Компьютерные сети.
Глобальные и локальные сети.
При физическом соединении двух или более компьютеров образуется компьютерная сеть. Для создания компьютерных сетей необходимо специальное аппаратное обеспечение (сетевое оборудование) и специальное программное обеспечение (сетевые программные средства).
Компьютерные сети принято делить на локальные и глобальные. Локальные сети установлены практически на любом предприятии. Они могут объединять компьютеры одного помещения, здания, этажа, групп компактно расположенных сооружений.
Глобальные сети имеют, как правило, увеличенные географические размеры. Они могут объединять как отдельные компьютеры, так и отдельные локальные сети.
Создание локальных сетей характерно для отдельных предприятий или отдельных подразделений предприятий. Если предприятие занимает обширную территорию, то локальные сети могут объединяться в глобальные.
Глобальная или телекоммуникационная сеть – это система каналов передачи данных и средств коммуникации (переключения), обеспечивающих соединение пользовательских коммуникационных систем и обмен данными между ними.
Ярким примером глобальной сети выступает Internet - это некий конгломерат самостоятельных сетей, созданных усилиями различных правительств и организаций.
Назначение всех видов компьютерных сетей определяется функциями:
Обеспечение совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети.
Обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.
3. снизить затраты благодаря совместному использованию данных и периферийных устройств;
4. унифицировать приложения;
5. своевременно получать данные;
|
|
6. эффективно взаимодействовать с коллегами, гибко планируя свое рабочее время.
Два типа сетей
Широко распространены два типа сетей (рис.1): одноранговые сети и сети на основе сервера. В одноранговых сетях каждый компьютер работает и как клиент, и как сервер.
Для большой группы пользователей такие сети удобны: они обеспечивают совместное использование данных и периферийных устройств. Вместе с тем, поскольку администрирование в подобных сетях нецентрализованное, гарантировать надежную защиту данных они не могут.
Сети на основе сервера гораздо эффективнее при совместном использовании большого числа ресурсов. Администратор управляет защитой данных, наблюдая при этом за функционированием всех сетевых компонентов. В таких сетях может быть один или несколько серверов(это зависит от объема сетевого трафика, количества периферийных устройств и т. д.). Например, в одной сети могут находиться сервер печати, коммуникационный сервер и сервер базы данных.
Существуют также комбинированные сети, сочетающие свойства обеих типов сетей. Комбинированные сети довольно популярны, хотя для их эффективной реализации требуется тщательное планирование и хорошая подготовка пользователей.
|
|
Различия между одноранговыми сетями и сетями на основе сервера принципиальны, поскольку предопределяют разные возможности этих сетей.
У пользователя компьютерной сети могут быть разные права доступа к общим ресурсам сети. Совокупность приемов разделения и ограничения прав участников компьютерной сети называется политикой сети. Управление сетевыми политиками (их может быть несколько в одной сети) называется администрированием сети. Лицо, управляющее организацией работы участников локальной сети, называется системным администратором.
|
|
Базовые топологии
Все сети строятся на основе трех базовых топологий, известных как:
• шина (bus);
|
 |
• кольцо (ring).
Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля [сегмента (segment)], топология называется «шиной».
В том случае, когда компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки [концентратора (hub)], топология называется «звездой». Если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут в кольцо, такая топология носит название «кольца».1
|
Разрыв кабеля в сети с топологией «линейная шина» приведет к «падению» всей сети. Между тем разрыв кабеля, подключенного к концентратору, нарушит работу только данного сегмента. Остальные сегменты останутся работоспособными.
При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, на который надо поставить терминатор. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер выступает в роли повторителя, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.
|
|
| |||
| |||
Комбинированные топологии
Сегодня при компоновке сети все чаще используются комбинированные топологии, которые сочетают отдельные свойства шины, звезды и кольца.
Звезда-шина
«Звезда-шина» (star-bus) — это комбинация топологий «шина» и «звезда». Обычно схема выглядит так: несколько сетей с топологией «звезда» объединяются при помощи магистральной линейной шины. В этом случае выход из строя одного компьютера не скажется на работе всей сети — остальные компьютеры по-прежнему взаимодействуют друг с другом. А выход из строя концентратора повлечет за собой отсоединение от сети только подключенных к нему компьютеров и концентраторов.
Звезда-кольцо
«Звезда-кольцо» (star-ring) несколько похожа на «звезду-шину». И в той и в другой топологиях компьютеры подключаются к концентраторам. Отличие состоит в том, что концентраторы в «звезде-шине» соединены магистральной линейной шиной, а в «звезде-кольце» все концентраторы подключены к главному концентратору, образуя кольцо. Кольцо же реализуется внутри главного концентратора.
Работа сети
Работа сети заключается в передаче данных от одного компьютера к другому. В этом процессе можно выделить следующие задачи:
· - распознать данные;
· - разбить данные на управляемые блоки;
· - добавить информацию к каждому блоку, чтобы:
a) -указать местонахождение данных;
b) - указать получателя;
c) - добавить информацию синхронизации и информацию для проверки ошибок;
d) - поместить данные в сеть и отправить их по заданному адресу.
Сетевая операционная система при выполнении всех задач следует строгому набору процедур. Эти процедуры называются протоколами или правилами поведения. Протоколы регламентируют каждую сетевую операцию.
Стандартные протоколы позволяют программному и аппаратному обеспечению различных производителей нормально взаимодействовать. Существует два главных набора стандартов: модель OSI и ее модификация, называемая Project 802. Для изучения технической стороны функционирования сетей, необходимо иметь четкое представление об этих моделях.
Модели OSI и Project 802 определяют стандартные протоколы, используемые сетевым программным и аппаратным обеспечением. Эти модели устанавливают способ передачи данных по сети.
Модель OSI разбивает сетевое соединение на семь уровней: Прикладной, Представительский, Сеансовый, Транспортный, Сетевой, Канальный и Физический. При разработке сетевых продуктов производители основываются на спецификациях уровней модели OSI.
Project 802 более детально определяет стандарты для физических компонентов сети. Эти стандарты относятся к Физическому и Канальному уровням модели OSI и делят Канальный уровень на два подуровня: Управление логической связью и Управление доступом к среде.
Чтобы быстро, не тратя времени на ожидания, передавать данные по сети, надо разбить их на небольшие управляемые блоки. Эти блоки называются пакетами или кадрами.
Каждый уровень имеет свою единицу измерения. На физическом уровне мельчайшая единица — бит. На канальном уровне информация объединена во фреймы (или пакеты). На сетевом уровне мы говорим о дейтаграммах. На транспортном уровне единицей измерения является сегмент. Прикладные уровни обмениваются сообщениями.. К базовым сетевым технологиям относятся физический и канальный уровни
| Модель OSI | ||
| Тип данных | Уровень | Функции |
| Данные | 7. Прикладной | Доступ к сетевым службам |
| 6. Представления | Представление и кодирование данных | |
| 5. Сеансовый | Управление сеансом связи | |
| Сегменты | 4. Транспортный | Прямая связь между конечными пунктами и надежность |
| Пакеты | 3. Сетевой | Определение маршрута и логическая адресация |
| Кадры | 2. Канальный | Физическая адресация |
| Биты | 1. Физический | Работа со средой передачи, сигналами и двоичными |
Верхний уровень модели обеспечивает взаимодействие пользовательских приложений с сетью. Этот уровень позволяет приложениям использовать сетевые службы, такие как:
- удалённый доступ к файлам и базам данных
- пересылка электронной почты.
Также прикладной уровень:
- отвечает за передачу служебной информации
- предоставляет приложениям информацию об ошибках
- формирует запросы к уровню представления.
Пример:
HTTP, POP3, FTP,Уровень представлений 6 обеспечивает форматирование и преобразование кода. Форматирование кода используется для того, чтобы гарантировать приложению поступление информации для обработки, которая имела бы для него смысл. При необходимости этот уровень может выполнять перевод из одного формата данных в другой.
5-й сеансовый уровень модели отвечает за поддержание сеанса связи, позволяя приложениям взаимодействовать между собой длительное время. Уровень управляет созданием/завершением сеанса, обменом информацией, синхронизацией задач, определением права на передачу данных и поддержанием сеанса в периоды неактивности приложений
4-й транспортный уровень модели предназначен для обеспечения надёжной передачи данных от отправителя к получателю. При этом уровень надёжности может варьироваться в широких пределах. Существует множество классов протоколов транспортного уровня, начиная от протоколов, предоставляющих только основные транспортные функции (например, функции передачи данных без подтверждения приема), и заканчивая протоколами, которые гарантируют доставку в пункт назначения нескольких пакетов данных в надлежащей последовательности, мультиплексируют несколько потоков данных, обеспечивают механизм управления потоками данных и гарантируют достоверность принятых данных.Пример:TCP – протокол.
3-й сетевой уровень сетевой модели OSI предназначен для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и «заторов» в сети. Например:IP –протокол.
Протоколы сетевого уровня маршрутизируют данные от источника к получателю.
2-ой канальный уровень предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Полученные с физического уровня данные он упаковывает в кадры, проверяет на целостность, если нужно, исправляет ошибки (формирует повторный запрос поврежденного кадра) и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием.
Спецификация IEEE 802 разделяет этот уровень на два подуровня — MAC (Media Access Control) регулирует доступ к разделяемой физической среде, LLC (Logical Link Control) обеспечивает обслуживание сетевого уровня.
На этом уровне работают коммутаторы, мосты.
Протоколы канального уровня:
- ARCnet
- ATM
- Cisco Discovery Protocol (CDP)
- Controller Area Network (CAN)
- Econet
- Ethernet, Ethernet Automatic Protection Switching (EAPS), Fiber Distributed Data Interface (FDDI), Frame Relay
- High-Level Data Link Control (HDLC), IEEE 802.2 (provides LLC functions to IEEE 802 MAC layers), Link Access Procedures, D channel (LAPD)
- IEEE 802.11 wireless LAN
- LocalTalk
- Multiprotocol Label Switching (MPLS)
- Point-to-Point Protocol (PPP)
- Point-to-Point Protocol over Ethernet (PPPoE)
- Serial Line Internet Protocol (SLIP, obsolete)
- StarLan
- Spanning tree protocol
- Token ring
- Unidirectional Link Detection (UDLD)
- x.25
В программировании этот уровень представляет драйвер сетевой платы, в операционных системах имеется программный интерфейс взаимодействия канального и сетевого уровней между собой, это не новый уровень, а просто реализация модели для конкретной ОС. Примеры таких интерфейсов: ODI, NDIS, UDI
1-ый самый нижний уровень модели предназначен непосредственно для передачи потока данных. Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и, соответственно, их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов. Другими словами, осуществляет интерфейс между сетевым носителем и сетевым устройством.
Определяемые на данном уровне параметры: тип передающей среды, тип модуляции сигнала, уровни логических «0» и «1» и т. д.
На этом уровне работают концентраторы (хабы), повторители (ретрансляторы) сигнала и медиаконверторы.
Функции физического уровня реализуются на всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом. К физическому уровню относятся физические, электрические и механические интерфейсы между двумя системами. Физический уровень определяет такие виды среды передачи данных как оптоволокно, витая пара, коаксиальный кабель, спутниковый канал передач данных и т. п. Стандартными типами сетевых интерфейсов, относящимися к физическому уровню, являются: V.35, RS-232, RS-485, RJ-11, RJ-45, разъемы AUI и BNC
Пакет — основная единица информации в компьютерных сетях. При разбиении данных на пакеты скорость их передачи возрастает настолько, что каждый компьютер в сети получает возможность принимать и передавать данные практически одновременно с остальными компьютерами. На целевом компьютере (компьютере-получателе) пакеты накапливаются и выстраиваются в определенном порядке для восстановления исходного вида данных.
При разбиении данных на пакеты сетевая операционная система добавляет к каждому пакету специальную управляющую информацию. Она обеспечивает:
· передачу исходных данных небольшими блоками;
· сбор данных в определенном порядке (при их получении);
· проверку данных на наличие ошибок (после сборки).
Транспортный уровень разбивает исходный блок данных на пакеты. Структура пакетов определяется протоколом, который использует два компьютера — получатель и отправитель. На Транспортном уровне, кроме того, к пакету добавляется информация, которая поможет компьютеру-получателю восстановить исходные данные из «случайной» последовательности пакетов.
Когда, завершив свой путь к кабелю, пакет проходит Физический уровень, он содержит информацию всех остальных шести уровней.
Первая сеть заработала в 1969 г в США сеть ARPANET имени агентства. По настоящему рождением Internet принятосчитать 1983г., что было связано с разработкой программного обеспечения протокола связи TCP/IP.