Сетевые технологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Эволюция вычислительных систем. Конвергенция сетей

2. Распределительные системы. Аппаратные и программные компоненты сети

3. Структура компьютерной сети. Классификация компьютерных сетей

4. Взаимодействие компьютеров. Сетевой интерфейс. Алгоритм работы простейшей сети компьютер-периферийное устройство

5. Сетевое программное обеспечение. Сетевые приложения

6. Физическая и логическая структуризация сети

7. Топологии физических связей в компьютерных сетях

8. Многоуровневый подход. Протокол. Интерфейс. Стек протоколов. Понятие открытая система

9. Модель OSI. Назначение сетезависимых уровней

10. Модель OSI. Назначение сетенезависимых уровней. Характеристика транспортного уровня

11. Модель OSI. Передача сообщения по сети. Сетевые устройства в OSI

12. Линия связи. Структурированная кабельная система

13. Сетевые устройства. Сетевые адаптеры

14. Сетевые устройства. Концентраторы

15. Сетевые устройства. Мосты

16. Сетевые устройства. Коммутаторы

17. Сетевые устройства. Маршрутизатор

18. Сетевые устройства. Шлюзы

19. Коммутация каналов

20. Коммутация пакетов



1. Эволюция вычислительных систем. Конвергенция сетей

В 50-х годах появились первые компьютеры для небольшого числа пользователей, которые использовались в режиме пакетной обработки. Такие системы строились на основе мэйн фрэйма (это был мощный компьютер которым выполнялось централизованное вычисление). В 60-х развиваются интерактивные и много-терминальные системы разделения времени. Каждый пользователь получает терминал, вычислительная мощность остаётся централизованной, а функции ввода вывода распределёнными. В этот период был сформулирован закон Гроша.(производительность компьютера была пропорциональна квадрату его стоимости). Предпосылкой к появлению глобальных сетей стали модемы, которые позволили обмениваться данными на большие расстояния в автоматическом режиме. Такие сети позволяют пользователям получать удалённый доступ к распределённым ресурсам мощного компьютера. Затем появились системы где удалённые связи организовывались между компьютерами одного ранга.

Сеть Apronet объединяла компьютеры разных типов работающих под управлением различных операционных систем с дополнительными модулями реализующими коммуникационные протоколы. В начале 70-х появились интегральные микросхемы. Их небольшая стоимость и функциональная насыщенность привели к появлению мини компьютеров (закон Гроша перестал действовать).

Локальные сети - это объединение компьютеров небольшого количества на небольшие расстояния.

Сетевая технология - это согласованный набор программных и аппаратных средств, а также механизмов передачи данных по линии связи достаточной для построения вычислительной сети.

Только к 80-м годам утвердили стандартные технологии объединения компьютеров в сеть. Ethernet, Token, Ring, FDDI. Они в 90-х были в лидерах среди локальных сетей семейства Ethernet. Достоинства:

- простые алгоритмы работы

- низкая стоимость оборудования

- широкий диапазон иерархии скоростей

- технологии Ethernet близки к друг другу по принципу работы, что упрощает обслуживание и интеграцию этих сетей.

В конце 80-х годов отличия между локальными и глобальными сетями проявлялись весьма отчётливо. Постепенно различия сглаживались за счёт передачи на цифровой платформе и волоконно-оптических линий связи. Большой вклад в сближение внёс протокол IP. В настоящее время этот протокол работает поверх локальных и глобальных технологий объединения различных сетей в единую.

Конвергенция - это процесс сближения, схождения.

В настоящее время наблюдается конвергенция между локальными и глобальными компьютерными сетями. Использование глобальных сетей в качестве связующей среды между локальными сетями привела к значительному взаимопроникновению соответствующих технологий.

Сближение в методах передачи данных происходит на основе цифровых методах по волоконно-оптическим линиям связи без дополнительного преобразования сигнала (модуляции) как в локальных, так и глобальных сетях. В локальных сетях в последнее время уделяется такое же большое внимание методам обеспечения защиты информации от несанкционированного доступа, как и в глобальных сетях. Защита локальных сетей часто строится на тех же методах - шифрование данных, аутентификация и авторизация пользователей.

С каждым годом усиливается тенденция сближения компьютеров и телекоммуникационных сетей связи, создание универсальной мультисервисной сети, способной предоставлять услуги компьютерной телекоммуникационной сети. Пакетные методы коммутации в приоритете, они позволяют использовать пропускную способность каналов связи и коммутационного оборудования. Появился новый термин в сети - инфокоммуникационная сеть.

2. Распределительные системы. Аппаратные и программные компоненты сети

Компонентам (вычислительной сети) относят к распределительным системам т.к. осуществляют обработку данных с использованием нескольких центров. К распределенным центрам относят:

1. Мультиплексорные компьютеры (имеют несколько процессоров, каждый из которых выполняет свою программу). Используется общая операционная система для всех процессоров, которая распределяет вычислительную нагрузку между ними через оперативную память.

Достоинства: Производительность, отказоустойчивость.

2. Многомашинная система - это вычислительный комплекс, включающий в себя несколько компьютеров, каждый из которых работает под управлением своей операционной системы, а также программных и аппаратурных средств связи компьютеров, которое обеспечивает работу все компьютеров как единое целое. Работа систем определяется высокоскоростной связью между процессорами, системным ПО, которые предоставляет пользователю прозрачный доступ к ресурсам всего комплекса.

Достоинства: производительность и отказоустойчивость.

3. Компьютерная сеть - в данной вычислительной системе связь между программными и аппаратурными средствами слаба, основной элемент данной сети компьютер ю Каждый компьютер работает под управлением своей операционной системы. Связь между ними осуществляется через адаптеры и каналы связи. Компьютеры имеют доступ к ресурсам друг друга. Различают 2 основных модуля: модуль в режиме ожидания запрос-сервер; модуль, работающий в режиме обработке запрос-клиент.

Основные программные и аппаратные комплекты вычислительной сети

Вычислительная сеть - комплекс, взаимосвязанных и особо функционирующих программных и аппаратурных средств.

Аппаратное обеспечение: компьютер, различные классовые принадлежности, коммутационное оборудование (маршрутизатор, кабель и т.д.) - представляет собой специальный мультиплексор, который может конфигурировать, администрировать.

Программное обеспечение: операционная система - эффективная работа сети зависит от ОС, в основу которой положено управление локальными и распределительными ресурсами сети; сетевые приложения - определяют диапазон возможностей для различных приложений.

3. Структура компьютерной сети. Классификация компьютерных сетей

Структура вычислительной сети . ВС представляет собой трех вложенные подструктуры:

- Сеть компьютеров. Представляет собой совокупность компьютеров и средств связи, обеспечивающих взаимодействие между собой.

- Сеть серверов. Выполняют общие задачи управлению сетью компьютеров и предоставление услуг вычислительной сети. Сеть серверов - совокупность серверов и средств связи, обеспечивающих подключение к базовой сети передач данных.

- Базовая сеть. Совокупность средств передачи данных, которая состоит из каналов связи и узлов связи. Узел связи - совокупность средств коммутации и передачи данных в одном пункте. Он принимаем данные поступающие по каналам связи и передает данные по каналам, ведущим к абоненту. Классификация:

1) по территориальному признаку: Региональные(MAN), Локальные(LAV), глобальные(WAN)

Городские сети(MAN) предназначены для обслуживания территории крупного города, включают в себя признаки как локальных, так и глобальных сетей. От локального унаследовали большую плотность и высокоскоростные линии связи, а от глобальных - высокую протяженность линии связи.

Для обеспечения быстрой передачи больших объемов информации в рамках глобальных и региональных сетей используются опорные сети

2) по способу управления:

- многоуровневый принцип организации связи( иерархический уровень)

- одноуровневый принцип организации связи(одноуровневые схемы)

3) по назначению:

- общего (сети, которые предоставляют одни и те же услуги , соединения)

- специального

4) среда передачи: беспроводное(радио, спутники) или кабельное( медные, оптические)

5) подключение компьютера к сети

Для подключения компьютера к сети используется плата сетевого адаптера, такие компьютеры называются с жесткой логикой соединения.

Для подключения ка отдельного компьютера , так и сервера локальной сети к линиям связи используют модем, вследствие чего создаются компьютерные сети с коммутаторной логикой подключения.

6)по способу коммутации:

- коммутация пакетов, техника коммутации пакетов, допуская несколько способов продвижения пакетов: дейтограммные сети , основанное на локальном соединении, основанные на виртуальных каналах.

- Коммутация каналов, допускается 2 способа соединения:

А)жесткая логика соединения

Б)программируемая логика соединения

7)по признаку первичности сетей:

- Первичные, гибкая среда для создания физических каналов связи

- Наложенные сети, строятся на основе первичных «накладывающийся» поверх этих сетей.

8) по типу пользователей:

- Сети операторов связи, предоставляющие публичные услуги оборудования оперативного класса отражающие высокоскоростные показатели надежности, управляемости и производительности.

- Корпоративная связь, предоставляет услуги только сотрудникам предприятия, которые выделяются этой сетью(локальные, глобальные)

9)в зависимости от функциональной роли в составе сети:

- Сети доступа- это сеть, предоставляющая доступ к индивидуальной корпорации абонемента от их помещений до 1 помещения оператора сети связи или оператора корпоративной сети

- Магистральные сети, представляют собой наиболее скоростную часть глобальной сети доступа в единую сеть.

- Сети агрегированного трафика- это сети агрегирующие данные от многочисленных сетей доступа для компактной передачи их по небольшому числу каналов связи в магистраль.

4. Взаимодействие компьютеров. Сетевой интерфейс. Алгоритм работы простейшей сети компьютер-периферийное устройство

Интерфейс - определенная логическая и/или физическая граница для взаимодействия независимых объектов.

Интерфейс задаёт параметры, процедуры и характеристики взаимодействия объектов, выделают физические и логические интерфейсы.

Физ. интерфейс (порт)- определяется набором Эл.связей и характеристик сигналов, и представляет собой разъем с набором контактов.

Лог.интерфейс(протокол)- это набор информационных сообщений определенного формата, которыми обмениваются 2 устройства или 2 программы, а также набор правил, определяющие логику обмена этими сообщениями.

Взаимодействие Пк-переф. устройство (принтер), позволяет управлять работой переф.устройства . Интерфейс реализуется

Со стороны ПК: ИК, драйвер переф.устройства

Со стороны переф.устройства(принтер): контроллер переф. устройства.

Рассмотрим взаимодействие ПК с переф.устройством(принтер):

1. Пусть приложению в какой-то момент времени потребуется вывести на печать данные. Для этого приложение обращается с запросом на выполнение операции ввода/вывода к ОС(операционной системе) . В запросе указывается адрес данных, которых необходимо напечатать(адрес буфера оп) и информацией о том на каком ПУ эту операцию необходимо выполнить.

2. Получив запрос ос запускает программу, драйвер принтера и с этого момента дальнейшие действия по выполнении операции ввода/вывода со стороны ПК реализуются только драйвером принтера и работают под его управлением сетевого адаптера.

3.драйвер принимает опираясь командами понятными контроллеру и в определённой последовательности загружаются коды этих команд и данные, взятые буфера оп в буфер интерфейсной карты принтера, который по-байтно передаёт их по сети .

Интерфейсная карта(ИК) выполняет низкоуровневую работу, не вдаваясь в смысл данных и команд, считая их однородным потоком данных. ИК последовательно передаёт биты в линию связи, представляя каждый бит эл.сигналом.

Закончив работу по печати драйвер принтера сообщает ОС о выполнении запроса, который сигнализирует об этом приложению.

Рассмотрим взаимодействие 2 компьютеров:

Приложение А и Б управляют процессом передачи данных путем обмена сообщениями (формат, последовательность сообщений), т е определенный протокол взаимодействия приложений для выполнения операций данного типа

Приложение А посылает инициирующие сообщения , а приложение Б принимает сообщение и отвечает на него.

А: приложение размещает в буфере оп очередное сообщение или данные и обращение к операции межкомпьютерного обмена данными.

Ос запускает соответствующий драйвер сетевой карты, которая загружается в байты из буфера оп в драйвер сетевой ик. После чего инициирует работу ИК. Сетевая ИК последовательно передаёт биты в линию связи. Биты дополняются стартовым и страховым битом.

Б: сетевая ИК принимает биты, поступающие со стороны внешнего интерфейса и помешает их в собственный буфер комп. Б. После того как получен стоповый бит ИК завершает прием и совершает проверку. Если корректно принята последовательность байтов, драйвер переписывает принятые байты из буфера ИК в буфер оп компьютера Б.

Приложение Б извлекает данные из буфера и преобразует их в соответствии со своим протоколом, или как сообщение, или как данные.

5. Сетевое программное обеспечение. Сетевые приложения

Потребности в доступе к удалённому принтеру может возникнуть у пользователей разных приложений. В этом случае является эффективным подход когда функции доступа исключаются из приложений и оформляются в виде специализированных программных модулей клиентов и сервера печати.

Клиент - модуль, предназначенный для формирования и передачи сообщений запросов к ресурсам удалённого компьютера от разных приложений с последующим приёмом результатов по сети и передачей их соответствующим приложениям.

Серверы - модуль, который постоянно ожидает прихода из сети запросов от клиентов и приняв запрос пытается его обслужить. Один сервер сразу может обслужить несколько клиентов.

Пара «клиент-сервер» представляет собой доступ к конкретному типу ресурсов компьютера через сеть и образует сетевую службу. Каждая служба связана с определённым типом сетевых ресурсов(печать)

Для поиска и просмотра информации в интернете используется веб-служба состоящая из веб-сервера клиентской программы, а разделяемый ресурсом в данном случае веб-сайт. Определённым образом организованный набор файлов, связанный смысловым соотношением информации и хранящуюся на внешнем накопителе веб-сервером.

1)сетевая ОС

ОС - определяет как взаимосвязанный набор системных программ, которые обеспечивают управление ресурсами компьютера, а также предоставляет пользователю удобный интерфейс для работы с компьютером.

Сетевая ОС - называется ОС, которая помимо управления локальными ресурсами предоставляет пользователю и приложениям возможность эффективного и удобного доступа к информационным и аппаратным ресурсам сети.

Удалённый доступ к сетевым ресурсам обеспечивается:

- сетевыми службами(сайт при поиске информации)

- средствами транспортировки сообщений по сети (сетевая карта)

Помимо сетевых служб, сетевая ОС включает: программные, коммутационные, транспортные средства (драйвер). Они выполняют функции: формирование сообщения, разбиения его на части, преобразование имён компьютеров в числовые адреса.

Сетевые службы и транспортные средства могут являться встроенными компонентами ОС или существовать в виде отдельных программных продуктов.

ОС называется одноранговой если позволяет обращаться к ресурсам других компьютеров, но и предоставлять собственные ресурсы. (клиенты и серверы)

ОС которая содержит преимущественно клиентские части сетевых служб называется клиентской.

Сервисная ОС ориентирована на обработку запросов из сети к ресурсам своего компьютера и включает в себя сервисные части сетевых служб.

2) сетевые приложения

Компьютеры подключённые к сети могут выполнять следующие типы приложений:

- локальные (целиком выполнены на компьютере и используют только локальные ресурсы)

-централизованные (целиком выполнены на данном компьютере, но обращается в процессе выполнения к ресурсам других компьютеров)

- распределённые - состоит из нескольких взаимодействующих частей, каждая из которых выполняет какую-то определённую работу по решению задачи, причём каждая часть может выполняться на отдельной компьютерной сети.

Части распределённого приложения взаимодействуют друг на друга используя сетевые службы и транспортные службы операционной системы.

6. Физическая и логическая структуризация сети

В сетях с небольшим числом пользователей используют типовые топологии. Они обладают свойством однородности. Все компоненты такой сети имеют одинаковые права по отношению друг к другу. Такая сеть накладывает следующие ограничения: ограничение на длину линии связи, Ограничение на количество Узлов, ограничение на трафик порождаемый сетью. Для снятия ограничений используют методы структуризации сети и структурообразующее оборудование.

Физическая структуризация. Здесь используется повторитель для физического соединения с целью увеличения сети. Улучшается качество сигнала. Повторитель, которые имеют несколько портов и соединяет несколько физических Узлов, называется концентратором. Таким образом, физическая структуризация - это конфигурация связи, образованная отдельными частями кабеля. Физическая структуризация используются в малых сетях.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пусть по центру использован концентратор. Пусть компьютер один находится в одной подсети с компьютером три и посылает ему данные. Несмотря на разветвлённое физическую структуру, концентраторы распространяют любой кадр по всем её сегментам. Следовательно, кадр посылается от компьютера А к компьютеру С в соответствии с логикой работы концентратора, который будет отправлять этот кадр и другим компьютерам этой сети. В этот момент времени ни один компьютер не сможет передать данные, пока компьютер С не получит адресованный ему кадр. Такая ситуация возникает из-за однородности логической структуры данной сети (общая разделяемая среда). Распространение трафика, предназначенного для компьютеров некоторого сегмента сети (филиала), только в приделах этого сегмента, называется локализацией трафика. Это необходимо для того, чтобы сеть стала "прозрачной".

Под логической структуризации понимается конфигурация информационных потоков между компьютерами сети (мост, коммутатор, шлюз). Логическая структуризация используются в сетях большого и среднего размера, поскольку возникает неоднородность информационных потоков.

Логическая структуризация - это процесс разбиения сети на сегмент с локализированным трафиком. Для логической структуризации используются: мост, коммутатор, маршрутизатор, шлюз.

Мост. Мост делит разделяемую среду передачи на части (сегменты), передавая информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача необходима (если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети, что приводит к изоляции трафика одной подсети от другой, что, в свою очередь, приведёт к увеличению пропускной способности данной сети). Мосты используют для локализации трафика аппаратный адрес компьютера, что затрудняет распознавание принадлежности того или иного компьютера к определённому логическому сегменту. Мост предназначен для деления сейте на сегменты. Он запоминает, через какой порт на него поступал кадр данных от каждого компьютера в сети, и в дальнейшем передаёт кадр, предназначенный для этого компьютера на этот порт. Точных топологий между логическими связями сегментов мост не знает.

Коммутатор. По принципу обработки данных не отличается от моста. Основное отличие - является коммутационным мультиплексором, поскольку каждый его порт оснащён специализированным процессором, который обрабатывает информацию по алгоритму моста не зависимо от процессоров других портов.

Маршрутизатор. Более надёжен и эффективен, чем мост. Изолирует трафик отдельных частей сети друг от друга. Маршрутизаторы образуют логические сегменты посредством явной индексации и могут работать в сети с замкнутым контуром. В этих адресах (явных) имеется поле номера сети, так что все компьютеры, для которых значение этого поля одинаково, принадлежат одному сегменту, называемому подсетью. Маршрутизатор осуществляет выбор рационального пути (маршрута), что повышает надёжность и безопасность сети. Маршрутизаторы способны связывать в единую сеть подсети с разными сетевыми технологиями.



7. Топологии физических связей в компьютерных сетях

Под топологией вычислительной сети понимается конфигурация графа, вершинами которых являются компьютеры или другое оборудование, а рёбрами физические связи между ними. Конфигурация физических связей определяется эл. Соединениями компьютеров между собой.

Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами, образуясь путём соотв настройки коммутационного оборудования.

Топологии бывают: полносвязные и неполносвязные. Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер сети соединен со всеми остальными.

Плюсы: логическая простота

Минусы: избыточность связей между компьютерами, для которых требуются порты, лс.

Неполносвязные:

1) Ячеистая - получается из полносвязной путём удаления некоторых возможных связей. В ней соед только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен. Для обмена данными между компьютерами несоединенными прямыми связями, используется транзитный компьютер.

2) Общая шина - информация передаётся в обе стороны. Из-за особенности распространения эл. Сигналов по длинным линиям связи предусматривается включение на концах шины спец. Устройств - терминаторов. Достоинства: низкая стоимость проводки кабеля, унифициранное подключение разных модулей с компьютеров, что даёт лишь доступ к среде, отказ одного из компьютеров не влияет на работу сети в целом.

Недостатки: низкая надежность, невысокая производительность, т.к. При таком способе данные в каждый момент времени передавать в сеть может только один компьютер.

3) Звезда - каждый компьютер подключается к другому устройству ( коммутатору) в функции которого входят:

- направление передаваемой информации к одному или всем компьютерам в сети. Обмен информации происходит из центрального оборудования, которое более мощное, чем периферия , конфликты невозможны, т.к. Управление централизованное.

Недостатки: отказ центрального компьютера выведет сеть из строя, необходимость покупки доп. Устройства - коммутатора, расход кабеля, ограничение по количеству узлов в сети. Достоинства: коммутатор может выступать в роли интеллект. Фильтра, контролирующую работу в сети.

Существует 2 топологии: активная и пассивная

4) Кольцо - компьютеры последовательно объединены в кольцо, передача информации в котором производится в одном направлении . Каждый из комп передаёт информацию только одному компьютеру след. В цепочке за ним , а получает от предыдущего. Особенностью кольца является то, что каждый компьютер ретранслирует сигнал. Все компьютеры равноправны. Используются резервные кольца в топологии, чтобы при выходе компьютера из строя или отключения станции не прерывался канал. В кольце, данные сделав оборот возвращается к узлу источнику.

Достоинства: подключение абонентов простое, нет конфликтов.

8. Многоуровневый подход. Протокол. Интерфейс. Стек протоколов. Понятие открытая система

Суть сети - то соединение разнообразного оборудования следовательно возникает проблема их совместимости.

Всё развитие техники отражено в стандартах. В компьютерных сетях основой стандартизации является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. На этом подходе была разработана 7-уровневая модель открытых систем OSI. При решении сложной задачи используется декомпозиция(разделение сложных задач на несколько более простых задач модулей). Процедура декомпозиции включает чёткое определение функций каждого модуля, решающего определённую задачу и интерфейсов между ними. «+» достигается логическим упрощением задачи, и возможностью модификации отдельных модулей без изменения системы. При декомпозиции используется многоуровневый подход. Все модули разбиваются на уровни.

Уровни образуют иерархию, имеются вышележащие и нижележащие уровни. Для выполнения своих задач они обращаются с запросами только к модулям нижележащего уровня. Результаты работы всех модулей принадлежащим к некоторому уровню могут быть переданы только модулям соседнего вышележащего уровня.

Такая иерархическая декомпозиция задачи предполагает чёткое определение функций каждого уровня и интерфейсов между ними.

Интерфейс-определённый набор функций, который нижележащий уровень предоставляет вышележащему. В результате декомпозиции достигается относительная независимость уровней и следовательно лёгкая замена модулей. Модули нижнего уровня решают задачи связанные с надёжной передачей эл. сигналов между двумя узлами. Модули высокого уровня организуют транспортировку сообщений в пределах сети и доступ к службам.

Формализованное правило определяющее последовательность и формат сообщений которыми обмениваются сетевые компоненты лежащие на одном уровне, но в разных узлах называется протоколом.

Модули реализующие протоколы соседних уровней находящихся в одном узле также взаимодействуют друг с другом по определённым правилам и с помощью стандартизированных форматов сообщений, такие правила называются интерфейсами.

Иерархически организован набор протоколов достаточный для организации взаимодействия узлов в сети называется стеком коммутационных протоколов.

Открытая система - любая система, построенная в соответствии с открытыми спецификациями. Спецификация - формализованное описание программы или аппаратных компонентов, способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, условия эксплуатации и ограничений, особых характеристик. Под открытой спецификацией понимают опубликованную спецификацию.

9. Модель OSI. Назначение сетезависимых уровней

В 80-ых годах ряд международных организаций по стандартизации разработали модель OSI, которая определяет различные уровни взаимодействия систем, даёт им имена и указывает функции, которые должен выполнять каждый уровень. Различают 7 уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Система обеспечивает: открытость, гибкость, эффективность управления.

Физический ур.Осуществляет передачу битов по физич. каналам связи. К этому уровню относятся хар-ки физ. средств передачи данных. Также здесь стандартизируются типы разъемов и назначения контактов. Функции физ. ур. реализуются во всех устройствах подключенных к сети(со стороны компьютера функции физического ур. вычисляются сетевым адаптером). Единица измерений поток битов.

Канальный уровень.Обеспечивает прозрачность соединения для сетевого уровня. Для этого имеет функции: установление логического соединения между взаимодействующими узлами; согласование скоростей передатчика и приёмника; обеспечение надежной передачи.

Для решения этих задач канальный уровень формирует единицы данных-кадры, состоящие из поля данных и заголовка.

В сетях, построенных на основе разделяемой среды, выделяется дополнительная функция-проверка доступности среды. Эту функцию выполняет МАС.

Протоколы КУ реализуются как на конечных узлах (средствами сетевых адаптеров и их драйверов) так и на всех промежуточных сетевых устройствах. вычислительный система структуризация компьютер

Рассмотрим работу КУ начиная с момента, когда СУ отправителя передает КУ пакет, а так же указание канальному узлу это передать. Для решения этой задачи КУ создает кадр, который имеет пакет данных.

КУ помещает (инкапсулирует) пакет в поле данных кадра и заполняет соответствующей служебной информацией заголовок кадра . Важнейшей частью заголовка кадра является адрес назначения на основании которого коммутаторы будут передвигать пакет. Одной из задач КУ явл. Обнаружение и коррекция ошибок. Для этого КУ осущ. Фиксирование границ кадра, помещая специальную последовательность битов в его начало и конец, и затем добавляет контрольную сумму. На стороне получатель КУ группирует биты поступающие с ФУ в кадр, снова вычисляет контрольную сумму и сравнивает её с приведенной в кадре (если контрольная сумма совпадает с кадром, то кадр принят правильно, если не совпадает, то ошибка )

Если в сети исп. Разделяемая среда, то прежде чем ФУ начнет передавать данные КУ должен проверить доступность среды. Если разделяемая среда свободна, то кадр передаётся средствами ФУ в сеть, проходит по каналу связи и поступает на ФУ узла назначения.

КУ обычно работает в пределах сети, являющейся одной из составляющих более крупной сети, объединенной протоколами сетевого уровня, адреса с которыми работает протокол КУ используется для доставки кадров только в пределах этой сети, а для перемещения пакетов между сетями примен. адреса СУ. КУ обеспечивает доставку кадров между любыми двумя узлами локальной сети используя определенную топологию связи (общ.шина, кольцо, звезда). В глобальных сетях КУ обеспечивает обмен между двумя компьютерами.

Сетевой уровень. Осуществляет маршрутизацию - считывание адресов и решения путем отправление данных от одного устройства к другому. Служит для образования единой транспортной системы, объединяет несколько сетей причём сети могут использовать различные принципы передачи сообщений между узлами и произв. структурой.

Внутри сети доставка данных обеспечивается КУ, а доставка данных между сетями занимается СУ, который поддерживает возможность произвольного выбора маршрута.

Функции СУ реализуются группой протоколов и специальным устройством - маршрутизатором.

Одной из функции маршрутизатора является физическое соединение сети. Маршрутизатор имеет несколько четных интерфейсов, к каждом из которых может быть подключена сеть.

Маршрутизатор собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на ее основании пересылает пакеты СУ в сеть назначения.

Данные которые необходимо передать через составную сеть поступают на СУ с транспортного уровня. Эти данные снабжаются заголовками СУ и образует пакет.

Заголовок пакета СУ имеет формат независящий от форматов кадра КУ, которые могут входить в суставную сеть и наряду со служебной информацией включать данные об адресе назначения этого пакета.

Для того, чтобы протоколы СУ могли доставлять пакеты любому узлу составной сети. Эти узлы должны иметь адреса уникальные в пределах данной составной сети (сетевые).

Чтобы передать сообщения от отправителя одной сети к получателю другой сети необходимо совершить транзитные передачи.

Маршрут - представляет собой последовательность маршрутизаторов через которые проходит пакет.

Маршрутизация - выбор наилучшего пути.

Для того чтобы передать пакет через очередную сеть, СУ помещает его поле данных кадра соответственной канальной технологии, указывая в заголовке кадра, адрес интерфейса следующего маршрутизатора, т. е. сеть использует свою канальную технологию, доставляет кадр с инкапсулированного в него пакет в него пакет по заданному адресу.

Маршрутизатор извлекает пакеты из прибывшего кадра и после необходимой обработки передает пакет для дальнейшей транспортировки в следующую сеть, предварительно упаковав его в новый кадр КУ (уровня) другой технологии.

10. Модель OSI. Назначение сетенезависимых уровней. Характеристика транспортного уровня

В 80-ых годах ряд международных организаций по стандартизации разработали модель OSI, которая определяет различные уровни взаимодействия систем, даёт им имена и указывает функции, которые должен выполнять каждый уровень. Различают 7 уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Система обеспечивает: открытость, гибкость, эффективность управления.

Транспортный уровень.

Определяет правильность передачи и обеспечивает разделение сети на сегменты. Обеспечивает приложениям им верхним уровням стека (сеансовый, представительский, прикладной) передачу данных с той степенью надёжности, которая им требуется.

Модель OSI определяет 5 классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставления услуг (срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, исправления ошибок и т. д.).

Выбор класса сервиса определяет насколько надёжна сама сеть транспортировки данных, обеспечиваемая 3-мя нижними уровнями. Так если количество каналов передачи связи очень высокое и вероятность возникновения ошибок низкая, то используют облегчённый сервис транспортного уровня (необременённого многочисленными проверками).

Примеры протоколов транспортного уровня: TCP.

Протоколы нижних 4-х уровней называются сетевым транспортом (транспортной подсистемой), так как они полностью решают задачу транспортировки сообщений с заданным уровнем качества в составных сетях с произвольными топологиями и различными технологиями.

Остальные 3 верхних уровня решают задачу предоставления прикладных средств на основании имеющейся транспортной подсистемы.

Сеансовый уровень.

Несет ответственность за установление соединения, протекание соединения и завершение. Обеспечивает упр. диалогом (определение активн. И пасс. стороны), представляет ср-ва синхронизации, которые позволяют вставлять в длинные серии передачи контрольные точки.

Представительный ур.

Имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации не меняя его содержания. За счет данного уровня информ. передаваемая прикладным уровнем одной системы всегда понята прикладному ур. другой системы. Протокол прикладного ур. представляет синтаксические различия в данных, а с помощью ср-в данного уровня преодолеваются эти различия на этом уровне могут выполняться шифрование и дешифрование данных.

Прикладной ур.

Это набор разнообразных протоколов с помощью которых пользователи сети получают доступ к различным ресурсам, а так же организует совместную работу с этими ресурсами. Единица измерения - сообщение примеры протоколов: HTTP, HTP

11. Модель OSI. Передача сообщения по сети. Сетевые устройства в OSI

В 80-ых годах ряд международных организаций по стандартизации разработали модель OSI, которая определяет различные уровни взаимодействия систем, даёт им имена и указывает функции, которые должен выполнять каждый уровень.

Различают 7 уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Система обеспечивает: открытость, гибкость, эффективность управления.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рассмотрим взаимодействие двух компьютеров модели OSI при передаче сообщения. Приложение А обращается с запросом к прикладному уровню. На основании этого запроса ПО прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата: заголовок и поле данных. Заголовок содержит служебную информацию, которую необходимо передать через сеть прикладному уровню компьютера Б, чтобы сообщить ему, какую работу надо выполнить . Поле данных может быть пустым либо содержать какие-либо данные.

После формирования сообщения, прикладной уровень направляет его вниз по стеку на уровень представления. Протокол этого уровня, из информации, полученной из заголовка сообщения из прикладного уровня, выполняет требуемые действия и добавляет к сообщению собственную служебную информацию - заголовок уровня представления, в котором содержатся указания для протокола уровня представления компьютера Б. Сообщение достигает физического уровня, который передает сообщение компьютеру Б.

Когда сообщение по сети поступает на входной интерфейс компьютера Б, оно принимается физическим уровнем и последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, выполняя соответствующие функции, удаляет этот заголовок и передает сообщение вышестоящему уровню.

В модели OSI различают 2 коммуникационных типа протокола: протокол с установлением соединения (перед обменом данными отправитель и получатель должны сначала установить соединение и, возможно, обменяться параметрами), без предварительного установления соединения.

Сетевые устройства и OSI: Повторитель и концентратор - устройства физического уровня. Они принимают сигнал, распознают его, и пересылают сигнал далее во все активные порты. Концентратор объединяет опред. физические сегменты сети в единую разделенную среду, доступ к которой осуществляется в соответствии с протоколом сети.

На канальном уровне физический интерфейс между компьютером и средой передачи организует сетевой адаптер, он вставляется в слот компьютеров или серверов. Мост и коммутатор - устройства второго уровня. Коммутатор - мультипроцессорный мост, способный параллельно продвигать кадры сразу между всеми парами своих портов.

Устройство сетевого уровня - маршрутизатор. Это многофункциональное устройство, в задачи которого входят: построение таблицы маршрутизации, определение маршрута, буферизации, фрагментация и фильтрация поступающих пакетов, поддержка сетевых интерфейсов. Маршрутизатор выбирает наилучший путь следования пакета к получателю.

12. Линия связи. Структурированная кабельная система

Линия связи состоят из физической среды, по которой передаются информационные сигналы.

Состоят: из аппаратуры ПД (необязательно), промежуточной аппаратуры.

Отдельным типом оборудования является ООД (оконечное оборудование данных) DТЕ

АПД (DCE) связывает комп. локальные сети пользователей с ЛС.

Примеры: модемы, адаптеры, работающие на физическом уровне и отвечающие за прием /передачу сигналов в нужной форме.

Промежуточное оборудование используется на линиях большой протяженности и решают 2 задачи:

- улучшение качества передаваемого сигнала, создание канала между двумя абонентами

В глобальных сетях использование промежуточного оборудования для передачи сигнала необходимо.

Также при помощи промежуточного оборудования создается составной канал между двумя абонентами из некоммутируемых отрезков физической среды. В зависимости от типов промежуточной аппаратуры все линии делятся на: аналоговые, цифровые, оптические.

В АЛ аппаратура предназначена для усиления сигналов , которые имеют непрерывный диапазон значений , а для высокоскоростных каналов используется техника FDM-MUX-я.

В ЦЛС передаваемые сигналы имеют конечное число состояний, в следствии чего используется специальная аппаратура (MUX,DMUX,коммутаторы) и работает по TDM.

В оптических ЛС сигналы передаются в виде световой волны. Используется техника мультиплексирования WDM/DWDM.

Особенности физического уровня

1. Передача : симплексная, дуплексная, полудуплексная

2. Взаимодействия: точка-точка ( симплексная, дуплексная, полудуплексная)

Многоточечная: топологии локальных сетей и многоточная

3. Последовательная передача- через один канал и //-ая (много каналов.)

4. Передача сигнала в определенном формате: широкополосный аналог.,узкополостный-дискретный; оптический

5. Синхронная и асинхронная передача. Асинхронная- заголовок; синхронная- одновременно.

6. MUX-ие - TDM, FDM, WDM.

Структурированная кабельная система.

(SCS)Здание-это набор коммутационных элементов, а так же методики их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях. Здание предоставляет собой регулярную структуру .

Структура здания представляет собой структуру его кабельной системы - это коммутатор с помощью которого проектировщик строит нужную ему конфигурацию из стандартных кабелей, соединенных стандартными разъемами и коммутируемых на стандартных кроссовых панелей.

При необходимой конфигурации связи можно изменить (добавить компьютер, добавить коммутирующее устройство).

Наиболее детально на сегодняшний момент разработаны стандарты кабельной системы зданий, при этом иерархичный подход к процессу создания такой кабельной системы , позволяет называть её структурированной.

Типичная иерархия структурной кабельной системы включает: горизонтальные подсистемы, соответствующие этапам здания, они соединяют кроссовые шкафы каждого этажа с центральной аппаратурой здания.

Вертикальные - соединяет кроссовые этапы с центральной аппаратурой зданий.

Кампусов - объединение нескольких зданий с главной аппаратурой всего кампуса(магистраль)

Подсистема кампусов объединяет несколько зданий с главной аппаратурной всего кампуса(магистраль).

Преимущества структурной кабельной системы (СКС):

1) При продуманной организации может стать универсальной средой для передачи компьютерных данных вложенной сети, организация телефонной сети, передачи видеоинформации и др.

2) Позволяет автоматизировать, контролировать , управлять объектами предприятия.

3) Делает более экономичным добавление новых показателей и изменение их мест размещения.

4) Проведение однократной работы по прокладке кабеля с запасом

13. Сетевые устройства. Сетевые адаптеры

Сетевые адаптеры (интерфейсная карта) - организуют физический интерфейс между компьютером и средой передачи. Плата СА состоит из аппаратной части и встроенных программ, записанных в ПЗУ. Эти драйверы (программы) используются на канальном уровне модели OSI. СА вставляется в слот компьютеров (серверов), чтобы обеспечить физическое состояние между компьютером и сетью к соответствующему порту СА, после его установки подключается сетевой кабель.

Функции СА:

1) подготовка данных, поступающих от компьютера к передаче их по сетевому кабелю;

2) передача данных к другому сетевому оборудованию;

3) осуществление преобразований из параллельного в последовательный;

4) при передаче в сеть, завершая преобразование перевода цифровых данных в электрический (оптический) с помощью трансиллеров;

5) управление потоком данных между компьютером и кабельной системой.

СА с драйвером выполняет 2 задачи:

1.) передача кадров, данные передаются из ОЗУ к компьютерам в СА;

Во время обработки в СА данные хранятся в буфере. Формируется кадр - СА, т. Е. делит данные на блоки, добавляет к данным адрес назначения и источника и вычисляет контрольную сумму. Осуществляется преобразование данных из цифрового в электрический (оптический) либо (из параллельного в последовательный) и кодирует данные в соответствии с линейным кодом и передаёт их в кабель. Принимают кадры из физической среды в компьютер в обратном порядке и дополнительно осуществляется выделение сигнала на фоне шума и вычисляет контрольные суммы.

2.) СА характеризуется типом поддерживаемого протокола, производительностью, наличием собственного процессора, типом приёмопередатчика.

Корректность работы СА.

Необходимо правильно установить следующие параметры:

1) прерывание - физическая линия шины компьютера, по которой посылается запрос к центральному процессору на обслуживание.

2) базовый порт ввода-вывода определяет область оперативной памяти компьютера, через которые передаются данные из центрального процессора в адаптер и обратно;

3) базовый адрес памяти - область памяти компьютера, которые используются платой адаптера в качестве буфера для входящих и исходящих кадровых данных;

4) трансиллер - устройство, обеспечивающее физическое и электрическое сопряжение адаптера кабельной подсистемы сети.

14. Сетевые устройства. Концентраторы

Особенности: функция концентратора - это повторение кадра либо на всех портах либо на тех в соответствии с алгоритмом, определенным стандартом, т е концентратор объединяет определенные физические сегменты сети в единую разделенную среду, доступ к которой осуществляется в соответствии с протоколом сети.

Дополнительные функции концентраторов:

1) Автосегментация - способность к отключению части сети из-за:

-ошибок на уровне кадра (если интенсивность прохождения через порт кадров, имеющих ошибки, превышает заданный порог)

множественная коллизия (среда занимается одновременно двумя ПК)

затянувшаяся передача.

2) Поддержка резервных связей. Использование резервных связей определено в некоторых стандартах. Резервные связи должны соединять подключенные порты, чтобы не нарушить логику работу сети в целом.

3) Защита от несанкционированного доступа 2 типа:

- Назначение разрешенных портов концентраторов. В стандартном концентраторе порты адреса не имеют. Админ вручную связывает с каждым портом конц-ра некоторый адрес.

- Шифрование (все станции видят занятость среды кадром информации, но только станция которой этот кадр идет может его принять)

4) Управление по протоколу SNMP (простой протокол управления)

Доп. функции концентратора требуют его конфигурации, т е изменения, которые можно производить локально или через интерфейс.

Виды концентраторов:

1) Пассивный - транслирует полученные кадры на все порты.

2) Активный - транслирует полученные кадры на все порты, проверяет доставку по назначению, отправлены ли данные, анализирует данные перед их трансляцией, пытается восстановить поврежденные кадры. (повышают производительность сети, обеспечивает поиск проблемы)

3) Интеллектуальный - выполняют функции активного и пассивного, представляет возможность управления сетью из центральной точки идентифицировать и исправлять ошибки, позволяет работать с различными устройствами.

Типы конструктивного исполнения:

1) С фиксированным количеством портов - отдельный корпус со всеми элементами. Все порты поддерживают единую среду передачи.

2) Модульный - выполнен в виде отдельных модулей с фиксированным количеством портов, установленных на общей шасси. Шасси имеет внутреннюю шину для объединения нескольких модулей в единый повторитель.

3) Стековые - выполнены в виде отдельного корпуса. Имеют специальные порты для объединения нескольких корпусов в единое устройство.

4) Стеково-модульные - модульные концентраторы, объединенные в стеки.

15.Сетевые устройства. Мосты

Мост локальной сети появился как средство построения сетей на разделяемой среде.

Слова "прозрачность" говорит о том, что мосты и коммут. в своей работе не участвуют, существуют в сети, сетевых адаптеров конечных узлов концентрации, повторителей.

В свою очередь сетевое устройство функционирует не замечая присутствия в сети мостов коммутации.

Мост стоит таблицу на основании на основании пассивного наблюдения за трафиком циркулирующие его сегменты в сети, при этом мост учитывает адреса источников кадров данных поступающих на его порты.

По адресу источника кадра, мост делает выбор о принадлежности узла источника или иному сегменту сети.

Каждый порт моста работает как конечный узел своего сегмента , следовательно - порты не нуждаются в адресах для передвижения кадров, т.к они работают в режиме захвата кадров (все поступающие на порт кадры независимо от их адреса запоминаются на время в буферной памяти).

Мост соединяет два сетевых сегментов сегмента:

Сегмент 1 составляет компьютер подключенный с помощью 1 отрезка кабеля к порту 1.

Исходное состояние мост не знает, о том компьютере с какими адресами подключается к каждому из его портов.

Мост просто передает захваченные детализированные кадры на все свои порты за исключением того порта из которого он пришел.

Отличие моста от повторите является то, что он передает кадр не бит за байтом, а буферизирует его.

Буферизация разрывает логику работы всех сегментов, как единой раздел. среды.

Если мост собирается передать кадр сегмента на сегмент (1-2) он пытается получить доступ к разделяемой среде другого сегмента или 2. По правилам алгоритма доступа.

Одновременно с передачей кадра на все порты мост изучает адрес источника кадра и делает запись о его принадлежности к тому или иному сегменту в своей адресной таблице.

Если все четыре компьютера проявляют активность и посылают друг другу кадры, то полная адресная таблица сети будет состоять из 4 записей по одной на каждый узел.

При каждом поступление кадра на порт моста, он пытается найти кадр в таблице.

Проверяет находится ли компьютеры в разных сегментах, передает кадр с одного сегмента на другой, если компьютеры в разных сегментах передает кадр с 1 сегмента на другой, если показалось что компьютеры в одном сегменте мост удаляется как организация и называется "фильтрацией".

Мост постоянно следит за адресами источника, буферизацию кадров, чтобы автоматически приспосабливается к изменению в сети.

При отключении компьютера от сегмента, с течением времени запись в адресной таблице удаляется.

Кадры с широковещательными адресами как и кадры неизвестными адресами, назначение передается на все порты, такой режим называется "заполнением в сети".

Ограничением функциональных возможностей мостов и коммут. является отсутствие поддерживания петлеобразной конфигурации сети.

16. Сетевые устройства. Коммутаторы

Коммутатор- мультиплексорный мост способный параллельно продвигать кадры сразу между всеми парами своих мостов. Так же коммутатор имеет центральный процессор который координирует работу портов отвечая за построение общей таблицы продвижения поддерживая функции информации и управления коммутатором. Преимущества- высокая производительность и саморегулируемость.

Коммутатор осуществляет отработку кадра когда части его совмещаются во времени .

Несколько этапов его передачи:

1) прием первый байтов кадра процессора входного порта включен прием байтов адреса назначения

2) поиск адреса назначения в адресной таблице коммутатора

3) коммутация матрицы

4) прибытие остальных байтов кадра процессора входного порта

5) прием байтов кадра процессором выходного порта через коммут. матрицу

6) получение доступа к среде процессором выходного кадра

7) передача байтов кадра процессора выходного порта в сеть

Коммутатор может работать в дуплексном и полудуплексном режимах работы. В дуплексном одновременная передача данных передатчиком порта коммутатора и сетевого адаптера коллизией не считается.

Коммутатор называют неблокирующим если он может передавать кадры через свои порты с той же скоростью с которой они на него поступают.

Для обеспечения неблокирующего режима работы коммутатор должен обладать соответствующей производительностью. Для этого все элементы архитектуры коммутатора должны обладать соответствующей производительностью. Для избежания перегрузок используют обратную связь, что сокращает потери и магистральные порты.

Основные характеристики производительности коммутаторов:

1) скорость продвижения кадров

2) скорость фильтрации кадров

3) задержка передачи

4) производительность коммутатора

5) максимальная емкость адресной таблицы

Архитектура коммутаторов.

для ускорения операций коммутации в коммутаторах используют специализированные БИС, также важную роль играют программируемые микросхемы, в которых функции могут программироваться и перепрограммироваться производителями коммутаторов и даже пользователями.