Способы и средства установки и обеспечения связи ЛВС с удаленными абонентами

Размещено на http://www.allbest.ru/

70

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

СПОСОБЫ И СРЕДСТВА УСТАНОВКИ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ СВЯЗИ ЛВС С УДАЛЕННЫМИ АБОНЕНТАМИ

Содержание

Введение

1. Теоретические основы передачи данных в ЛВС

1.1 Общие принципы построения сетей

1.2 Эталонная модель взаимодействия открытых систем OSI

1.3 Способы и средства установки связи ЛВС с удаленными абонентами

1.3.1 Сети на основе телекоммуникационных каналов

1.3.2 Сети на основе каналов кабельного телевидения

1.3.3 Беспроводные сети

2. Подключение удаленных абонентов на примере ЛОИС ЖДстанции

2.1 Характеристика КС объекта

2.2 Постановка задачи

2.3 Техническое решение

Введение

История любой отрасли науки и техники позволяет не только удовлетворить естественное любопытство, но и глубже понять сущность основных достижений в этой отрасли, осознать существующие тенденции и правильно оценить перспективность тех или иных направлений развития. Компьютерные сети появились сравнительно недавно, в конце 60-х годов. Естественно, что компьютерные сети унаследовали много полезных свойств от других, более старых и распространенных телекоммуникационных сетей, а именно телефонных.

В то же время компьютерные сети привнесли в телекоммуникационный мир нечто совершенно новое - неисчерпаемые запасы информации, созданные цивилизацией за несколько тысячелетий своего существования и продолжающие пополняться с растущей скоростью в наши дни. Этот эффект особенно проявился в середине 90-х, во время интернет-революции, когда стало ясно, что возможности свободного и анонимного доступа к информации и быстрому, хотя и письменному общению очень ценятся людьми.

Результатом влияния компьютерных сетей на остальные типы телекоммуникационных сетей стал процесс их конвергенции. Этот процесс начался достаточно давно, одним из первых признаков сближения стала передача телефонными сетями голоса в цифровой форме. Компьютерные сети также активно идут навстречу телекоммуникационным сетям, разрабатывая новые сервисы, которые ранее были прерогативой телефонных, радио и телевизионных сетей - сервисы IP-телефонии, радио- и видеовещания, ряд других. Процесс конвергенции продолжается, и о том, каким будет его конечный результат, покажет будущее.

Многие современные организации используют большое количество компьютеров, зачастую значительно удаленных друг от друга. Если посмотреть на эту проблему с более общих позиций, то вопросом здесь является совместное использование ресурсов, а целью - предоставление доступа к программам, оборудованию и особенно данным любому пользователю сети, не зависимо от физического расположения ресурса и пользователя. Но, наверное, даже более важной проблемой, нежели совместное использование физических ресурсов (принтеров, сканеров, устройств записи компакт-дисков), является совместное использование информации. В наше время любая компания, независимо от ее размеров, просто немыслима без данных, представленных в электронном виде, электронного делового общения с другими компаниями, интернет-коммерции. Эта область сейчас является очень перспективной и быстро развивающейся.

Проблема удаленного доступа актуальна не только для предприятий, но и для частных пользователей:

доступ к удаленной информации (библиотеки, радио, газеты);

общение (электронная почта, чат, IP - телефония);

электронные образовательные программы;

индустрия развлечения и электронная коммерция.

Тема удаленного доступа достаточно широко представлена в литературных и других источниках, но в силу бурного развития Internet технологий и систем телекоммуникаций, особенно беспроводных, постоянно появляются новые способы и средства обеспечения связи.

Целью данной работы, опираясь на изученный теоретический материал, является рассмотрение способов и средств подключения удаленных абонентов на примере системы передачи данных железнодорожного предприятия, выявление достоинств и недостатков.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

изучить принципы построения сетей;

выявить сходства и отличия локальных и глобальных сетей;

раскрыть суть эталонной модели взаимодействия OSI;

описать сетевые устройства;

рассмотреть способы связи удаленных абонентов сети на основе телекоммуникационных технологий;

рассмотреть способы связи удаленных абонентов сети на основе беспроводных сетей.

Данная ВКР состоит из двух глав. В первой главе рассматриваются теоретические основы и принципы обеспечения связи, а также аппаратные и программные средства, протоколы. Дана краткая классификация сетей по радиусу действия и сложности создания и обслуживания, описаны характерные особенности, отличия и сходства локальных и глобальных сетей. Даны определения основным понятиям, описаны основные сетевые устройства. Огромное значение в развитии и в объединении глобальных и локальных сетей является их стандартизация. Поэтому в работе уделено внимание модели, называемой эталонной моделью взаимодействия открытых систем OSI, которая регламентирует взаимодействие локальных и глобальных сетей и представляет собой попытку стандартизации сетевых программных и аппаратных средств. Завершает теоретическую часть описание способов и средств установки связи ЛВС с удаленными абонентами на основе телекоммуникационных технологий и беспроводных сетей.

Вторая глава посвящена практическому применению рассмотренных технологий в сетях передачи данных предприятия. Дана характеристика компьютерной сети объекта, описаны сетевые и телекоммуникационные устройства, программные продукты. На основе постановки задачи были приняты технические решения о подключении удаленных абонентов к существующей сети передачи данных различными способами. В завершении главы описана программа удаленного доступа, которая служит для технологической поддержки функционирующих информационных систем:

копирования необходимых файлов;

удаленной установки программных продуктов;

своевременное выполнение корректировок;

архивации баз данных;

оказание консультативной помощи пользователям;

обучение пользователей правильной эксплуатации средств системы передачи данных и много другого.

Для лучшего восприятия и понимания материала, ВКР имеет приложения и рисунки, где представлены необходимые схемы и таблицы.

1. Теоретические основы передачи данных в ЛВС

1.1 Общие принципы построения сетей

Локальная вычислительная сеть, или, сокращенно ЛВС - это группа компьютеров, объединенных совместно используемой средой передачи данных, как правило, кабелем. Используя единый кабель, каждый компьютер требует только одной точки подключения к сети, при этом он может полноценно взаимодействовать с любым другим компьютером в группе. Геометрически ЛВС всегда ограничена по размеру небольшой площадью в силу электрических свойств кабеля, используемого для построения сети, и относительно небольшим количеством компьютеров, которые могут разделять одну сетевую среду передачи данных. ЛВС обычно располагается в пределах одного здания, или, самое большее, нескольких близко расположенных зданий. Некоторые технологии, такие как волоконная оптика, радио, позволяют увеличить длину линий, но применение ЛВС для соединения компьютеров, находящихся, например, в удаленных городах, невозможно. Такое ограничение снимается применением глобальных (территориально распределенных) сетей (WAN Wide area network). Простейшей «сетью» является речевой обмен, при котором слова передаются от одного человека к другому. Этой «технологией» люди овладевают сразу же, как только начинают говорить. Другим типом сетей, с которым люди знакомятся с детского возраста, является телефон. Два телефона отделяют друг от друга многие километры провода и разнообразное коммуникационное оборудование. Телефонные линии, связывающие дома и города, легко увидеть вдоль улиц и дорог, в то время как сотовые телефоны могут взаимодействовать через спутниковые сети [29].

По сути, компьютерные сети представляют собой более сложный случай тех элементов, которые лежат в основе речевых и телефонных коммуникаций. Как и при речевом диалоге, компьютерная сеть передает информацию от одного человека (или группы людей) другому. Помимо этого, как и телефонные системы, для передачи информации от одного узла к другому компьютерные сети используют коммуникационный кабель и радиоволны, при этом специальное оборудование между узлами обеспечивает гарантированную доставку каждого сообщения.

Компьютерная сеть - это совокупность компьютеров, устройств печати, сетевых устройств и компьютерных программ, связанных между собой кабелями или радиоволнами. Большинство первых сетей передавали данные по медному проводу, а сегодня они могут обеспечивать обмен данными, речевыми и видеосигналами, используя провода, оптоволоконную среду, радио и УКВ- волны.

Компьютерные сети, обычно классифицируемые по их радиусу действия и сложности, делятся на три группы: локальные сети, региональные сети и глобальные сети (см. Приложение А) [18].

На одном конце этой классификации находятся локальные сети (local area network, LAN), состоящие из связанных между собой компьютеров, принтеров и другого компьютерного оборудования, причем все эти устройства совместно используют аппаратные и программные ресурсы, расположенные на небольшом удалении друг от друга. Радиус действия (область обслуживания) локальной сети может представлять небольшой офис, этаж здания или все здание целиком. Региональная, или городская сеть (metropolitan area network, MAN) имеет большую область обслуживания, чем локальная сеть, и обычно в ней для обеспечения передачи данных на средние расстояния используется более сложное сетевое оборудование. Региональная сеть объединяет несколько локальных сетей, находящихся в большом городе или некотором регионе, и обычно простирается на расстояния не более 40-50 километров. Отдельные локальные сети, образующие региональную сеть, могут принадлежать как одной организации, так и нескольким различным организациям. Высокоскоростные каналы между локальными сетями в составе региональной сети обычно выполняются с использованием оптоволоконных соединений [37].

Глобальная сеть представляет собой наивысший уровень в классификации сетей, поскольку она является крупномасштабной системой сетей, образующих единое целое со сложной структурой. Глобальная сеть образуется из нескольких локальных (или региональных) сетей, охватывающих расстояния свыше 40-50 километров. В состав крупных глобальных сетей могут входить множество локальных и региональных сетей, находящихся на разных континентах. Помимо рассмотренной классификации сетей, существует еще один тип - корпоративная сеть. Подобные сети объединяют различных пользователей в пределах одной или нескольких организаций и предоставляют им множество ресурсов. Несмотря на то, что большую локальную сеть можно рассматривать как корпоративную, все же корпоративная сеть обычно состоит из нескольких локальных сетей, образующих региональную или глобальную сеть. Одной из главных характеристик корпоративной сети является наличие разных ресурсов, позволяющих пользователям решать офисные, исследовательские и образовательные задачи. Иногда различия между локальными, региональными и глобальными сетями (или границы между рабочей группой или корпоративной сетью) являются размытыми, бывает трудно определить, где заканчивается одна сеть и начинается другая. Однако тип сети чаще всего можно определить по результатам анализа следующих четырех сетевых характеристик:

коммуникационная среда;

протокол;

топология;

тип использования сети (частная или общедоступная) [22].

В качестве коммуникационной среды может выступать токопроводящий кабель, оптоволокно, радио или УКВ-волны. С ее помощью компьютеры и сети соединяются между собой. Нередко локальная сеть может заканчиваться там, где одна передающая среда меняется на другую (например, обычный кабель переходит в оптоволоконный). Часто отдельные локальные сети на основе медных кабелей с помощью оптоволоконного кабеля подключаются к другим локальным сетям, образуя глобальную сеть. В других случаях граница сети может пролегать там, где происходит переход от оптоволокна к УКВ-волнам. Границу локальных и глобальных сетей можно определить по типу используемых протоколов. Протокол определяет способ форматирования сетевых данных в виде пакетов или фреймов, а также методы передачи каждого блока данных и способы интерпретации данных на принимающем узле. Пакет - это модуль данных, имеющий определенный формат, пригодный для передачи информации по сети в виде некоторого сигнала [23].

В сетевых коммуникациях каждый пакет состоит из двоичных разрядов, располагающихся в информационных полях, представляющих команды управления обменов, адреса источника и назначения, полезные данные и контрольные суммы для обнаружения ошибок. Пакеты соответствуют сетевой информации, передаваемой на Сетевом уровне (Уровне 3) эталонной модели OSI (Open Systems Interconnection), который определяет выбор маршрута, по которому пакет следует к узлу назначения. Иногда информационные поля в модуле данных, передаваемом по сети, не содержат сведений о маршрутизации, поскольку соответствующий протокол или устройство функционируют на Канальном уровне. В этом случае подобный модуль данных называется не пакетом, а фреймом.

Сетевая топология имеет две составляющих: физическую разводку кабеля и логические маршруты, по которым следуют пакеты или фреймы, передаваемые по сетевому кабелю. Разводка кабеля определяется реальным расположением кабеля в коробах на потолке и стенах. Логический маршрут соответствует направлению передачи пакетов или фреймов, и это направление может, как соответствовать, так и не соответствовать физической разводке. Изменения топологии определяются изменениями физической конфигурации или логических маршрутов. Например, пакеты и фреймы в сети могут физически перемещаться в шинной топологии, имеющей конечные точки, а затем через некоторое сетевое устройство могут подключаться к топологии, где они будут передаваться по кольцу, у которого конечные точки отсутствуют [20].

Следующей характеристикой, определяющей границы сетей, является тип их использования, например граница, проходит там, где заканчивается частная сеть и начинается сеть общего пользования, или наоборот. Частная сеть принадлежит одной организации и поддерживается ею.

Общедоступной называется такая сеть, которая предлагает свои услуги всем членам некоторого сообщества (например, сеть, поддерживаемая телекоммуникационной компанией или компанией кабельного телевидения).

В конце 80-х годов отличия между локальными и глобальными сетями проявлялись весьма отчетливо:

протяженность и качество линий связи. Локальные компьютерные сети по определению отличаются от глобальных сетей небольшими расстояниями между узлами сети. Это в принципе делает возможным использование в локальных сетях более качественных линий связи;

сложность методов передачи данных. В условиях низкой надежности физических каналов в глобальных сетях требуются более сложные, чем в локальных сетях, методы передачи данных и соответствующее оборудование;

скорость обмена данными в локальных сетях (10, 16 и 100 Мбит/с) в то время была существенно выше, чем в глобальных (от 2,4 Кбит/с до 2 Мбит/с);

разнообразие услуг. Высокие скорости обмена данными позволили предоставлять в локальных сетях широкий спектр услуг - это, прежде всего, разнообразные механизмы использования файлов, хранящихся на дисках других компьютеров сети, совместное использование устройств печати, модемов, факсов, доступ к единой базе данных, электронная почта и другие. В то же время глобальные сети в основном ограничивались почтовыми и файловыми услугами в их простейшем (не самом удобном для пользователя) виде [24].

Постепенно различия между локальными и глобальными типами сетевых технологий стали сглаживаться. Изолированные ранее локальные сети начали объединять друг с другом, при этом в качестве связующей среды использовались глобальные сети. Тесная интеграция локальных и глобальных сетей привела к значительному взаимопроникновению соответствующих технологий.

Сближение в методах передачи данных происходит на платформе цифровой (немодулированной) передачи данных по волоконно-оптическим линиям связи. Эту среду передачи данных используют практически все технологии локальных сетей для скоростного обмена информацией на расстояниях свыше 100 метров, на ней же построены современные магистрали первичных сетей SDH(Synchronous Digital Hierarchy) и DWDM(Dense wavelength-division multiplexing), предоставляющих свои цифровые каналы для объединения оборудования глобальных компьютерных сетей.

Высокое качество цифровых каналов изменило требования к протоколам глобальных компьютерных сетей. На первый план вместо процедур обеспечения надежности вышли процедуры обеспечения гарантированной средней скорости доставки информации пользователям, а также механизмы приоритетной обработки пакетов особенно чувствительного к задержкам трафика, например, голосового. Эти изменения нашли отражение в новых технологиях глобальных сетей, таких как Frame Relay (Ретрансляция кадров) и АТМ (Asynchronous transfer mode). В этих сетях предполагается, что искажение битов происходит настолько редко, что ошибочный пакет выгоднее просто уничтожить, а все проблемы, связанные с его потерей, перепоручить программному обеспечению более высокого уровня, которое непосредственно не входит в состав сетей Frame Relay и АТМ [11].

Большой вклад в сближение локальных и глобальных сетей внесло доминирование протокола IР (Ithernet Protocol). Этот протокол сегодня работает поверх любых технологий локальных и глобальных сетей (Eternet, Token Ring, АТМ, Frame Relay), объединяя различные подсети в единую составную сеть.

Начиная с 90-х годов, компьютерные глобальные сети, работающие на основе скоростных цифровых каналов, существенно расширили спектр предоставляемых услуг и догнали в этом отношении локальные сети. Стало возможным создание служб, работа которых связана с доставкой пользователю больших объемов информации в реальном времени - изображений, видеофильмов, голоса, в общем, всего того, что получило название мультимедийной информации. Наиболее яркий пример - гипертекстовая информационная служба World Wide Web, ставшая основным поставщиком информации в Интернете. В локальных сетях в последнее время уделяется такое же большое внимание методам обеспечения защиты информации от несанкционированного доступа, как и в глобальных. Это обусловлено тем, что локальные сети перестали быть изолированными, чаще всего они имеют выход в «большой мир» через глобальные связи [14].

И, наконец, появляются новые технологии, изначально предназначенные для обоих видов сетей. Ярким представителем нового поколения технологий является технология АТМ, которая может служить основой как глобальных, так и локальных сетей, эффективно объединяя все существующие типы трафика в одной транспортной сети. Другим примером является семейство технологий Ethernet имеющее явные «локальные» корни. Новый стандарт Ethernet 10G, позволяющий передавать данные со скоростью 10 Гбит/с, предназначен для магистралей как глобальных, так и крупных локальных сетей.

Еще одним признаком сближения локальных и глобальных сетей является появление сетей, занимающих промежуточное положение между глобальными и локальными сетями городские сети, или сети мегаполисов MAN, предназначены для обслуживания территории крупного города.

Эти сети используют цифровые линии связи, часто оптоволоконные, со скоростями на магистрали от 155 Мбит/с и выше. Они обеспечивают экономичное соединение локальных сетей между собой, а также выход в глобальные сети. Сети MAN первоначально были разработаны только для передачи данных, но сейчас перечень предоставляемых ими услуг расширился, в частности они поддерживают видеоконференции и интегральную передачу голоса и текста. Современные сети MAN отличаются разнообразием предоставляемых услуг, позволяя своим клиентам объединять коммуникационное оборудование различного типа [35].

Взаимодействие локальных и глобальных сетей является быстроразвивающейся областью техники, что объясняется жесткой конкуренцией между компаниями, работающими в трех следующих секторах промышленности: телекоммуникации, кабельное телевидение и спутниковые средства связи. Быстрый рост этих отраслей увеличил возможности совместного использования информации, доступной через сети Интернет. Например, пользователь, живущий в небольшом городе, может подключаться к Интернету по телефонной линии, с помощью спутниковой «тарелки» или входа кабельного телевидения. Много дополнительных возможностей появляется при соединении локальных сетей, находящихся в разных странах или частях света [15].

Телекоммуникационные компании могут обеспечить связь локальных сетей через глобальную сеть, используя для этого междугородные высокоскоростные телефонные линии. Глобальные сети строятся на основе радио, радиорелейных (СВЧ) и спутниковых каналов. Жесткая конкуренция между поставщиками услуг глобальных сетей приводит к быстрому появлению новых возможностей передачи данных [28].

Построение локальных, региональных, глобальных и корпоративных сетей возможно благодаря использованию сетевых устройств, позволяющих расширять область охвата сети, связывать сети воедино, преобразовывать протоколы, а также направлять фреймы и пакеты в нужные сети, то есть выполнять все операции по межсетевому обмену. Несмотря на наличие большого количества типов сетевых устройств, имеются четыре группы устройств, играющих основную роль при объединении сетей: мосты, маршрутизаторы, шлюзы, коммутаторы [21].

Мосты (bridge) - это сетевые устройства, которые позволяют удлинить локальную сеть или объединить несколько локальных сетей, соединяя, таким образом, многочисленные рабочие станции, серверы и другие сетевые устройства, которые иначе не смогли бы взаимодействовать. Мосты могут соединять две или несколько локальных сетей, использующих один и тот же протокол. Сетевые администраторы также применяют мосты для разбиения локальной сети на небольшие подсети с целью повышения производительности, при этом можно распределять сетевой трафик, локализовать сетевые проблемы и управлять доступом к каждой подсети. Для решения этих задач мосты проверяют адреса принимающих и передающих устройств в тех фреймах, которые на них поступают, и, используя соответствующее программное обеспечение, определяют - передавать фрейм дальше или отбросить его. Также мосты могут соединять разные локальные сети, в которых применяются различные типы передающей среды. Например, они могут подключать кабель к оптоволокну или УКВ-оборудованию и, следовательно, могут использоваться для связи локальной сети с глобальной.

Маршрутизаторы (router) - это устройства межсетевого обмена, работающие на более высоком уровне сетевого взаимодействия по сравнению с мостами. Они позволяют локальным и глобальным сетям направлять (маршрутизировать) данные в указанные места назначения. Маршрутизаторы соединяют сети, которые могут использовать различные протоколы, и обеспечивают больше коммуникационных функций, чем мосты. Например, маршрутизаторы могут определять кратчайший путь между двумя компьютерами, разделенными локальной или глобальной сетями. Они также могут устанавливать разные сетевые маршруты, соответствующие типу передаваемых данных (например, для видеоданных может выбираться маршрут с высокой стоимостью, а для символьной информации - с низкой). Маршрутизаторы регулярно взаимодействуют друг с другом и динамически изменяют информацию о сетевых маршрутах по мере того, как меняется топология сети или условия передачи информации. Маршрутизатор может быть специализированным устройством или компьютером с программным обеспечением, выполняющим функции маршрутизации. Например, в качестве маршрутизатора может использоваться компьютер под управлением операционных систем NetWare, Windows 2000, Windows Server 2003 или UNIX.

Шлюз (gateway) представляет собой сетевое устройство, обеспечивающее взаимодействие между различными устройствами, системами или протоколами, и которое может работать на любом уровне сетевого обмена в зависимости от заданных ему функций. Чаще всего шлюзы используются для преобразования протоколов. Подобное преобразование может потребоваться при передаче данных из одной локальной сети в другую или из локальной сети в глобальную. Некоторые шлюзы позволяют сетевым компьютерам обращаться к мэйнфрейму, находящемуся в той же локальной сети или подключаться к глобальной сети для передачи информации на большие расстояния. Другие шлюзы предназначены для обработки межсетевых пакетов, генерируемых специальным программным обеспечением, например, сообщений электронной почты. Поскольку обычно шлюзы выполняют очень ограниченное количество специализированных функций, то они используются реже, чем маршрутизаторы и мосты. Подобно маршрутизаторам шлюзы могут быть автономными устройствами или службами операционной системы.

Первоначально коммутаторы (switch) предназначались для выполнения функций мостов (2-й уровень модели OSI), обеспечивающих более высокую производительность, чем обычные мосты. Это достигалось за счет того, что коммутаторы могут передавать данные непосредственно в заданный сетевой порт или сегмент. В настоящее время коммутаторы некоторых производителей имеют возможности, близкие к возможностям маршрутизаторов (3-й уровень модели OSI), поскольку они анализируют адреса протокола IP и на основе этого анализа посылают сетевые пакеты по указанному маршруту. Другие коммутаторы могут определять назначение передаваемой информации в зависимости от того, какая прикладная программа ее генерирует.

Описанные средства создания сетевых комплексов позволяют организации конструировать сетевую структуру практически неограниченных размеров. Но, в дополнение к возможности комплексирования множества ЛВС в пределах здания (или группы зданий) интерсеть может также объединять в себе ЛВС из отдаленных районов, используя каналы связи глобальной сети.

Глобальная сеть - это множество ЛВС, разделенных относительно большими расстояниями, и соединенных в различных точках. Типичная глобальная сеть включает в себя два маршрутизатора, по одному со стороны каждой локальной сети, связанных между собой средствами удаленной связи, например, телефонной линией. Каждый компьютер одной ЛВС может взаимодействовать с любым компьютером другой ЛВС, направляя информацию своему маршрутизатору, который передает ее по назначению через линию связи глобальной сети [9].

Каналы связи в глобальных сетях отличаются от соединений в локальных вычислительных системах тем, что они не используют общую среду передачи данных и могут быть вытянуты на значительно большие расстояния. Поскольку в этом случае связываются только две системы, то нет необходимости контроля доступа к среде передачи данных и наличия строго определенной топологии сети. Сами каналы связи глобальных сетей могут различаться технологически - от телефонных линий до спутниковых систем. В целом, скорость передачи данных по каналам глобальных сетей медленнее, а иногда и значительно медленнее, чем в локальных сетях, и использование глобальных сетей дороже.

1.2 Эталонная модель взаимодействия открытых систем OSI

Без соответствующих стандартов сетевые коммуникации представляли бы собой неупорядоченный набор частных протоколов и устройств, созданных различными производителями с использованием разных концепций и моделей. Так было на первых этапах развития компьютеров, когда для оборудования не существовало единых стандартов. Например, принтер от одного компьютера нельзя было без изменения электрической схемы подключить к другому компьютеру, поскольку конструкции коммуникационных портов отличались.

К счастью, объединение локальных и глобальных сетей с первых шагов выполнялось в соответствии с некоторой идеологией, называемой эталонной моделью взаимодействия открытых систем OSI. Модель OSI является детищем двух регламентирующих организаций: Международной организации по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO) и Национального института стандартизации США (American National Standards Institute, ANSI). В сфере разработки экономических, интеллектуальных, научных и технологических стандартов организация ISO представляет свыше 140 стран. Институт ANSI работает совместно с деловыми и правительственными кругами США и международными группами и создает стандарты на коммерческие (серийные) изделия, включая сетевое оборудование и компьютеры.

Модель OSI, разработанная в 1974 году, регламентирует взаимодействие локальных и глобальных сетей и представляет собой попытку стандартизации сетевых программных и аппаратных средств. На протяжении многих лет модель OSI способствовала развитию сетевых коммуникаций, позволяющих решать следующие вопросы:

обеспечение передачи информации между различными типами локальных и глобальных сетей;

стандартизация сетевого оборудования, что позволяет устройствам одного производителя взаимодействовать с устройствами других производителей;

сохранение капиталовложений пользователей, обеспеченное возможностью взаимодействия старого сетевого оборудования с новыми устройствами; при этом устраняется необходимость замены оборудования при установке новых устройств;

разработка программного и аппаратного обеспечения, использующего общие интерфейсы для передачи данных как внутри сети, так и между различными сетями;

возможность появления всемирных сетевых коммуникаций, в первую очередь - Интернета.

Появление модели OSI предшествовало созданию большинства современных сетевых устройств, однако она явилась основой для разработки идей межсетевого обмена и постоянно развивается, впитывая в себя новые сетевые технологии. Концепции эталонной модели OSI соблюдаются не всегда, поскольку исследования и технологии иногда идут в других направлениях, однако она все равно является основой, от которой можно отталкиваться. OSI является чисто теоретической моделью, а не описанием конкретных аппаратных и программных решений.

Скорее это набор руководящих документов для изготовителей оборудования, который они должны использовать при проектировании аппаратных и программных средств. При разработке протоколов и сетевых устройств нормативы являются тем же, что и грамматика для разговорного языка. Нормативы OSI описывают следующие моменты:

как сетевые устройства общаются друг с другом и как взаимодействуют устройства, использующие разные протоколы;

каким образом сетевое устройство узнает, когда можно и когда нельзя передавать данные;

способы организации и физического соединения сетевых устройств;

методы обеспечения правильности передачи данных по сети;

способы поддержания непрерывного потока данных в сетевых устройствах;

способы представления данных в виде электрических сигналов при передаче по сетевой среде.

Модель OSI состоит из семи отдельных уровней, расположенных один поверх другого (см. Рисунок Б.1, Приложение Б).

Каждый уровень выполняет определенные коммуникационные задачи и с помощью соответствующих протоколов взаимодействует с соседними уровнями иерархии (см. Приложение В). Передача информации между двумя сетевыми устройствами осуществляется с использованием этой иерархии уровней (стека) в каждом из устройств. Например, если рабочая станция обменивается данными с сервером, передача информации начинается в рабочей станции на Прикладном уровне. Затем формируется определенная информация на более нижних уровнях до тех пор, пока данные не достигнут Физического уровня и не будут по сети переданы серверу. Сервер принимает данные на Физическом уровне своего стека и передает их для интерпретации более высоким уровням, пока данные не достигнут Прикладного уровня. Каждый уровень называется либо по имени, либо по положению в стеке (1-й уровень, 2-й уровень и т. д.). Например, нижний уровень стека называется Физическим уровнем или Уровнем 1. Нижние уровни стека выполняют функции, относящиеся к передаче физического сигнала (например, они создают фреймы и передают сигналы, содержащие пакеты данных). Средние уровни координируют сетевые коммуникации между узлами (например, обеспечивают бесперебойное и безошибочное осуществление сеанса связи). Верхние уровни выполняют задачи, непосредственно влияющие на прикладные программы и представление данных, включая форматирование и шифрование информации, а также управление передачей файлов. В совокупности набор уровней называется стеком.

Блоки информации, передаваемые между уровнями, имеют стандартный формат: заголовок, служебная информация, данные, концевик. Каждый уровень при передаче блока информации нижестоящему уровню снабжает его своим заголовком. Заголовок вышестоящего уровня воспринимается нижестоящим как передаваемые данные (см. Рисунок Б.2, Приложение Б).

Средства каждого уровня отрабатывают протокол своего уровня и интерфейсы с соседними уровнями. Нижестоящие уровни обеспечивают возможность функционирования вышестоящих; при этом каждый уровень имеет интерфейс только с соседними уровнями и на каждом уровне управления оговаривается: спецификация услуг (что делает уровень?); спецификация протоколов (как это делается?).

Набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия в сети, называется стеком коммуникационных протоколов [30].

Канальный уровень является первым уровнем, который работает в режиме коммутации пакетов. Функции средств канального уровня определяются по-разному для локальных и глобальных сетей:

в локальных сетях канальный уровень должен обеспечивать доставку кадра между любыми узлами сети. При этом предполагается, что сеть имеет типовую топологию, например общую шину, кольцо, звезду или дерево (иерархическую звезду). Примерами технологий локальных сетей, применение которых ограничено типовыми топологиями, являются Ethernet, FDDI(Fiber distributed data interface), Token Ring;

в глобальных сетях канальный уровень должен обеспечивать доставку кадра только между двумя соседними узлами, соединенными индивидуальной линией связи. Примерами двухточечных протоколов (как часто называют такие протоколы) могут служить широко распространенные протоколы РРР(Point-to-Point Protocol) и HDLC(High-Level Data Link Control). На основе двухточечных связей могут быть построены сети произвольной топологии.

Для связи локальных сетей между собой или для доставки сообщений между любыми конечными узлами глобальной сети используются средства более высокого сетевого уровня [32].

Протоколы канального уровня реализуются компьютерами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами. В компьютерах функции канального уровня реализуется совместными усилиями сетевых адаптеров и их драйверов.

В локальных сетях канальный уровень поддерживает весьма мощный и законченный набор функций по пересылке сообщений между узлами сети. В некоторых случаях протоколы канального уровня локальных сетей оказываются самодостаточными транспортными средствами и могут допускать работу непосредственно поверх себя протоколов прикладного уровня или приложений без привлечения средств сетевого и транспортного уровней. Тем не менее, для качественной передачи сообщений в сетях с произвольной топологией функций канального уровня оказывается недостаточно. Это утверждение в еще большей степени справедливо для глобальных сетей, в которых протокол канального уровня реализует достаточно простую функцию передачи данных между соседними узлами.

Сетевой уровень управляет прохождением пакетов по сети. Все сети содержат физические маршруты передачи информации (кабельные тракты) и логические маршруты (программные тракты). Сетевой уровень анализирует адресную информацию протокола передачи пакетов и посылает их по наиболее подходящему маршруту - физическому или логическому, обеспечивая максимальную эффективность сети. Также этот уровень обеспечивает пересылку пакетов между сетями через маршрутизаторы. Контролируя прохождение пакетов, Сетевой уровень выступает в роли «управляющего трафиком»: он маршрутизирует (направляет) пакеты по наиболее эффективному из нескольких возможных трактов передачи данных [23].

Сетевой уровень может направлять данные по разным маршрутам, создавая виртуальные каналы. Виртуальные каналы представляют собой логические коммуникационные линии для передачи и приема данных. Виртуальные каналы, представленные только на сетевом уровне, образуются между сетевыми узлами, обменивающимися информацией. Поскольку Сетевой уровень управляет данными, поступающими по нескольким виртуальным каналам, то эти данные могут поступать в неправильной очередности. Для устранения этих издержек сетевой уровень проверяет и при необходимости корректирует порядок передачи пакетов перед отправкой их следующему уровню стека. Также на Сетевом уровне фреймы получают адреса, и выполняется форматирование фреймов в соответствии с сетевым протоколом принимающей стороны. Кроме того, обеспечивается передача фреймов с такой скоростью, чтобы принимающий уровень успевал обрабатывать их.

Транспортный уровень - подобно Канальному и Сетевому уровням - выполняет функции, обеспечивающие надежную пересылку данных от передающего узла к принимающему. Например, Транспортный уровень гарантирует, что данные передаются и принимаются в одном и том же порядке. Кроме этого, по завершении пересылки принимающий узел может послать подтверждение. Когда в сети используются виртуальные каналы, Транспортный уровень отслеживает уникальные идентификаторы, назначенные каждому каналу. Также Транспортный уровень обеспечивает проверку пакетов. При этом на самом верхнем уровне контроля гарантируется безошибочная передача пакетов от узла к узлу в заданный промежуток времени.

Еще одной функцией Транспортного уровня является деление посылаемых сообщений на более мелкие фрагменты в тех случаях, когда в сетях используются разные протоколы с отличающимися размерами пакетов. Данные, разбитые на мелкие блоки Транспортным уровнем передающей сети, собираются в правильном порядке Транспортным уровнем принимающей стороны и интерпретируются Сетевым уровнем.

Сеансовый уровень отвечает за установление и поддержку коммуникационного канала между двумя узлами, он обеспечивает очередность работы узлов: например, определяет, какой из узлов первым начинает передачу данных. Помимо этого, Сеансовый уровень определяет продолжительность работы узла на передачу, а также способ восстановления информации после ошибок передачи. Если сеанс связи был ошибочно прерван на более низком уровне, Сеансовый уровень пытается восстановить передачу данных. Сеансовый уровень выполняет повторное подключение рабочей станции даже после временной приостановки работы Физического уровня.

Представительский уровень управляет форматированием данных, поскольку прикладные программы нередко используют различные способы представления информации. В некотором смысле Представительский уровень выполняет функции программы проверки синтаксиса. Он гарантирует, что числа и символьные строки передаются именно в том формате, который понятен Представительскому уровню принимающего узла. Также Представительский уровень отвечает за шифрование данных. Шифрование - это такой процесс засекречивания информации, который не позволяет неавторизованным пользователям прочесть данные в случае их перехвата. связь удаленный абонент

Прикладной уровень непосредственно управляет доступом к приложениям и сетевым службам. Примером таких служб являются передача файлов, управление файлами, удаленный доступ к файлам и принтерам, управление сообщениями электронной почты и эмуляция терминалов. Именно этот уровень программисты используют для связи рабочих станций с сетевыми службами (например, для предоставления некоторой программе услуг электронной почты или доступа к базе данных через сеть) [7].

В глобальных сетях управление обменом данных осуществляется протоколами верхнего уровня модели OSI. Независимо от внутренней конструкции каждого конкретного протокола верхнего уровня, для них характерно наличие общих функций: инициализация связи, передача и прием данных, завершение обмена. Каждый протокол имеет средства для идентификации любой рабочей станции сети по имени, сетевому адресу или по обоим этим атрибутам. Активизация обмена информации между взаимодействующими узлами начинается после идентификации узла адресата узлом, инициирующим обмен данными. Инициирующая станция устанавливает один из методов организации обмена данными: метод дейтаграмм или метод сеансов связи. Протокол предоставляет средства для приема-передачи сообщений адресатом и источником. При этом обычно накладываются ограничения на длину сообщений [29].

Протоколы Физического и Канального уровней, используемые для построения локальных вычислительных сетей, достаточно эффективны для сравнительно небольших расстояний. Даже при организации соединений между зданиями оптоволоконные решения позволяют применять для всей сети протоколы ЛВС, такие как Ethernet и FDDI. Однако если возникает необходимость организовать соединение на более длинное расстояние, то мы попадаем в совершенно иной мир протоколов глобальных сетей. Глобальная сеть - это сеть, обеспечивающая передачу информации на значительные расстояния с использованием специальных каналов связи, называемых соединениями глобальной сети.

Соединения глобальной сети позволяют объединить сети в различных городах и странах, давая пользователям возможность иметь доступ к ресурсам в удаленных сетях. Многие компании берут за основу глобальные линии связи между офисами для обмена электронной почтой и информацией баз данных, а также для групповой работы или даже для доступа к файлам и принтерам удаленных серверов. Но соединения глобальной сети могут быть также реализованы и в более меньших масштабах, например, как в случае системы, которая периодически дозванивается в удаленную сеть для отправки и получения новых сообщений электронной почты.

1.3 Способы и средства установки связи ЛВС с удаленными абонентами

Соединения глобальной сети требуют наличия маршрутизатора или моста на каждом конце соединения для предоставления интерфейса к отдельным локальным сетям (см. Рисунок Г.1, Приложение Г). Это сокращает количество трафика, передаваемого по линии связи. Мосты удаленной связи соединяют при помощи аналоговой или цифровой глобальной линии связи локальные сети с одинаковыми протоколами Канального уровня, расположенные в разных местах. Мосты предотвращают передачу через линию связи лишнего трафика, фильтруя пакеты в соответствии с их МАС(Media Access Control) - адресами Канального уровня. Тем не менее, мосты пропускают в глобальную линию связи широковещательный трафик. В зависимости от скорости линии связи и специфики ее применения, последнее может приводить к сокращению пропускной способности линии.

Если глобальная линия связи имеет узкоспециализированное назначение, такое как доступ к электронной почте, то применение мостов, функционирующих на Канальном уровне, может быть нерациональным, так как они обеспечивают слабый контроль над трафиком, которому разрешается передаваться по каналу связи. Маршрутизаторы, с другой стороны, обеспечивают разделение двух ЛВС полностью. Широковещательные сообщения через глобальную связь не передаются, и администраторы могут осуществлять строгий контроль над трафиком, передаваемым между локальными сетями. Вдобавок, маршрутизаторы позволяют задействовать для каждой сети свой протокол Канального уровня, поскольку они работают на Сетевом уровне модели OSI.

В то время как мосты всегда представляют собой автономные устройства, маршрутизаторы, используемые для соединения двух сетей через глобальную линию связи, могут представлять собой как компьютер, так и специализированное устройство. Когда пользователь связывается с удаленным узлом посредством модема и получает доступ к другим системам в сети, то этот узел работает как маршрутизатор. Однако для других технологий, отличных от коммутируемой линии, в большинстве случаев применяется выделенный маршрутизатор. Мост или маршрутизатор, расположенный в конце глобальной линии связи, всегда присоединяется к локальной сети, какое бы оборудование не было выбрано для интерфейса Физического уровня с глобальной сетью, будь то аналоговый модем, цифровой модем или другое оконечное устройство.

Выбор типа соединения глобальной сети для какой-то определенной цели обычно приводит к компромиссу между скоростью и стоимостью. Протоколы ЛВС, как правило, работают со скоростью где-то от 10 до 100 Мбит/с или выше, но расходы на поддержание соединений глобальной сети, функционирующих с такой эффективностью, обычно лежат за пределами возможностей большинства организаций. Цены зависят от используемой технологии, и ее стоимость напрямую зависит от протяженности. Другие сервисы предоставляют большую или меньшую пропускную способность, соответственно, по более высокой или низкой цене. Стоимость соединения также зависит от территориального расположения поставщика услуг и подписчика. В Европе, например, выделенные линии используются редко и они астрономически дороги, но ISDN (Integrated Services Digital Network) здесь намного более распространена, чем в США, и сравнительно доступна. В силу указанных причин глобальные линии связи почти всегда медленнее, чем сети, которые они соединяют. Вследствие этого при разработке сети очень важно определить, какая пропускная способность ей необходима.

Прежде чем выбрать технологию глобальной сети, необходимо определить, для какого типа деятельности она будет использоваться. Различные функции требуют разной пропускной способности, а также разного ее характера. Электронная почта, например, не только ожидает сравнительно небольшой пропускной способности, но также позволяет, чтобы ее трафик носил периодический характер. Профессиональные области применения глобальной сети, такие как передача полноэкранного видеоизображения, не только нуждаются в огромной пропускной способности, но и в ее постоянстве для того, чтобы избежать перебоев в работе сервиса. Потребности большинства организаций лежат где-то между этими двумя крайностями, но важно помнить, что постоянная пропускная способность иногда может быть важнее, чем скорость передачи.

В Таблице Д.1 (см. Приложение Д) перечислены наиболее распространенные области применения глобальных сетей и приблизительно оцененные пропускные способности, которые им необходимы. При анализе этих значений следует принимать во внимание количество людей, пользующихся этими услугами. Так, тысячи пользователей, посылающих запрос к базе данных, расположенной на удаленном сервере, могут суммарно задействовать емкость канала связи, такую же, как один поток полноэкранного видеоизображения [28].

1.3.1 Сети на основе телекоммуникационных каналов

В Таблице Д.2 (см. Приложение Д) перечислены наиболее популярные технологии, применяемые для обеспечения соединений глобальной сети на основе телекоммуникационных каналов, и соответствующие им скорости передачи. Здесь важно учитывать наряду со скоростью передачи линии связи также и ее природу. Частный канал, такой как Т1, обеспечивает постоянную, выделенную, цифровую линию связи между двумя точками, работающую с неизменной пропускной способностью. В таком случае оплачиваются все 24 часа в день, вне зависимости от того, используется линия все это время или нет, и нет возможности получить пропускную способность больше выделенной. Интерфейс базового доступа обеспечивает подключение к цифровой сети с интеграцией услуг ISDN, также предоставляя цифровую линию связи с фиксированной пропускной способностью, но эта линия, в отличие от Т1, не является постоянной. В этом случае можно связываться с различными местами назначения, не внося изменения в оборудование, так же просто, как по стандартной телефонной линии, и отсоединяться, когда связь не нужна. Это может помочь сэкономить деньги, если оплата услуг является поминутной, как это часто бывает.

Величины, приведенные в таблице, представляют собой максимальную пропускную способность, заложенную в указанные технологии, и по многим причинам эти значения не всегда соответствуют действительной пропускной способности, достигаемой при их использовании. В реальном мире пропускная способность, как правило, ниже. Некоторые технологии глобальных сетей обеспечивают ширину полосы по требованию. Это означает, что пропускная способность соединения растет в соответствии с предъявляемыми требованиями. Иногда, как в случае сети с ретрансляцией кадров (Frame Relay), этот процесс является автоматическим. Соединение немедленно подстраивается под трафик в случае неожиданного роста его интенсивности, и хотя возможно это будет дополнительной нагрузкой на линию связи, но приложение будет обслужено [17].

Технологии Х.25, Frame Relay и АТМ значительно отличаются функциональными характеристиками. В то же время все они используют технику виртуальных каналов, которая является разновидностью техники, ориентированной на установление соединения. В сетях Х.25 виртуальные каналы используются для надежной передачи данных, что в 70-80 годы, когда эта технология была очень популярна, было весьма актуально, так как многие линии связи были аналоговыми и не могли сами по себе обеспечить надежную передачу цифровых данных. Поэтому так ценилась способность Х.25 к восстановлению искаженных и потерянных пакетов.

В структуре сети имеется специальное устройство PAD (Packet Assembler Disassembler), предназначенное для сборки нескольких низкоскоростных старт-стопных потоков байтов от алфавитно-цифровых терминалов в пакеты, передаваемые по сети и направляемые компьютерам для обработки. Протоколы трехуровневого стека протоколов Х.25 на канальном и сетевом уровнях работают с установлением соединения, управляют потоками данных и исправляют ошибки. Такая избыточность функций, обеспечивающих надежную передачу данных, объясняется ориентацией технологии на ненадежные линии связи.

Сеть Х.25 состоит из коммутаторов, расположенных в различных географических точках и соединенных высокоскоростными выделенными линиями. Выделенные линии могут быть как цифровыми, так и аналоговыми.

Устройства PAD могут быть встроенными или удаленными. Встроенное устройство PAD обычно расположено в стойке коммутатора. Терминалы получают доступ к нему по телефонной сети с помощью модемов. Удаленное устройство PAD подключается к коммутатору через выделенную линию связи Х.25. К удаленному устройству PAD терминалы подключаются по асинхронному интерфейсу, обычно по интерфейсу RS-232С. Одно устройство PAD обычно обеспечивает доступ для 8, 16 или 24 асинхронных терминалов. Терминалы не имеют конечных адресов сети Х.25. Адрес присваивается порту PAD, который подключен к коммутатору пакетов Х.25 выделенной линией. Компьютеры и локальные сети обычно подключаются к сети Х.25 непосредственно через адаптер Х.25 или маршрутизатор, поддерживающий на своих интерфейсах протоколы Х.25.