Содержание
Модуль 1. Компьютерные сети
1.1. Введение в дисциплину "КТС".
Первая глобальная сеть - ARPAnet (Министерство обороны США).
Схема сети "клиент - сервер":
В модели "клиент - сервер" различают запросы и ответы.
- Применение КС.
До появления сетей работа пользователей велась изолированно, т.е. для передачи данных использовались носители информации.
- Цель построения сетей.
Совместное использование физических ресурсов (принтер, факс, модем); пользователю предоставляется доступ к ПО, оборудованию, данным, независимо от физического расположения ресурсов и пользователя.
- Совместное использование информации БД в электронном виде (финансы, налоги, счета, кадры).
- Информационная система компании - совокупность одной или нескольких БД и некоторого количества служащих, которым передается удаленный доступ к данным.
Сервер - хранилище данных.
Клиенты - машины служащих (в пределах офиса или удаленной машины).
Клиенты и сервер объединены в сеть. Такая система называется клиент - серверной моделью - это основа построения сети.
Обмен информацией происходит следующим образом:
- клиент посылает запрос на сервер и ожидает ответа;
- сервер, получив запрос, выполняет действия, ищет данные, отсылает ответ.
- Электронная почта (e-mail) - коммуникационная среда для служащих.
- Совместная работа над одними и теми же документами, отчетами, проектами.
- Видеоконференции - встречи собеседников из разных уголков мира (виртуально).
- Возможность электронного делового общения с другими компаниями (поставщик - клиент).
- Интернет-коммерция - электронный бизнес.
1.2. Использование сетей частными лицами.
Домашнее использование КТС:
- доступ к удаленной информации
- получение электронных газет
- доступ к онлайновым библиотекам
- общение
- e-mail
- чаты (chat - система диалоговых сообщений в режиме онлайн)
- всемирные конференции (обсуждение всевозможных тем, но не в реальном времени)
- технологии равноранговых (одноранговых) сетей (peer-to-peer). Отличаются от модели "клиент-сервер" тем, что каждый может общаться друг с другом. Каждый может дать в общее пользование свои данные и получить доступ к данным другого пользователя.
- ip-телефония
- интернет-радио
- электронные азартные игры
- электронные образовательные программы
- дистанционное обучение
- интерактивные развлечения
- сетевые игры
- интерактивное телевидение и видео
- электронный бизнес
- электронные магазины
- электронные "блошиные" рынки
Типы серверов:
- Сервер печати. Присоединение принтера к сети через специализированный узел обработки заданий на печать
- Сервер баз данных. Совместно используемая база данных.
- Файл-сервер. Хранилище данных.
- Коммуникационный сервер. Управляет доступом к удаленным ресурсам; обеспечивает канал связи с глобальной вычислительной сетью.
- Сервер приложений. Выполняются специальные вычислительные задачи (обработка графики).
- Веб-сервер. Обеспечивает доступ к веб-страницам.
1.3. Основные сетевые понятия.
Компьютерная сеть - совокупность узлов (ПК, терминалов, периферийных устройств), имеющих возможность информационного взаимодействия друг с другом с помощью специального коммуникационного оборудования и программного обеспечения (ПО).
Размеры сетей:
- Пара соединенных между собой компьютеров.
- Миллионы компьютеров, разбросанных по всему миру.
По ширине охвата принято деление сетей на категории:
- ЛВС - LAN (Local-Area Network). Объединяет ПК, расположенные в ограниченном пространстве. Для них необходима прокладка специализированной кабельной системы. Положение возможных точек подключения абонентов ограничено этой кабельной системой.
- ГВС - GAN (Global-Area Network). Примером глобальной сети может быть сеть Internet.
Между ЛВС и ГВС находятся следующие категории сетей:
- Кампусная сеть - CAN (Campus-Area Network). Объединяет ЛВС в близко расположенных зданиях.
- Сеть городского масштаба - MAN (Metropolitan-Area Network). Объединение расширенных локальных сетей предприятий между собой в пределах района города.
- Широкомасштабная сеть - WAN (Wide-Area Network). Объединение сетей в пределах крупного мегаполиса.
Для более крупных сетей также устанавливаются специальные проводные или беспроводные линии связи, или же используется инфраструктура существующих общественных средств связи (телефонная сеть). В последнем случае абоненты компьютерной сети могут подключаться к сети в относительно произвольных точках, охваченных сетью телефонии, ISDN (цифровая сеть с комплексными услугами) или кабельного телевидения.
Интранет (Intranet) - обозначает внутреннюю сеть организаций. Для нее важны два момента:
- Изоляция (или защита) внутренней сети от внешней.
- Обеспечение выхода на внешнюю сеть.
Интернет (Internet) - технология межсетевого взаимодействия на базе протоколов TCP/IP.
Интернет - это собственное имя ГВС, объединяющее множество сетей с технологией Интернет.
В сетях ЛВС применяются различные сетевые технологии. Для каждой сетевой технологии характерны свои: кабельная система, коммуникационное оборудование и программное обеспечение, поддерживающее свои протоколы обмена.
Наиболее распространены технологии: Ethernet, Token Ring, 100VG - AnyLAN, ARC net, FDDI.
1.4. Оборудование сетей.
Оборудование делится на:
- активное
- пассивное
- другое
Активное оборудование требует подачи энергии для генерации сигналов (сетевая карта, повторители, концентраторы, модем).
Пассивное оборудование подачи энергии не требует (кабельная система, соединительные разъемы, коммутационные панели).
Устройства бесперебойного питания, устройства кондиционирования воздуха, аксессуары (монтажные стойки, шкафы, кабеле-проводы).
Типы оборудования сетей.
- Конечные системы. ES (End Systems). Являются источниками и/или потребителями информации (ПК, сетевые принтеры,…)
- Промежуточные системы. IS (Intermediate Systems). Обеспечивают прохождение информации по сети (концентраторы, маршрутизаторы, модемы, кабельная или беспроводная инфраструктура, соединяющая их).
Сетевой трафик - это поток информации, передаваемый по сети.
Трафик кроме полезной информации включает и служебную, необходимую для организации взаимодействия узлов сети. Пропускная способность сети определяется количеством информации, проходящей через линию связи за единицу времени (бит/сек, кбит/сек, Мбит/сек, Гб/сек).
Производительность сети применима для активного коммуникационного оборудования. Определяется как общее количество неструктурированной информации, пропускаемой оборудованием за единицу времени (бит/сек).
Открытые и закрытые системы.
Для организации обмена информацией должен быть разработан комплекс программных и аппаратных средств, распределенных по разным устройствам сети. По началу, каждый разработчик и поставщик сетевых средств сам разрабатывал весь комплекс задач с помощью собственного набора протоколов, программ и аппаратуры. Это приводило к несовместимости этих наборов у разных поставщиков. Такие системы назывались закрытыми. При соединении нескольких закрытых систем используются частные решения, которые работают, но ограничивают возможности пользователей, привязывая их к приложениям или к аппаратному обеспечению определенных производителей.
Открытые системы предполагают открытые стандарты, направленные на обеспечение совместимости между различными системами, т.е. задача построения сетей разбита на несколько взаимосвязанных подзадач с определением правил взаимодействия между ними. Стандартизация этих правил позволяет расширить количество разработчиков ПО и АО.
1.5. Базовая модель взаимодействия открытых систем (OSI - Open System Interconnection).
ISO - международная организация по стандартизации.
Семиуровневая модель OSI.
Модель разработана в 1977 г. ISO. Она стала основой для определения того, как взаимодействуют системы в сети. В 1984 г. Была выпущена новая версия, которая стала международным стандартом. Сама модель OSI основана на уровневых протоколах, что позволяет обеспечить:
- логическую декомпозицию сложной сети на обозримые части-уровни;
- стандартные интерфейсы между сетевыми функциями;
- симметрию в отношении функций, реализуемых в каждом узле сети;
- общий язык для взаимопонимания разработчиков различных частей сети.
Функции любого узла сети разбиваются на уровни. Для конечных систем их семь. Внутри каждого узла взаимодействие между уровнями идет по вертикали. Взаимодействие между двумя узлами логически происходит по горизонтали между соответствующими уровнями. Реально, из-за отсутствия непосредственных горизонтальных связей производится спуск до нижнего уровня в источнике, связь через физическую среду и подъем до соответствующего уровня в приемнике информации. В промежуточных устройствах подъем идет до того уровня, который доступен устройству. Каждый уровень обеспечивает свой набор сервисных функций. Уровень, с которого посылается запрос, и симметричный ему уровень в отвечающей системе формируют свои блоки данных.
1.6. Инкапсуляция.
Данные снабжаются служебной информацией (заголовком) данного уровня и спускаются на уровень ниже, пользуясь сервисами соответствующего уровня. На этом уровне к полученной информации также присоединяется служебная информация и так происходит спуск до самого нижнего уровня, сопровождаемый обрастанием заголовками. По нижнему уровню вся эта конструкция достигает получателя, где по мере подъема вверх освобождается от служебной информации соответствующего уровня. В итоге сообщение, посланное источником в чистом виде, достигает соответствующего уровня системы получателя.
Стандарты на различные технологии и протоколы, как правило, охватывают один или несколько смежных уровней. Комплекты протоколов нескольких смежных уровней, пользующихся сервисами друг друга (сверху вниз) называют протокольными стеками (например, TCP/IP, IPX/SPX, NetBEUI).
Уровни 7, 6, 5, 4 - сквозные. Они присутствуют только на конечных машинах.
Уровни 3, 2, 1 - связные. Имеются у всех конечных машин и у промежуточных коммутаторов. Они связывают конечные системы и узлы, формируя соединения или маршрут между конечными системами.
Служебная информация в заголовках управляет процессом передачи и служит для контроля его успешности и достоверности. При возникновении проблем может быть сделана попытка решить их на том уровне, где они были обнаружены. При невозможности решения проблемы уровень сообщает о ней вышестоящим уровням.
Сервисы по передаче данных могут быть гарантированными и не гарантированными. Гарантированный сервис отвечает сообщением об успешности или неуспешности операции (уведомление получателя).
Негарантированный сервис сообщает только об отправке данных.
На каждом уровне выполняется контроль достоверности и обработка ошибок. При этом может быть инициирован повтор передачи данных.
1.7. Уровни модели OSI.
7. Прикладной уровень. Обеспечивает пользовательской программе доступ к сетевым ресурсам. При этом преобразовывает данные в вид, специфичный для каждого приложения. HTTP, FTP, Telnet, SNMP - примеры протоколов прикладного уровня.
6. Уровень представления данных. Обеспечивает преобразование кодов (из KOI8 в Windows-1251), форматов файлов, сжатие и распаковку, шифрование и дешифрование данных.
5. Сеансовый уровень. Обеспечивает инициацию и завершение сеанса диалогом между устройствами, синхронизацию и последовательность пакетов в сетевом диалоге, надежность соединения до конца сеанса (обработка ошибок и повторная передача) и гарантированность доставки сообщений, общее управление.
4. Транспортный уровень. Отвечает:
- за передачу данных от источника к получателю с уровнем качества, затребованным сеансовым уровнем (гарантированная/негарантированная передача данных).
- если блоки данных, передаваемые с сеансового уровня больше допустимого размера пакета для данной сети, они разбиваются на несколько нумерованных пакетов.
- определяются пути передачи, которые для соседних пакетов могут быть и разными. На приемной стороне пакеты собираются в должной последовательности, отбрасываются дубли, запрашиваются пропавшие пакеты.
Транспортный уровень является неограниченным и связующим между верхними уровнями, сильно зависящими от приложений, и нижними, привязанными к конкретной сети. Относительно этой границы и определяется IS-промежуточные системы, обеспечивающие передачу пакетов между источником и получателем, используя нижние уровни и ES-конечные системы, работающие на верхних уровнях.
3. Сетевой уровень. Форматирует данные транспортного уровня и снабжает их информацией, необходимой для маршрутизации (нахождения пути к получателю). Уровень отвечает за адресацию - трансляцию физических и сетевых адресов. Поиск пути от источника к получателю или между двумя промежуточными устройствами.
2. Канальный уровень.
- обеспечивает формирование кадров, передаваемых через физический уровень;
- контролирует ошибки и управляет потоком данных;
- позволяет скрыть от вышестоящих уровней подробности технической реализации сети.
1. Физический уровень. Обеспечивает физическое кодирование бит кадра в электрические или оптические сигналы и передачу их по линиям связи. Определяет тип кабелей и разъемов, назначение контактов и формат физических сигналов.
Сетевая технология охватывает канальный и физический уровень модели.
Верхние уровни (3-7) - уровни логического управления сетью. Они могут быть реализованы разнообразно и сильно зависят от используемого приложения.
Нижние уровни стандартизированы более строго и привязаны к конкретной сетевой технологии. Это связано с необходимостью обеспечить совместимость сетевых устройств от разных производителей.
Протокол - набор правил, описывающий формат и назначение кадров, пакетов или сообщений, которыми обмениваются одноранговые сущности внутри уровня.
Сервис (интерфейс) - набор функций, предоставляемых более низким уровнем вышележащему уровню.
1.8. Модель IEEE Project 802.
Выпущен в феврале 1980 г. Устанавливает стандарт для физических компонентов сети: интерфейсных сетевых карт и кабельной системы (уровни 1 и 2 модели OSI).
Структура стандартов 802.x
Модель IEEE создавалась одновременно с моделью OSI, поэтому обеспечена их полная совместимость.
802-спецификации определяют способы доступа сетевой карты к физической среде и методы передачи данных. Сюда относятся: соединения узлов, поддержка передачи и разъединение узлов.
Группа стандартов 802.1 относится к управлению сетевыми устройствами на аппаратном уровне, а также к обеспечению межсетевого взаимодействия.
Было введено дополнительное деление канального уровня на 2 подуровня: подуровень LLC (Logical Link Control - управление логической связью) является стандартным интерфейсом с сетевым уровнем, независимым от сетевой технологии.
Спецификация 802.2. Подуровень MAC (Media Access Control - управление доступом к среде) осуществляет доступ к уровню физического кодирования и передаче сигналов.
Стандарт 802.3 описывает физический уровень и MAC подуровень технологий Ethernet, Fast Ethernet (802.3u), Gigabit Ethernet (802.3z).
Стандарт 802.4 описывает физический уровень и MAC подуровень технологий с шинной топологией и передачей маркера доступа. Сетевая технология ARCnet.
Стандарт 802.5 описывает физический уровень с кольцевой топологией и передачей маркера доступа. Token Ring (IBM).
Стандарт 802.6 описывает сети городского масштаба (MAN), узлы которой разбросаны на расстоянии более 5 км.
Стандарт 802.12 определяет технологию передачи данных с методом доступа "приоритет запросов". По этому стандарту работает технология 100VG-Any LAN.
Стандарт 802.8 относится к оптоволоконной технике, используемой в сетях, определенных в стандартах 802.3 - 802.6.
Стандарт 802.9 относится к интегрированной передаче голоса и данных.
Стандарт 802.10 относится к безопасности сетей (шифрование данных и сетевое управление для архитектур, совместимых с моделью OSI).
Стандарт 802.11 относится к беспроводным технологиям передачи данных.
содержание вперед на
главную
|
