сервер. При виконанні роботи два мережеві процеси працюють разом, пересилаючи один одному інформацію. При цьому один процес, що є ініціатором діалогу, є клієнтом. Процес, очікуючий запиту і оброблювальний запити клієнтів, є сервером.

Протокол HTTP - це протокол запитів/відповідей. Клієнт посилає запит серверу, який його обробляє і посилає відповідь. HTTP -з'єднання зазвичай відбувається шляхом TCP/IP -з'єднань. Заданий за умовчанням порт - 80, хоча може використовуватися і інші порти.

Таким чином, відповідно до моделі стека протоколів Інтернету, прикладна програма, що використовує протокол HTTP, повинна за певними правилами (вони будуть розглянуті нижче) сформувати запит, по протоколу TCP встановити з'єднання, передати серверу сформований запит, отримати по протоколу TCP відповідь, оформлену за правилами протоколу HTTP.

Оскільки протокол HTTP і інші протоколи прикладного рівня використовують поняття URI (Uniform Resource Identifier - універсальний ідентифікатор ресурсу), розглянемо детальніше, як він визначається. Заздалегідь помітимо, що нині поняття URI практично співпадає з поняттям URL (Universal Resource Locator - універсальна адреса ресурсу).

URI складається з наступних частин: тип, ім'я вузла (домена), номер порту, шлях, рядок запиту і ідентифікатор фрагмента.

Тип - є протокол (це може бути також ftp, https).

Вузол - ідентифікує машину. Це може бути або доменне ім'я, або IP -адрес.

Порт - номер порту, по якому проходить робота протоколу. Може не вказуватися. У такому разі мається на увазі стандартний порт, використовуваний протоколом (80 для HTTP).

Шлях - є місце розташування запитаного ресурсу. Залежно від налаштувань цей шлях може відповідати деякому шляху на сервері, але може і не відповідати.

Запит - у разі використання сценаріїв в рядку запиту можуть передаватися параметри в сценарій. Є набір пар ім'я/значення. Пари розділяються знаком &, а ім'я і значення розділяються знаком =.

Фрагмент - вказує на певний розділ ресурсу.

URI може не містити рядка запиту і ідентифікатора фрагмента.

Для URI не має значення регістр букв (нечутливий до регістра).

URI може бути абсолютним і відносним. Абсолютний URI завжди починається з типу протоколу. Приклад абсолютного URI показаний вище. Відносний URI, без імені протоколу або номера порту, може містити повні шляхи (завжди вказуються з кореневого каталогу і починаються зі знаку слеша /) або відносні шляхи (починаються з символа, що відрізняється від /).

Висновок

Комп'ютерна мережа - об'єднання декількох ЕОМ для спільного вирішення інформаційних, обчислювальних, навчальних та інших завдань.

Основне призначення комп'ютерних мереж - спільне використання ресурсів і здійснення інтерактивного зв'язку як усередині однієї фірми, так і за її межами.

Народження комп'ютерних мереж було викликано практичною потребою - мати можливість для спільного використання даних. Персональний комп'ютер - прекрасний інструмент для створення документа, підготовки таблиць, графічних даних та інших видів інформації, але при цьому немає можливості швидко поділитися своєю інформацією з іншими.

Локальна комп'ютерна мережа - це сукупність комп'ютерів, з'єднаних лініями зв'язку, що забезпечує користувачам мережі потенційну можливість спільного використання ресурсів всіх комп'ютерів. З іншого боку, простіше кажучи, комп'ютерна мережа - це сукупність комп'ютерів і різних пристроїв, що забезпечують інформаційний обмін між комп'ютерами в мережі без використання будь-яких проміжних носіїв інформації.

Глобальна обчислювальна мережа (ГВС або WAN - World Area NetWork) - мережа, що з'єднує комп'ютери, віддалені географічно на великі відстані один від одного. Відрізняється від локальної мережі більше протяжними комунікаціями (супутниковими, кабельними та ін). Глобальна мережа об'єднує локальні мережі.

Internet - глобальна комп'ютерна мережа, що охоплює весь світ. Фактично Internet складається з безлічі локальних і глобальних мереж, що належать різним компаніям і підприємствам, зв'язаних між собою різними лініями зв'язку.

При організації і експлуатації мережі важливими вимогами при роботі являються наступні:

продуктивність;

надійність і безпека;

розширюваність і масштабованість;

прозорість;

підтримка різних видів трафіку;

керованість;

сумісність.

Загалом мережні технології забезпечують скорочення витрат і підвищення продуктивності роботи, що є основним фактором їх поширення.

Існування та функціонування мереж визначається протоколами і стандартами.

Протокол -- це сукупність правил (визначень, домовленостей), які регламентують формат і процедури обміну інформацією між двома або більшою кількістю незалежних пристроїв чи процесів. Іншими словами, протокол -- це опис того, як програми, комп'ютери або інші пристрої мають функціонувати у процесі взаємодії між собою -- від порядку передавання бітів до формату повідомлень електронної пошти.

Створення протоколів диктується необхідністю організації повноцінної взаємодії технічних і програмних засобів різних вузлів мережі. З'єднати два комп'ютери кабелем -- цього ще замало, аби забезпечити комунікації: кожен учасник зв'язку надсилатиме повідомлення, які не будуть зрозумілі одержувачам. Такий процес можна порівняти із засіданням, де немає головуючого і всі учасники говорять водночас, та до того ж різними мовами без перекладача. Із цього погляду, протокол, затверджений як стандарт, містить правила, дотримуватись яких неодмінно мають розробники мережного технічного та програмного забезпечення.

Список використаної літератури

1. Болілий В.О., Котяк В.В. Комп'ютерні мережі. Навчальний посібник. - Кіровоград: ЦОП Авангард, 2008.- 146с.

2. Буров Є.В. Комп'ютерні мережі: Підручник. - Львів: “Магнолія плюс”, 2006. - 264 с.

3. Кулаков Ю. А., Омельянский С. В. Компьютерные сети: Выбор, установка, использование и администрирование. -- К.: Юниор, 1999. -- 544 с.

4. Кулаков Ю.О., Луцький Г.М. Комп'ютерні мережі. Підручник. - К.: Юніор, 2003. - 400 с.

5. Курносов А.П. Практикум по информатике/Под ред. Курносова А.П. Воронеж: ВГАУ, 2001.- 173 с.

6. Малышев Р.А. Локальные вычислительные сети: Учебное пособие/ РГАТА. - Рыбинск, 2005. - 83 с.

7. Олифер В.Г, Олифер Н.А. Сетевые операционные системы/ В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. - СПб.: Питер, 2002. - 544 с.: ил.

8. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы /В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. - СПб.: Питер, 2002.- 672 с.: ил.

9. Таненбаум Э. Компьютерные сети. -- СПб.: Питер, 2003

10. Швиденко М.З., Матус Ю.В.. Комп'ютерні мережні технології. / Навч.-метод. посібник. - Київ. - ТОВ “Авета”, - 2008.

11. Швиденко М.З., Матус Ю.В.. Технології комп'ютерних мереж. / Навч.-метод. посібник., Київ - Видавництво ООО “Береста”, - 2007.

Размещено на Allbest.ru