‚ычислительные сети используютсЯ в следующих целЯх:
1) предоставление доступа к программам, оборудованию и данным длЯ любого пользователЯ сети; эта цель называетсЯ совместным использованием ресурсов;
2) обеспечение высокой надежности хранениЯ источников информации; хранение данных в нескольких местах позволЯет избежать их потерю, в случае их удалениЯ в одном из мест;
3) обработка данных, хранЯщихсЯ в сети;
4) передача данных между удаленными друг от друга пользователЯми.
Џо размеру сети можно подразделить на следующие типы:
- локальные сети размещаютсЯ в одном здании или на территории одного предприЯтиЯ; примером локальной сети ЯвлЯетсЯ локальнаЯ сеть в учебном классе;
- региональные сети объединЯют несколько предприЯтий или город; примером сетей такого типа ЯвлЯетсЯ сеть кабельного телевидениЯ
- глобальные сети охватывают значительную территорию, часто целую страну или континент и представлЯют собой объединение сетей меньшего размера; примером глобальной сети ЯвлЯетсЯ сеть ?нтернет.
Џо принципу построениЯ сети делЯтсЯ на следующие типы:
- одноранговые сети объединЯют равноправные узлы; такие сети объединЯют не более 10 узлов;
- сети на основе выделенного сервера имеют специальный узел Р вычислительную машину (сервер), предназначенную длЯ хранениЯ основных данных сети и предоставлениЯ этих данных узлам (клиентам) по запросу.
‹окальные сети
’опологии локальных вычислительных сетей
‚ычислительные машины, объединенные в локальную сеть, физически могут располагатьсЯ различным образом. Ћднако порЯдок их подсоединениЯ к сети определЯетсЯ топологией Р усредненной геометрической схемой соединений узлов сети.
‚ершины Р узлы сети (компьютеры или сетевое оборудование)
ђебра Р свЯзи между узлами (физические или информационные)
Ќаиболее распространенными топологиЯми локальных сетей, в которых передающей средой ЯвлЯетсЯ кабель, ЯвлЯютсЯ кольцо, шина, звезда.
Џри построении локальных сетей используютсЯ данные топологии или их сочетаниЯ.
’опологиЯ кольцо (рис. 2) предусматривает соединение узлов сети замкнутым контуром и используетсЯ длЯ построениЯ сетей, занимающих сравнительно небольшое пространство. ‚ыход одного узла сети соединЯетсЯ с входом другого. ?нформациЯ по кольцу передаютсЯ от узла к узлу в одном направлении. Љаждый промежуточный узел ретранслирует посланное сообщение. Џринимающий узел распознает и получает только адресованное ему послание.
ђис. 2. ’опологиЯ кольцо
ЏоследовательнаЯ организациЯ обслуживаниЯ узлов сети снижает ее быстродействие, а выход из строЯ одного из узлов приводит к нарушению функционированиЯ кольца.
’опологиЯ шина (рис. 3) представлЯет собой последовательное соединение узлов между собой. „анные распространЯютсЯ по шине в обе стороны. ‚ каждый момент времени передачу может вести только один узел, поэтому производительность сети зависит только от количества узлов в сети. ‘ообщение поступает на все узлы, но принимает его только тот узел, которому оно адресовано. “злы не перемещают сообщение, поэтому выход из строЯ одного узла не приводит к нарушению функционированиЯ сети.
ђис. 3. ’опологиЯ шина
’опологиЯ звезда (рис. 4) базируетсЯ на концепции центрального узла, через который всЯ информациЯ ретранслирует, переключает, маршрутизирует (находит путь от источника к приемнику) информационные потоки в сети.
‚ качестве центрального узла выступает концентратор (хаб, hub). Љонцентраторы выполнЯютсЯ в виде отдельных устройств с 8, 16, 24 или 48 портами, к которым подключаютсЯ ќ‚Њ. Џри получении пакета в одном из портов концентратор широковещательно передает его на все остальные порты. “злы анализируют адрес получателЯ пакета и, если он предназначен им, то получают его, иначе игнорируют его.
Љонцентраторы могут быть трех типов:
1) пассивные: только соединЯющие сегменты сети;
2) активные: это пассивные концентраторы, усиливающие сигналы, увеличиваЯ расстоЯние между узлами;
3) интеллектуальные: это активные концентраторы, выполнЯющие маршрутизацию.
’акже центральным узлом сети может быть коммутатор (switch). ‚ отличие от концентратора, это телекоммуникационное устройство пересылает принЯтый пакет не широковещательно на все порты, а адресату. Ђдресат определЯетсЯ по адресу, содержащемусЯ в пакете. ‚ результате такой передачи повышаетсЯ общаЯ пропускнаЯ способность сети.
„аннаЯ топологиЯ значительно упрощает взаимодействие узлов сети друг с другом. ‚ то же времЯ работоспособность локальной вычислительной сети зависит от центрального узла.
ђис. 4. ’опологиЯ звезд.
’опологиЯ дерево, когда сетевое оборудование и компьютеры образуют дерево.
Ћбычно в крупной сети базоваЯ топологиЯ не используетсЯ, а используетсЯ смешаннаЯ топологиЯ, когда используетсЯ, например, кольцо к которой подключены звезда и дерево.
”изическаЯ топологиЯ Р соединение устройств в сети.
‹огическаЯ топологиЯ Р правила распространение сигналов в сети.
ЏроводнаЯ технологиЯ передачи данных Ethernet (1973) ђоберт Њеткалф убедил
Xerox PARC, DEC и Intel
‘тандарт опубликован в 1980 году
”изическаЯ топологиЯ
‹огическаЯ технологиЯ
Ѓ…‘ЏђЋ‚Ћ„Ќ›… ‘…’?
Wi-fi (2009) Р популЯрнаЯ в мире и быстро развивающаЯсЯ технологиЯ беспроводных сетей, обеспечивающаЯ беспроводное подключение мобильных пользователей к локальной сети и?нтернету. ђаботает в диапазоне 2.4ѓѓц или 5ѓѓц.
‚ ‘?Ђ диапазон 2,5 ѓѓц
Ќет физической топологии
‹огическаЯ топологиЯ
‚ области действиЯ передатчика отправителЯ (радиосигнала).
?сториЯ Р wi-fi открыт в Ђвстралии в 1991г, но стандарт утвержден в 2009г ‘оздателем беспроводного протокола обмена данными ЯвлЯетсЯ инженер „жон ЋХ‘алливан
Ћднако создание оборудование и широкое использование получили в ‘?Ђ.Wi-Fi ЯвлЯетсЯ торговой маркой, означающей стандарт IEEE 802.11x. Wi-Fi Alliance -организациЯ, которой принадлежит Wi-Fi (зарегистрированнаЯ торговаЯ марка).
Wi-Fi Alliance С объединение крупнейших производителей компьютерной техники и беспроводных устройств Wi-Fi. Ќа сегоднЯшний день альЯнс объединЯет свыше 320 компаний из разных стран, но штаб квартира в ‘?Ђ
?значально термин Wi-Fi использовалсЯ только длЯ стандарта 802.11b на частоте 2,4 ѓѓц, однако Wi-Fi Alliance расширил общее использование Wi-Fi термина, включаЯ любое устройство из стандарта 802.11х.
Wi-Fi поддерживаетсЯ многими приложениЯми и устройствами. ‹юбые устройства, которые протестированы и одобрены как "Wi-Fi Certified" от Wi-Fi Alliance сертифицированы как совместимые друг с другом, даже если они от разных производителей.
Wi-fi Р набор из нескольких стандартов, разработанных длЯ беспроводных сетей на основе спецификации 802.11.
Џреимущества
1. Ѓез кабелЯ
2. „оступ к мобильным устройствам
3. Wi-Fi устройства широко распространены на рынке
- ‚ пределах Wi-Fi зоны в сеть?нтернет могут выходить несколько пользователей с компьютеров, ноутбуков, телефонов и т. д.
Ќедостатки Wi-Fi
1. ‚ диапазоне 2,4 GHz работает множество устройств, Bluetooth
2. ђеальнаЯ скорость сети зависит от доли служебного трафика, котораЯ зависит уже от наличиЯ между устройствами физических преград (мебель, стены).
3. ‚ ђоссии точки беспроводного доступа, а также адаптеры Wi-Fi, превышающей допустимой мощностью излучениЯ 100 м‚т, подлежат обЯзательной регистрации
4. ‘тандартами Wi-Fi не предусмотрено шифрование передаваемых данных в открытых сетЯх. ќто значит, что все данные, которые передаютсЯ по открытому беспроводному соединению, могут быть прослушаны злоумышленниками при помощи программ- снифферов, проверЯющих трафик.
‘тандарты WI-FI
| Ќазвание | ѓод принЯтиЯ | скорость | частота |
| 802.11 | 2 Mb/c | 2,44 ѓгц | |
| 802.11a | 54 Mb/c | 5 ѓгц | |
| 802.11b | 11 Mb/c | 2,44 ѓгц | |
| 802.11g | 54 Mb/c | 2,44 ѓгц | |
| 802.11n | 600 Mb/c | 2,44 и 5 ѓгц | |
| 802.11ac | 6,77 Gb/c | 5 ѓгц |
Ќеобходимо помнить, что существуют допустимые каналы Ќапример, их 14 от частоты 2,412 до 2,484 ѓгц
Њодель взаимодействиЯ открытых систем
„лЯ описаниЯ общей модели функционированиЯ вычислительной сети используетсЯ эталоннаЯ модель OSI (Open System Interconnection Р взаимодействие открытых систем). Њодель OSI состоит из 7 уровней (от низших к высшим):
1) физический;
2) канальный;
3) сетевой;
4) транспортный;
5) сеансовый;
6) представительский;
Прикладной.
‚заимодействие между уровнЯми одного типа осуществлЯетсЯ по протоколам, а между низшими и высшими Р с помощью интерфейсов.
ђис.2. “ровни модели взаимодействиЯ открытых систем
ђассмотрим задачи каждого из уровней модели OSI.
1-й уровень Р физический. ‘амый низший уровень модели OSI. Ћсновной задачей физического уровнЯ ЯвлЯетсЯ управление аппаратурой передачи данных и подключенным к ней каналом свЯзи. Ќа этом уровне формируютсЯ сигналы, которые передают данные в виде потока бит по передающей среде.
2-й уровень Р канальный. Ќа этом уровне физический канал преобразовываетсЯ в надежную линию свЯзи, свободную от необнаруженных ошибок. „лЯ этого формируетсЯ логический канал между двумЯ узлами, соединенных физическим каналом. „анные передаютсЯ по канальному уровню в виде кадров, которые включают, помимо данных, проверочную информацию. ЏроверочнаЯ информациЯ позволЯет установить, был ли передан кадр без искажений (ошибок) и частично восстановить информацию. …сли кадр не был восстановлен, то происходит его повторнаЯ передача.
3-й уровень Р сетевой. Ћтвечает за адресацию сообщений и перевод логических адресов в физические. ќтот уровень разрешает проблемы, свЯзанные с разными способами адресации и разными протоколами при переходе пакетов из одной сети в другую, позволЯЯ объединЯть разнородные сети.
4-й уровень Р транспортный. Ќа этом уровне данные разбиваютсЯ на пакеты. Џри этом гарантируетсЯ, что эти пакеты прибудут по назначению в правильном порЯдке. „лЯ этого осуществлЯетсЯ поиск оптимального маршрута п ередачи пакетов с точки зрениЯ загруженности сегментов сети и времени передачи данных между узлами. “ровень управлЯет созданием и удалением сетевых соединений и управлЯет потоком сообщений.
’ранспортный уровень Р это взаимодействие между сетЯми (хостами), а не между устройствами сети. Ћн ‘етенезависим.
„лЯ адресации используютсЯ порты Р адрес Р число от 1 до 65535
Љаждое сетевое приложение на хосте имеет свой порт.
Ќомера портов не повторЯютсЯ!
Џример: 192.168.1.3:80 „лЯ подключениЯ к приложению
’ипы портов- известные 1-1024
Р HTTP
25- SMTP (@)
Р DNS
‡арегистрированные порты
„инамические порты: - 49151 Р 65535
5-й уровень Р сеансовый. ЏозволЯет двум процессам (например, приложениЯм) разных узлов устанавливать, использовать и завершать соединение, называемое сеансом. ќтот уровень управлЯет передачей между двумЯ узлами и определЯет, какаЯ из сторон, когда и как долго должна осуществлЯть передачу.
· “правление диалогом Р очередность передачи сообщений
· “правление маркерами (предотвращение одновременного выполнениЯ критических операций)
· ‘инхронизациЯ (метки в сообщениЯх длЯ возобновлениЯ передачи после сбоЯ)
6-й уровень Р представлениЯ. Ќа этом уровне определЯетсЯ формат, используемый длЯ обмена данными между узлами. “ровень отвечает за преобразование, кодирование и сжатие данных.
7-й уровень Р прикладной. ЏредоставлЯет доступ прикладным процессам к сетевым службам. ќтот уровень управлЯет общим доступом к сети.
· Web Р страницы
· ‘оциальные сети
· ‚идео и аудио свЯзь
· ќлектроннаЯ почта
· „оступ к ђ‘Ћ? и тд
…диницы передаваемых данных
| “ровень | Ќазвание |
| прикладной | ‘ообщение |
| представлениЯ | ‘ообщение |
| сеансовый | ‘ообщение |
| транспортный | Џакет |
| сетевой | Џакет |
| канальный | Љадр |
| физический | Ѓит |
Ќапример, формат кадра Ehernet
| 6 байт | 6 байт | 2 байта | 46-1500 байт | 4 байта |
| Ђдрес получателЯ | Ђдрес отправителЯ | тип | данные | ЉонтрольнаЯ сумма |
’ип Р тип протокола от которого получены данные
‘етевые протоколы
Џротоколы Р это соглашение о формате и правилах передачи данных по сети.
Џередача данных по сети разбита на несколько шагов, каждому из которых соответствует протокол.
“зел-отправитель выполнЯет следующие шаги:
- разбивает данные на пакеты;
- добавлЯет к пакетам служебную информацию: адрес получателЯ и информацию длЯ проверки правильности и восстановлениЯ в случае возникновениЯ ошибок при передачи;
- передает пакеты в сеть через сетевой адаптер.
“зел-получатель выполнЯет шаги в обратной последовательности:
- принимает пакеты из сети через сетевой адаптер;
- проверЯет правильность передачи данных и удалЯет служебную информацию из пакетов;
- объединЯет пакеты в исходный блок данных.
Њодель и стек протоколов TCP/IP
”актический стандарт на основе стека протоколов, который описывает, как нужно строить сети на основе разных технологий, чтобы в них работал стек TCP/IP
| Њодель OSI | Њодель TCP/IP |
| прикладной | прикладной |
| представлениЯ | |
| сеансовый | |
| транспортный | транспортный |
| сетевой | интернет |
| канальный | сетевых интерфейсов |
| физический |
‘равнение моделей OSI и TCP/IP:
OSI
· •орошаЯ теоретическаЯ проработка
· Џротоколы не используютсЯ
TCP/IP
· Џротоколы широко применЯютсЯ
· Џодходит только длЯ сетей на основе стека TCP/IP - основа интернета
‘тек протоколов TCP/IP имеет 4 уровнЯ:
Џрикладной HTTP SMTP DNS FTP
’ранспортный TCP
‘етевой IP
‘етевых интерфейсов Ethernet Wi-Fi DSL
TCP Р протокол управлениЯ передачей
Џоток данных состоит из сегментов и передает сегментами
ѓарантиЯ доставки данных
· Џодтверждение получениЯ сообщениЯ
· ЏовторнаЯ отправка при отсутствии подтверждениЯ
ѓарантиЯ сохранениЯ порЯдка следованиЯ
· ЌумерациЯ сообщений
‡адачи сетевого и транспортного уровней:
· Ћбъединение сетей
· ЊаршрутизациЯ (поиск маршрута доставки пакета между сетЯми через транзитные узлы Р маршрутизаторы))
· Ћбеспечение качества обслуживаниЯ.
‘пособы адресации ќ‚Њ в сети
‚ вычислительных сетЯх существуют три способа адресации.
1. Ђппаратные адреса представлЯют собой шестнадцатеричные номера (12 цифр;
Например: 00-08-74-96-92-5C).
Џрисвоение аппаратных адресов происходит автоматически: они встраиваютсЯ в аппаратуру (модемы, сетевые адаптеры и т. д.) на стадии производства или генерируютсЯ при каждом новом запуске оборудованиЯ.
каждаЯ сетеваЯ карта (равно как и встроенный сетевой интерфейс) должна иметь уникальный шестибайтный номер (MAC-адрес), прошитый в ней при изготовлении. Ќо его можно изменить программой.
2. —исловые составные адреса, например IP-адреса (Internet Protocol-адреса Р адреса?нтернет-протокола). IP-адрес записываетсЯ в виде четырех десЯтичных чисел, разделенных точками; каждое число лежит в диапазоне от 0 до 255.
’аким образом, IP-адрес занимает 4 байта; например: 192.168.0.212.
3. ‘имвольные адреса или имена предназначены длЯ пользователей и несут смысловую нагрузку. ’акие адреса имеют иерархическую структуру и состоЯт из отдельных доменов. „омен Р это условное имЯ, показывающее принадлежность узлов определенной группе, например, стране, компании или государственному учреждению.
Ќапример, адрес BMSTU.RU
‚ современных сетЯх длЯ адресации используютсЯ все три способа адресации. Џользователь указывает символьный адрес, который заменЯетсЯ числовым адресом (по таблицам адресов, хранимых на сервере имен сети). Џри поступлении передаваемых данных в сеть назначениЯ числовой адрес заменЯетсЯ аппаратным.
ѓлобальнаЯ сеть?нтернет
?нтернет, как сообщество сетей
‘еть?нтернет Р это глобальнаЯ сеть, соединЯющаЯ сети различного размера по всему миру. ‘еть?нтернет Р это информационное пространство, содержащее огромное количество информации, хранилище информационных ресурсов.?нформационными ресурсами ЯвлЯютсЯ совокупности текстов, изображений и других данных, а также тематические свЯзи между ними.
‚ конце 1969 г. под эгидой Њинистерства обороны ‘?Ђ был создан проект ARPAnet (Advanced Research Project Agency Network Р сеть агентства проекта перспективных разработок), объединивший в единую вычислительную сеть сети 4 исследовательских институтских центров по всей территории ‘?Ђ. ‚ рамках этого проекта проводились исследованиЯ в области телекоммуникаций с целью созданиЯ надежной системы, способной передавать данные даже в случае начала Ядерной войны. Џроект основывалсЯ на концепции децентрализованного управлениЯ, так как, в случае уничтожениЯ или повреждениЯ центра управлениЯ, происходил отказ всей сети. ‚ 1974 г. были начаты разработки протоколов, способных обеспечить передачу данных по сетЯм разного типа Р TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol Р протокол управлениЯ передачей /?нтернет-протокол).
‚ 1983 г сеть ARPAnet была переведена на протокол TCP/IP. Џосле этого Њинистерства обороны передало контроль над сетью Ќациональному научному фонду ‘?Ђ. Ќачалось расширение сети ARPAnet, в том числе за пределы ‘?Ђ. Џри этом фонд осуществлЯл борьбу с коммерциализацией сети, штрафуЯ тех, кто имел побочный доход в сети. Љ 1995 г. сеть ARPAnet разрослась до такой степени, что Ќациональный научный фонд ‘?Ђ уже не успевал отслеживать деЯтельность каждого узла. Џоэтому произошла передача региональным провайдерам оплаты за подсоединение многочисленных частных сетей к национальной магистрали.
Џровайдер Р это организациЯ (фирма, компаниЯ), обеспечивающаЯ подключение пользователей к сети?нтернет.
Џодключение может осуществлЯтьсЯ двумЯ способами:
1) по модему (телефонному, ADSL или другого типа);