Контрольная работа компьютерные сети. Контрольная работа по дисциплине Компьютерные сети
 Скачать 180 Kb.
|
обеспечение совместного доступа к общим ресурсам. |
| Тип сети | Скорость доступа | Трафик | Примечания |
| Х.25 | 1,2 – 64 кбит/с | Терминальный | Большая избыточность протоколов, хорошо работают на каналах низкого качества |
| Frame ReLay | От 64 Кбит/с до 2 Мбит/с | Компьютерный | Сравнительно новые сети, хорошо передают пульсации трафика, в основном поддерживают службу постоянных виртуальных каналов |
| SMDS | 1,544 – 45 Мбит/с | Компьютерный, графика, голос, видео | Сравнительно новые сети, распространенные в крупных городах Америки, вытесняются сетями ATM |
| ATM | 1,544 – 155 Мбит/с | Компьютерный, графика, голос, видео | Новые сети, коммерческая эксплуатация началась с 1996 года, пока используются в основном для передачи компьютерного трафика |
| TCP/IP | 1,2 – 2,048 Кбит/с | Компьютерный, терминальный | Широко распространены в некоммерческом варианте – сети Internet, коммерческие услуги пока слабые |
Принципы работы сетей TCP/IP остаются неизменными и при включении в состав этих сетей глобальных сетей различных технологий. Для остальных технологий, кроме SMDS, будут рассмотрены принципы доставки пакетов, пользовательский интерфейс и типы оборудования доступа к сетям данных технологий.
Технология SMDS (Switched Multi-megabit Data Service) была разработана в США для объединения локальных сетей в масштабах мегаполиса, а также предоставления высокоскоростного выхода в глобальные сети. Эта технология поддерживает скорости доступа до 45 Мбит/с и сегментирует кадры МАС - уровня в ячейки фиксированного размера 53 байт, имеющие, как и ячейки технологии АТМ, поле данных в 48 байт. Технология SMDS основана на стандарте IEEE 802.6, который описывает несколько более широкий набор функций, чем SMDS. Стандарты SMDS приняты компанией Bellcore, но международного статуса не имеют. Сети SMDS были реализованы во многих крупных городах США, однако в других странах эта технология распространения не получила. Сегодня сети SMDS вытесняются сетями АТМ, имеющими более широкие функциональные возможности.
Магистральные сети и сети доступа
Целесообразно делить территориальные сети, используемые для построения корпоративной сети, на две большие категории:
магистральные сети;
сети доступа.
Магистральные территориальные сети (backbone wide-area networks) используются для образования одноранговых связей между крупными локальными сетями, принадлежащими большим подразделениям предприятия. Магистральные территориальные сети должны обеспечивать высокую пропускную способность, так как на магистрали объединяются потоки большого количества подсетей. Кроме того, магистральные сети должны быть постоянно доступны, то есть обеспечивать очень высокий коэффициентом готовности, так как по ним передается трафик многих критически важных для успешной работы предприятия приложений (business-critical applications). Ввиду особой важности магистральных средств им может «прощаться» высокая стоимость. Так как у предприятия обычно имеется не так уж много крупных сетей, то к магистральным сетям не предъявляются требования поддержания разветвленной инфраструктуры доступа.
Обычно в качестве магистральных сетей используются цифровые выделенные каналы со скоростями от 2 до 622 Мбит/с, по которым передается трафик IP, IPX или протоколов архитектуры SNA компании IBM, сети с коммутацией пакетов frame relay, ATM, X.25 или TCP/IP. При наличии выделенных каналов для обеспечения высокой готовности магистрали используется смешанная избыточная топология связей, как это показано на рис. 3.
Рис. 3. Структура глобальной сети предприятия
Под сетями доступа понимаются территориальные сети, необходимые для связи небольших локальных сетей и отдельных удаленных компьютеров с центральной локальной сетью предприятия. Если организации магистральных связей при создании корпоративной сети всегда уделялось большое внимание, то организация удаленного доступа сотрудников предприятия перешла в разряд стратегически важных вопросов только в последнее время. Быстрый доступ к корпоративной информации из любой географической точки определяет для многих видов деятельности предприятия качество принятия решений его сотрудниками. Важность этого фактора растет с увеличением числа сотрудников, работающих на дому (telecommuters - телекоммьютеров), часто находящихся в командировках, и с ростом количества небольших филиалов предприятий, находящихся в различных городах и, может быть, разных странах.
В качестве отдельных удаленных узлов могут также выступать банкоматы или кассовые аппараты, требующие доступа к центральной базе данных для получения информации о легальных клиентах банка, пластиковые карточки которых необходимо авторизовать на месте. Банкоматы или кассовые аппараты обычно рассчитаны на взаимодействие с центральным компьютером по сети Х.25, которая в свое время специально разрабатывалась как сеть для удаленного доступа неинтеллектуального терминального оборудования к центральному компьютеру.
К сетям доступа предъявляются требования, существенно отличающиеся от требований к магистральным сетям. Так как точек удаленного доступа у предприятия может быть очень много, одним из основных требований является наличие разветвленной инфраструктуры доступа, которая может использоваться сотрудниками предприятия как при работе дома, так и в командировках. Кроме того, стоимость удаленного доступа должна быть умеренной, чтобы экономически оправдать затраты на подключение десятков или сотен удаленных абонентов. При этом требования к пропускной способности у отдельного компьютера или локальной сети, состоящей из двух-трех клиентов, обычно укладываются в диапазон нескольких десятков килобит в секунду (если такая скорость и не вполне удовлетворяет удаленного клиента, то обычно удобствами его работы жертвуют ради экономии средств предприятия).
В качестве сетей доступа обычно применяются телефонные аналоговые сети, сети ISDN и реже - сети frame relay. При подключении локальных сетей филиалов также используются выделенные каналы со скоростями от 19,2 до 64 Кбит/с. Качественный скачок в расширении возможностей удаленного доступа произошел в связи со стремительным ростом популярности и распространенности Internet. Транспортные услуги Internet дешевле, чем услуги междугородных и международных телефонных сетей, а их качество быстро улучшается.
Программные и аппаратные средства, которые обеспечивают подключение компьютеров или локальных сетей удаленных пользователей к корпоративной сети, называются средствами удаленного доступа. Обычно на клиентской стороне эти средства представлены модемом и соответствующим программным обеспечением.
Организацию массового удаленного доступа со стороны центральной локальной сети обеспечивает сервер удаленного доступа (Remote Access Server, RAS). Сервер удаленного доступа представляет собой программно-аппаратный комплекс, который совмещает функции маршрутизатора, моста и шлюза. Сервер выполняет ту или иную функцию в зависимости от типа протокола, по которому работает удаленный пользователь или удаленная сеть. Серверы удаленного доступа обычно имеют достаточно много низкоскоростных портов для подключения пользователей через аналоговые телефонные сети или ISDN.
Показанная на рис. 3. структура глобальной сети, используемой для объединения в корпоративную сеть отдельных локальных сетей и удаленных пользователей, достаточно типична. Она имеет ярко выраженную иерархию территориальных транспортных средств, включающую высокоскоростную магистраль (например, каналы SDH 155-622 Мбит/с), более медленные территориальные сети доступа для подключения локальных сетей средних размеров (например, frame relay) и телефонную сеть общего назначения для удаленного доступа сотрудников.
3. Функции и характеристики сетевых адаптеров.
Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) вместе со своим драйвером реализует второй, канальный уровень модели открытых систем в конечном узле сети — компьютере. Более точно, в сетевой операционной системе пара адаптер и драйвер выполняет только функции физического и МАС-уровней, в то время как LLC-уровень обычно реализуется модулем операционной системы, единым для всех драйверов и сетевых адаптеров. Собственно так оно и должно быть в соответствии с моделью стека протоколов IEEE 802. Например, в ОС Windows NT уровень LLC реализуется в модуле NDIS, общем для всех драйверов сетевых адаптеров, независимо от того, какую технологию поддерживает драйвер.
Сетевой адаптер совместно с драйвером выполняют две операции: передачу и прием кадра.
Передача кадра из компьютера в кабель состоит из перечисленных ниже этапов (некоторые могут отсутствовать, в зависимости от принятых методов кодирования). Прием кадра данных LLC через межуровневый интерфейс вместе с адресной информацией МАС-уровня. Обычно взаимодействие между протоколами внутри компьютера происходит через буферы, расположенные в оперативной памяти. Данные для передачи в сеть помещаются в эти буферы протоколами верхних уровней, которые извлекают их из дисковой памяти либо из файлового кэша с помощью подсистемы ввода/вывода операционной системы.
Оформление кадра данных МАС-уровня, в который инкапсулируется кадр LLC (с отброшенными флагами 01111110). Заполнение адресов назначения и источника, вычисление контрольной суммы. Формирование символов кодов при использовании избыточных кодов типа 4В/5В. Скрэмблирование кодов для получения более равномерного спектра сигналов. Этот этап используется не во всех протоколах — например, технология Ethernet 10 Мбит/с обходится без него. Выдача сигналов в кабель в соответствии с принятым линейным кодом — манчестерским, NRZI, MLT-3 и т. п. Прием кадра из кабеля в компьютер включает следующие действия. Прием из кабеля сигналов, кодирующих битовый поток. « Выделение сигналов на фоне шума. Эту операцию могут выполнять различные специализированные микросхемы или сигнальные процессоры DSP. В результате в приемнике адаптера образуется некоторая битовая последовательность, с большой степенью вероятности совпадающая с той, которая была послана передатчиком. Если данные перед отправкой в кабель подвергались скрэмблированию, то они пропускаются через дескрэмблер, после чего в адаптере восстанавливаются символы кода, посланные передатчиком.
Проверка контрольной суммы кадра. Если она неверна, то кадр отбрасывается, а через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC передается соответствующий код ошибки. Если контрольная сумма верна, то из МАС-кадра извлекается кадр LLC и передается через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC. Кадр LLC помещается в буфер оперативной памяти. Распределение обязанностей между сетевым адаптером и его драйвером стандартами не определяется, поэтому каждый производитель решает этот вопрос самостоятельно. Обычно сетевые адаптеры делятся на адаптеры для клиентских компьютеров и адаптеры для серверов. В адаптерах для клиентских компьютеров значительная часть работы перекладывается на драйвер, тем самым адаптер оказывается проще и дешевле. Недостатком такого подхода является высокая степень загрузки центрального процессора компьютера рутинными работами по передаче кадров из оперативной памяти компьютера в сеть. Центральный процессор вынужден заниматься этой работой вместо выполнения прикладных задач пользователя.
Поэтому адаптеры, предназначенные для серверов, обычно снабжаются собственными процессорами, которые самостоятельно выполняют большую часть работы по передаче кадров из оперативной памяти в сеть и в обратном направлении. Примером такого адаптера может служить сетевой адаптер SMS EtherPower со встроенным процессором Intel i960. В зависимости от того, какой протокол реализует адаптер, адаптеры делятся на Ethernet-адаптеры, Token Ring-адаптеры, FDDI-адаптеры и т. д. Так как протокол Fast Ethernet позволяет за счет процедуры автопереговоров автоматически выбрать скорость работы сетевого адаптера в зависимости от возможностей концентратора, то многие адаптеры Ethernet сегодня поддерживают две скорости работы и имеют в своем названии приставку 10/100. Это свойство некоторые производители называют автачувствителъностью. Сетевой адаптер перед установкой в компьютер необходимо конфигурировать. При конфигурировании адаптера обычно задаются номер прерывания IRQ, используемого адаптером, номер канала прямого доступа к памяти DMA (если адаптер поддерживает режим DMA) и базовый адрес портов ввода/вывода.
Если сетевой адаптер, аппаратура компьютера и операционная система поддерживают стандарт Plug-and-Play, то конфигурирование адаптера и его драйвера осуществляется автоматически. В противном случае нужно сначала сконфигурировать сетевой адаптер, а затем повторить параметры его конфигурации для драйвера. В общем случае, детали процедуры конфигурирования сетевого адаптера и его драйвера во многом зависят от производителя адаптера, а также от возможностей шины, для которой разработан адаптер.
4. Модемы: назначение, виды, характеристики.
Название «модем» произошло от двух слов – Модулятор-демодулятор – и обозначает устройство для преобразования цифрового сигнала в аналоговый и обратно. Главные характеристики модема – скорость передачи данных, чувствительность к помехам на телефонной линии и качество соединения.
По видам модемы делятся на:
аналоговые и цифровые;
внутренние и внешние;
программные и аппаратные.
Аналоговые (Dial-Up или диалоговые) модемы – приемлемый выбор для тех, кто редко пользуется Интернетом. Диалоговый модем подходит к любому типу компьютера и ОС. Минус – этот вид модема не обеспечивает высокой скорости передачи данных. Для выхода в Интернет требуется телефонная карта оплаты. Соединение осуществляется только при свободной телефонной линии.
Цифровые модемы обеспечивают подключение к Интернету по технологии DSL. Соединение при этом отличается высокой скоростью и качеством. Самый популярный из данного вида модемов – ADSL. Выбор ADSL-модема зависит от способа подключения к компьютеру. Выделяются два типа ADSL-модемов: USB и Ethernet.
Для USB-модема внешний источник питания не требуется. Этот вид модема недорого стоит, но требует совместимости с операционной системой и установки драйверов.
Ethernet-модем (LAN ADSL) совместим со всеми ОС и поддерживает доступ в Интернет с нескольких компьютеров. Возможность распределенного трафика осуществляется с помощью роутера – специального сетевого устройства.
Внутренние и внешние виды модемов практически одинаковы по набору функций. Внутренний модем отличается от внешнего тем, что у него нет своего блока питания и выполнен он в виде платы, которая вставляется в слот ISA или PCIкомпьютера точно так же, как и все остальные вспомогательные платы: видеоадаптер, звуковая карта и т. п. Встроенный модем поддерживают не все ОС, поэтому при выборе внутреннего ADSL модема нужно уточнить его совместимость с ОС.
Внешний модем оснащен световыми индикаторами передачи данных, и соединяется с компьютером при помощи COM или USB кабеля. Этот вид модема имеет отдельный корпус и отдельный блок питания. Также внешний модем менее чувствителен к качеству телефонной линии, что дает ему преимущество перед внутренним.
Программные модемы относятся к ранним разработкам. В основном они совместимы с ОС Windows, и требовательны к качеству работы компьютера. Программный модем дешевле аппаратного, но большая часть нагрузки приходится на компьютер.
Аппаратные модемы подходят к любому типу операционной системы. Они могут поддерживать дополнительные функции: обработку сигнала, дозвон, автоответчик, определитель номера, прием-передачу данных. Такие виды модемов называются голосовыми или факс-модемами.
5. Протоколы: основные понятия и принципы взаимодействия.
Многоуровневое представление средств сетевого взаимодействия имеет свою специфику, связанную с тем, что в процессе обмена сообщениями участвуют, по меньшей мере, две стороны, то есть в данном случае необходимо организовать согласованную работу двух иерархий аппаратных и программных средств на разных компьютерах. Оба участника сетевого обмена должны принять множество соглашений. Например, они должны согласовать уровни и форму электрических сигналов, способ определения размера сообщений, договориться о методах контроля достоверности и т. п. Другими словами, соглашения должны быть приняты на всех уровнях, начиная от самого низкого — уровня передачи битов, и заканчивая самым высоким, реализующим обслуживание пользователей сети.
На рис. 4 показана модель взаимодействия двух узлов. С каждой стороны средства взаимодействия представлены четырьмя уровнями. Каждый уровень поддерживает интерфейсы двух типов. Во-первых, это интерфейсы услуг с выше- и нижележащим уровнями «своей» иерархии средств. Во-вторых, это интерфейс со средствами взаимодействия другой стороны, расположенными на том же уровне иерархии. Этот тип интерфейса называют протоколом. Таким образом, протокол всегда является одноранговым интерфейсом.
Рис. 4. Взаимодействие двух узлов
В сущности, термины «протокол» и «интерфейс» выражают одно и то же понятие — формализованное описание процедуры взаимодействия двух объектов, но традиционно в сетях за ними закрепили разные области действия: протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы — правила взаимодействия модулей соседних уровней в одном узле.
Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней, как правило, программными средствами.
Программный модуль, реализующий некоторый протокол, называют протокольной сущностью, или, для краткости, тоже протоколом. Понятно, что один и тот же протокол может быть реализован с разной степенью эффективности. Именно поэтому при сравнении протоколов следует учитывать не только логику их работы, но и качество программной реализации. Более того, на эффективность взаимодействия устройств в сети влияет качество всей совокупности протоколов, составляющих стек, в частности то, насколько рационально распределены функции между протоколами разных уровней и насколько хорошо определены интерфейсы между ними.
Протокольные сущности одного уровня двух взаимодействующих сторон обмениваются сообщениями в соответствии с определенным для них протоколом. Сообщения состоят из заголовка и поля данных (иногда оно может отсутствовать). Обмен сообщениями является своеобразным языком общения, с помощью которого каждая из сторон «объясняет» другой стороне, что необходимо сделать на каждом этапе взаимодействия. Работа каждого протокольного модуля состоит в интерпретации заголовков поступающих к нему сообщений и выполнении связанных с этим действий. Заголовки сообщений разных протоколов имеют разную структуру, что соответствует различиям в их функциональности. Понятно, что чем сложнее структура заголовка сообщения, тем более сложные функции возложены на соответствующий протокол.
Принципы работы протоколов разных уровней
В ходе обмена данными по сети протоколы разных уровней тесно взаимодействуют друг с другом. Протоколы более высоких уровней используют возможности и сервисы протоколов нижних уровней.
Приложения обмениваются информацией с помощью средств, предоставляемых прикладными протоколами, которые в свою очередь обеспечивают пересылку данных за счет использования соответствующих транспортных протоколов.
Транспортные протоколы осуществляют передачу данных, используя услуги сетевых протоколов, отвечающих за управление адресацией, маршрутизацию в сложных сетях, обеспечение надежности передачи данных и т. д.
Предоставление сетевых услуг
Сетевая услуга или сетевой сервис — это процесс обслуживания объектов сети, обычно связанный с распределенной обработкой данных и информационным обменом. Объектами сети могут быть пользователи, программы, операционные системы, функциональные блоки, вычислительные процессы и т. д.
Примерами сетевых услуг являются следующие распространенные виды сервисов:
хранение данных;
поиск информации;
почтовые услуги (например, электронная почта);
передача сообщений и блоков данных между узлами сети;
организация сеансов взаимодействия между прикладными процессами.
Сетевой сервис определяет интерфейс между потребителем и поставщиком сетевых услуг.
Потребителями сетевых услуг могут являться пользователи, прикладные программы, другие объекты сети. Поставщиком сетевых услуг является сетевая служба — некая сетевая компонента, совокупность средств, которые позволяют реализовать услугу либо набор услуг.
К таким средствам относятся:
средства обеспечения общего доступа и пользования локальных ресурсов и услуг — серверная часть программного обеспечения, реализующего сетевую службу;
средства получения доступа и обеспечения использования удаленных ресурсов и услуг — клиентская часть программного обеспечения, реализующего сетевую службу.
При этом серверная часть сетевой службы производит обработку и выполнение запросов, полученных от клиентской части службы и касающихся использования или получения доступа к сетевым ресурсам, с которыми данная сетевая служба связана.
Так, сетевая служба, организующая взаимодействие клиента с удаленными файловыми системами, будет называться файловой. Почтовая служба предоставляет пользователю доступ к ресурсам и возможностям электронной почты. А сетевая служба печати позволяет производить печать с использованием удаленного принтера.
Таким образом, серверная часть может предоставлять сетевые услуги клиентской части при непосредственной инициативе этой клиентской части.
Взаимодействия между клиентами и сервером осуществляется посредством телекоммуникационных средств сетевой службы и сети передачи данных, выполняющих формирование сообщений запросов и ответов, разбиение этих сообщений при необходимости на отдельные блоки данных, обеспечение адресации, маршрутизации, надежной доставки этих сообщений и т. д. в соответствии с правилами, которые определяются используемыми коммуникационными протоколами.
Обычно сетевая служба располагается на прикладном уровне модели OSI, т. е. выполняет его функции, иногда может занимать и уровень представления. При этом сетевая служба, используя средства нижележащих уровней, не зависит от типа используемой коммуникационной сети.
Таким образом, сетевая служба зачастую является платформой для тех или иных прикладных процессов.
По степени интеграции сетевой службы в операционную систему различают следующие виды программной реализации сетевой службы:
высокая степень интеграции — сетевая служба является частью операционной системы;
средняя степень интеграции — сетевая служба представляет собой надстройку над операционной системой;
низкая степень интеграции — сетевая служба является самостоятельным программным продуктом.