сети. Фундаментальные концепции компьютерных сетей коммутация, маршрутизация, мультиплексирование, адресация
 Скачать 154.34 Kb.
|
|
1 глава Фундаментальные концепции компьютерных сетей — коммутация, маршрутизация, мультиплексирование, адресация. Компьютерные сети, называемые также сетями передачи данных по связанным электрически и информационно автономно работающим компьютерам. Мейнфрейм — мощный и надежный компьютер универсального назначения. Многотерминальные системы разделения времени - в таких системах каждый пользователь получал собственный терминал, с помощью которого он мог вести диалог с компьютером. Многотерминальные системы, работающие в режиме разделения времени, стали прообразом локальных вычислительных сетей. Закон Гроша - производительность компьютера была пропорциональна квадрату его стоимости. Глобальные сети (WAN), то есть сети, объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры, возможно, находящиеся в различных городах и странах. Принцип коммутации пакетов - данные разделяются на небольшие порции — пакеты, которые самостоятельно перемещаются по сети благодаря наличию адреса конечного узла в заголовке пакета. Локальные сети (LAN) — это объединения компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории. Сетевая технология — это согласованный набор программных и аппаратных средств, а также механизмов передачи данных по линиям связи, достаточный для построения вычислительной сети. Frame Relay и ATM. В этих технологиях 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 ATM. Протокол IP. Этот протокол может работать поверх любых технологий локальных и глобальных сетей, объединяя различные подсети в единую составную сеть. intranet-технологии - процесс переноса технологий из глобальной сети Интернет в локальные. Городские сети, или сети мегаполисов (MAN), предназначены для обслуживания территории крупного города. Прорывом в процессе конвергенции сетей явилось появление смартфонов - терминальных устройств, которые объединили в себе функции мобильных телефонов и персональных компьютеров. Методы обеспечения требуемого качества обслуживания (QoS) - призваны минимизировать уровень задержек для чувствительного к ним трафика, например голосового, и одновременно гарантировать среднюю скорость и динамичную передачу пульсаций для трафика данных. Интернет вещь (1оТ) – компьютеры, которые сами инициируют обмен данными между собой или со своими удаленными центрами управления через Интернет, являясь, по существу, его пользователями. 2 глава Облачные вычисления – которые позволяют разгрузить пользовательский компьютер и перенести хранение данных и выполнение приложений на некоторые удаленные компьютеры. Интерфейс — в широком смысле — формально определенная логическая и/или физическая граница между отдельными объектами, которые обмениваются информацией. Интерфейс задает параметры, процедуры и характеристики взаимодействия объектов. Физический интерфейс (называемый также портом) определяется набором электрических связей и характеристиками сигналов. Обычно он представляет собой разъем с набором контактов, каждый из которых имеет определенное назначение. Логический интерфейс (называемый также протоколом) — это набор информационных сообщений определенного формата, которыми обмениваются два устройства или две программы, а также набор правил, определяющих логику обмена этими сообщениями.  Сервис – услуга, предоставляемая службой. Операционную систему компьютера часто определяют как взаимосвязанный набор системных программ, который обеспечивает эффективное управление ресурсами компьютера, а также предоставляет пользователю удобный интерфейс для работы с аппаратурой компьютера и разработки приложений. Сетевой операционной системой называют операционную систему компьютера, которая, помимо управления локальными ресурсами, предоставляет пользователям и приложениям возможность эффективного и удобного доступа к информационным и аппаратным ресурсам других компьютеров сети. Сетевая ОС включает программные коммуникационные средства, обеспечивающие совместно с аппаратными коммуникационными средствами передачу сообщений, которыми обмениваются клиентские и серверные части сетевых служб. Одноранговая ОС не только позволяет обращаться к ресурсам других компьютеров, но и предоставляет собственные ресурсы в распоряжение пользователей других компьютеров. Клиентская ОС - содержит преимущественно клиентские части сетевых служб. Серверная ОС — она ориентирована на обработку запросов из сети к ресурсам своего компьютера и включает в себя в основном серверные части сетевых служб. Локальное приложение целиком выполняется на данном компьютере и использует только локальные ресурсы. Централизованное сетевое приложение целиком выполняется на данном компьютере, но обращается в процессе своей работы к ресурсам других компьютеров сети. Распределенное (сетевое) приложение состоит из нескольких взаимодействующих частей, каждая из которых выполняет какую-то определенную законченную работу по решению прикладной задачи, причем каждая часть может выполняться и, как правило, выполняется на отдельном компьютере сети. Представление данных в виде электрических или оптических сигналов называется кодированием. Модуляция - дискретная информация представляется синусоидальным сигналом той частоты, которую хорошо передает имеющаяся линия связи. Сигнал-квитанция - подтверждает правильность приема данных и посылается от получателя отправителю. Предложенная нагрузка — это поток данных, поступающий от приложения пользователя на вход сети, которая всегда готова принять данные. Предложенную нагрузку можно характеризовать скоростью генерации данных в битах в секунду. Пропускная способность, называемая также емкостью канала связи (capacity), представляет собой максимально возможную скорость передачи информации по данному каналу. Скорость передачи — это фактическая скорость потока данных, прошедшего через сеть или некоторые ее фрагменты. Дуплексный канал обеспечивает одновременную передачу информации в обоих направлениях. Полудуплексный канал также обеспечивает передачу информации в обоих направлениях, но не одновременно, а по очереди. Симплексный канал позволяет передавать информацию только в одном направлении. Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (например, компьютеры) и коммуникационное оборудование (например, маршрутизаторы), а ребрам — физические или информационные связи между вершинами. Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными Неполносвязные топологии - для обмена данными между двумя компьютерами может потребоваться транзитная передача данных через другие узлы сети. Ячеистая топология получается из полносвязной путем удаления некоторых связей. Кольцевая топология - данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому. Звездообразная топология образуется в случае, когда каждый компьютер подключается непосредственно к общему центральному устройству, называемому концентратором. Иерархическая звезда или деревом - сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой звездообразными связями Особым частным случаем звезды является общая шина. Уникальный адрес (unicast) используется для идентификации отдельных интерфейсов. Групповой адрес (multicast) идентифицирует сразу несколько интерфейсов, поэтому данные, помеченные групповым адресом, доставляются каждому из узлов, входящих в группу. Данные, направленные по широковещательному адресу (broadcast), должны быть доставлены всем узлам сети. Адрес произвольной рассылки (anycast), так же как и групповой адрес, задает группу адресов, однако данные, посланные по этому адресу, доставляются не всем узлам данной группы, а только одному из них. Адреса могут быть числовыми (например, 129.26.255.255 или 81. la.ff.ff) и символьными (site.domen.ru, willi-winki). Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках некоторой схемы адресации, называется адресным пространством. Адресное пространство может иметь плоскую (линейную) или иерархическую организацию. При плоской организации множество адресов никак не структурировано. Примером плоского числового адреса является МАС-адрес, предназначенный для однозначной идентификации сетевых интерфейсов в локальных сетях. При иерархической организации адресное пространство структурируется в виде вложенных друг в друга подгрупп, которые, последовательно сужая адресуемую область, в конце концов, определяют отдельный сетевой интерфейс. Протоколы разрешения адресов - специальные вспомогательные протоколы для преобразования адресов из одного вида в другой. Централизованный подход - в сети выделяется один или несколько компьютеров (серверов имен), в которых хранится таблица соответствия имен различных типов. Распределенный подход - каждый компьютер сам хранит все назначенные ему адреса разного типа. Соединение конечных узлов через сеть транзитных узлов называют коммутацией. Последовательность узлов, лежащих на пути от отправителя к получателю, образует маршрут. Информационным потоком, или потоком данных, называют непрерывную последовательность данных, объединенных набором общих признаков, выделяющих эти данные из общего сетевого трафика. Метка потока — это особый тип признака. Она представляет собой некоторое число, которое несут все данные потока. Глобальная метка назначается данным потока и не меняет своего значения на всем протяжении его пути следования от узла источника до узла назначения, таким образом, она уникально определяет поток в пределах сети. В некоторых технологиях используются локальные метки потока, динамически меняющие свое значение при передаче данных от одного узла к другому. Определить маршрут означает выбрать последовательность транзитных узлов и их интерфейсов, через которые надо передавать данные, чтобы доставить их адресату. Метрика - абстрактная оценка условного «расстояния» между двумя узлами сети. Таблица коммутации (таблица маршрутизации) - в этой таблице локальному или глобальному признаку потока ставится в соответствие номер интерфейса, на который устройство должно передавать данные, относящиеся к этому потоку. Интерфейс коммутатора (называемый также портом) является физическим модулем, состоящим из приемника и передатчика. В том случае, когда передатчик и приемник работают на дуплексный канал связи, они работают независимо друг от друга, обеспечивая одновременную передачу данных в обоих направлениях. Иногда приемную часть интерфейса называют входным интерфейсом, а выходную часть — выходным интерфейсом. Программный коммутатор - универсальный компьютер со встроенным программным механизмом коммутации. Коммутационная сеть – узлы сети, выделенные специально под коммутацию. Демультиплексирование — разделение суммарного потока на несколько составляющих его потоков. Мультиплексирование (агрегирование) — образование из нескольких отдельных потоков общего агрегированного потока, который передается по одному физическому каналу связи. Частный случай коммутатора, у которого все входящие информационные потоки коммутируются на один выходной интерфейс, где они мультиплексируются в один агрегированный поток, называется мультиплексором. Коммутатор, который имеет один входной интерфейс и несколько выходных, называется демультиплексором. Разделяемой средой называется физическая среда передачи данных, к которой непосредственно подключено несколько передатчиков узлов сети. Причем в каждый момент времени только один из передатчиков какого-либо узла сети получает доступ к разделяемой среде и использует ее для передачи данных приемнику другого узла, подключенному к этой же среде. 4 глава Сетевая архитектура — это концептуальная схема функционирования компьютерной сети, определяющая принципы работы аппаратных и программных сетевых компонентов, организацию их связей, протоколы взаимодействия и способы физической передачи данных. Декомпозиция – разбиение одной сложной задачи на несколько более простых задач-модулей. Декомпозиция состоит в четком определении функций каждого модуля, а также порядка их взаимодействия. Многоуровневый подход – после представления исходной задачи в виде множества модулей эти модули группируют и упорядочивают по уровням, образующим иерархию. В соответствии с принципом иерархии для каждого промежуточного уровня можно указать непосредственно примыкающие к нему соседние вышележащий и нижележащий уровни. Межуровневый интерфейс, называемый также интерфейсом услуг, определяет набор функций, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком протоколов. Модель OSI имеет дело со стеком протоколов для сетей с коммутацией пакетов. Модель OSI не содержит описаний реализаций конкретного набора протоколов. Она лишь определяет, во-первых, уровни взаимодействия, во-вторых, стандартные названия уровней, в-третьих, функции, которые должен выполнять каждый уровень. В стандартах ISO для обозначения единиц обмена данными, с которыми имеют дело протоколы разных уровней, используется общее название протокольная единица данных. Для обозначения единиц обмена данными конкретных уровней часто используются специальные названия, в частности: сообщение, кадр, пакет, дейтаграмма, сегмент. В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней: □ прикладной (application layer); □ представления (presentation layer); □ сеансовый (session layer); □ транспортный (transport layer); □ сетевой (network layer); □ канальный (data link layer); □ физический (physical layer). Физический уровень модели OSI имеет дело с передачей потока битов по физическим каналам связи, таким как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или беспроводная линия связи. Канальный уровень, используя возможности, предоставляемые ему нижележащим, физическим, уровнем, предлагает вышележащему, сетевому, уровню следующие услуги: установление логического соединения между взаимодействующими узлами; согласование в рамках соединения скоростей передатчика и приемника информации; обеспечение надежной передачи, обнаружение и коррекцию ошибок. Протокольной единицей данных канального уровня является кадр. Сетевой уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей и называемой составной сетью, или интернетом. Технология, позволяющая соединять в единую сеть множество сетей, в общем случае построенных на основе разных технологий, называется технологией межсетевого взаимодействия. Данные вместе с заголовком образуют пакет — так называется протокольная единица данных сетевого уровня. Маршрутизируемые протоколы — реализует продвижение пакетов через сеть. Маршрутизирующие протоколы, или протоколами маршрутизации. С помощью этих протоколов маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсетевых соединений, на основании которой осуществляется выбор маршрута продвижения пакетов. Транспортный уровень обеспечивает приложениям и верхним уровням стека — прикладному, представления и сеансовому — передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Сеансовый уровень управляет взаимодействием сторон: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, и предоставляет средства синхронизации сеанса. Уровень представления, как явствует из его названия, обеспечивает представление передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. В качестве функций прикладного уровня модель OSI определяет предоставление разнообразных услуг пользовательским приложениям — таких, как доступ к общим сетевым ресурсам или распределенным сетевым сервисам. Для сетей с коммутацией пакетов сети с коммутацией каналов предоставляют сервис физического уровня, хотя сами они устроены достаточно сложно и поддерживают собственную иерархию протоколов. Открытой может быть названа любая система (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), которая построена в соответствии с открытыми спецификациями Под открытыми спецификациями понимаются опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами. В зависимости от статуса организаций различают следующие виды стандартов: □ стандарты отдельных фирм □ стандарты специальных комитетов и объединений □ национальные стандарты □ международные стандарты Важно различать модель OSI и стек протоколов OSI. В то время как модель OSI является абстрактной концепцией, стек OSI, построенный на основе модели OSI, представляет собой набор спецификаций конкретных протоколов, а также многочисленные программные реализации этих протоколов. Услуги компьютерной сети можно разделить на две категории: □ транспортные услуги; □ информационные услуги. Транспортные услуги состоят в передаче информации между пользователями сети в неизменном виде. Информационные услуги состоят в предоставлении пользователю некоторой новой информации. Инфокоммуникационные сети – сети в которых одинаково важны обе категории услуг. Сетевые повторители, называемые также концентраторами или хабами –повторяют электрические сигналы, поступающие на одни их интерфейсы, на других своих интерфейсах, улучшая характеристики сигналов. Коммутаторы локальных сетей поддерживают протоколы двух нижних уровней, физического и канального, что дает им возможность работать в пределах стандартных топологий. Маршрутизаторы должны поддерживать протоколы всех трех уровней, так как сетевой уровень нужен им для объединения сетей различных технологий, а протоколы нижних уровней — для взаимодействия с конкретными сетями. Коммутаторы глобальных сетей (например, MPLS), работающие на основе технологии виртуальных каналов, могут поддерживать как два уровня протоколов, так и три. При горизонтальном делении все протоколы (как основные, так и вспомогательные) разделяют на три слоя: □ пользовательский слой (user plane) включает группу основных протоколов, то есть протоколов, которые переносят пользовательский трафик; □ слой управления (control plane) составляют вспомогательные протоколы, необходимые для работы основных протоколов сети, например, протоколы маршрутизации, протоколы отображения имен на IP-адреса; □ слой менеджмента (management plane) объединяет вспомогательные протоколы, поддерживающие операции менеджмента (управления сетью администратором), такие как протокол SNMP для сбора информации об ошибках, протоколы удаленного конфигурирования устройств. Классификация — это процесс группирования, то есть отнесения к тому или иному типу объектов изучения в соответствии с их общими признаками. □ Сети операторов связи предоставляют публичные услуги, то есть клиентом сети может стать любой индивидуальный пользователь или любая организация, которая заключила соответствующий коммерческий договор на предоставление той или телекоммуникационной услуги. □ Корпоративные сети предоставляют услуги только сотрудникам предприятия, которое владеет этой сетью. □ Персональные сети находятся в личном использовании. □ Сети доступа — это сети, предоставляющие доступ индивидуальным и корпоративным абонентам от их помещений (квартир, офисов) до первого помещения (пункта присутствия) оператора сети связи или оператора корпоративной сети. □ Магистральные сети — это сети, представляющие собой наиболее скоростную часть (ядро) глобальной сети, которая объединяет многочисленные сети доступа в единую сеть. □ Первичные сети занимают особое положение в мире телекоммуникационных сетей, их можно рассматривать как вспомогательные сети, позволяющие гибко создавать постоянные физические двухточечные каналы для других компьютерных и телефонных сетей. □ Наложенные сети в этой классификации — это все остальные сети, которые предоставляют услуги конечным пользователям и строятся на основе каналов первичных — «накладываются» поверх этих сетей. |