Лекция 1. Системы телеобработки данных Лекция 2. Классификация и архитектура информационновычислительных сетей
 Скачать 1.06 Mb.
|
|
Лекция№3. Понятие сетевой модели. Сетевая модель OSI. План: Понятие открытой системы. Модель OSI Модель TCP/IP Понятие открытой системы Что же такое открытая система? Открытой может быть названа любая система (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), которая построена в соответствии с открытыми спецификациями. Модель OSI В модели OSI (рис. 1) средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств.  Рис. 1. Модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые операционной системой, системными утилитами, системными аппаратными средствами. Модель не включает средства взаимодействия приложений конечных пользователей. Свои собственные протоколы взаимодействия приложения реализуют, обращаясь к системным средствам. Поэтому необходимо различать уровень взаимодействия приложений и прикладной уровень.  Рис. 2. Вложенность сообщений различных уровней Уровни модели OSI Физический уровень Физический уровень (Physical layer) имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или цифровой территориальный канал. Канальный уровень Одной из задач канального уровня (Data Link layer) является проверка доступности среды передачи. Другой задачей канального уровня является реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами (frames). Сетевой уровень Сетевой уровень (Network layer) служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать совершенно различные принципы передачи сообщений между конечными узлами и обладать произвольной структурой связей. Транспортный уровень Транспортный уровень (Transport layer) обеспечивает приложениям или верхним уровням стека - прикладному и сеансовому - передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Сеансовый уровень Сеансовый уровень (Session layer) обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации. Представительный уровень Представительный уровень (Presentation layer) имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. Прикладной уровень Прикладной уровень (Application layer) - это в действительности просто набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты Модель TCP/IP Важную часть технологии TCP/IP составляют задачи адресации, к числу которых относятся следующие: Согласованное использование адресов различного типа. Эта задача включает отображение адресов разных типов, например преобразование сетевого IP-адреса в локальный, доменного имени — в IP-адрес. Обеспечение уникальности адресов. В зависимости от типа адреса требуется обеспечивать однозначность адресации в пределах компьютера, подсети, корпоративной сети или Интернета. Конфигурирование сетевых интерфейсов и сетевых приложений.  Рис. 3. Иерархическая структура стека TCP/IP Вопросы: Понятие открытой системы. Модель OSI Модель TCP/IP Лекция№4. Понятие протокола. Принципы работы протоколов разных уровней. План: Понятие протокола Стандартные стеки коммуникационных протоколов Понятие протокола Процедура взаимодействия этих двух узлов может быть описана в виде набора правил взаимодействия каждой пары соответствующих уровней обеих участвующих сторон. Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколом.  Рис. 1. Взаимодействие двух узлов Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов. Стандартные стеки коммуникационных протоколов Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей является стандартизация коммуникационных протоколов. В настоящее время в сетях используется большое количество стеков коммуникационных протоколов. Наиболее популярными являются стеки: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, DECnet, SNA и OSI. Все эти стеки, кроме SNA на нижних уровнях - физическом и канальном, - используют одни и те же хорошо стандартизованные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и некоторые другие, которые позволяют использовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим собственным протоколам. Эти протоколы часто не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. В частности, функции сеансового и представительного уровня, как правило, объединены с прикладным уровнем. Такое несоответствие связано с тем, что модель OSI появилась как результат обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не наоборот. Стек OSI Следует четко различать модель OSI и стек OSI. В то время как модель OSI является концептуальной схемой взаимодействия открытых систем, стек OSI представляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов. В отличие от других стеков протоколов стек OSI полностью соответствует модели OSI, он включает спецификации протоколов для всех семи уровней взаимодействия, определенных в этой модели. Стек TCP/IP Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Большой вклад в развитие стека TCP/IP, который получил свое название по популярным протоколам IP и TCP, внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии ОС UNIX. Популярность этой операционной системы привела к широкому распространению протоколов TCP, IP и других протоколов стека. Сегодня этот стек используется для связи компьютеров всемирной информационной сети Internet, а также в огромном числе корпоративных сетей. Стек IPX/SPX Этот стек является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell, разработанным для сетевой операционной системы NetWare еще в начале 80-х годов. Протоколы сетевого и сеансового уровней Internetwork Packet Exchange (IPX) и Sequenced Packet Exchange (SPX), которые дали название стеку, являются прямой адаптацией протоколов XNS фирмы Xerox, распространенных в гораздо меньшей степени, чем стек IPX/SPX. Стек NetBIOS/SMB Этот стек широко используется в продуктах компаний IBM и Microsoft. На физическом и канальном уровнях этого стека используются все наиболее распространенные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и другие. На верхних уровнях работают протоколы NetBEUI и SMB.  Рис. 2. Соответствие популярных стеков протоколов модели OSI Вопросы: Понятие протокола Стек OSI Стек TCP/IP Стек IPX/SPX Стек NetBIOS/SMB Лекция№5. Состав и характеристики линий связи. Беспроводные линии связи. План: Типы сетевых архитектур Одноранговые сети Сети с выделенным сервером Гибридная сеть Топология физических связей Архитектура Bluetooth Подключение к беспроводным сетям (Wi-Fi) Широкополосные беспроводные сети(IEEE 802.16) Типы сетевых архитектур Основными требованиями, которым должна удовлетворять организация ИВС, являются следующие: Открытость - возможность включения дополнительных абонентских, ассоциативных ЭВМ, а также линий (каналов) связи без изменения технических и программных средств существующих компонентов сети. Кроме того, любые две ЭВМ должны взаимодействовать между собой, несмотря на различие в конструкции, производительности, месте изготовления, функциональном назначении. Гибкость - сохранение работоспособности при изменении структуры в результате выхода из строя ЭВМ или линии связи. Эффективность - обеспечение требуемого качества обслуживания пользователей при минимальных затратах. Одноранговые сети В одноранговых сетях (рис.1) все компьютеры равны в возможностях доступа к ресурсам друг друга. Каждый пользователь может по своему желанию объявить какой-либо ресурс своего компьютера разделяемым, после чего другие пользователи могут с ним работать.  Рис. 1. Одноранговая сеть (здесь словом "Коммун." обозначены коммуникационные средства). Сети с выделенным сервером В сетях с выделенными серверами (рис. 2.) используются специальные варианты сетевых ОС, которые оптимизированы для работы в роли серверов и называются серверными ОС. Пользовательские компьютеры в таких сетях работают под управлением клиентских ОС.  Рис. 2. Сеть с выделенным сервером. Гибридная сеть В больших сетях наряду с отношениями клиент-сервер сохраняется необходимость и в одноранговых связях, поэтому такие сети чаще всего строятся по гибридной схеме (рис 3).  Рис. 3. Гибридная сеть. Топология физических связей Как только компьютеров становится больше двух, возникает проблема выбора конфигурации физических связей или топологии. Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (например, компьютеры) и коммуникационное оборудование (например, маршрутизаторы), а ребрам — электрические и информационные связи между ними. Число возможных конфигураций резко возрастает при увеличении числа связываемых устройств. Так, если три компьютера мы можем связать двумя способами, то для четырех компьютеров (рис.4.) можно предложить уже шесть топологически различных конфигураций (при условии неразличимости компьютеров).  Рис. 4. Варианты связи компьютеров. Среди множества возможных конфигураций различают полносвязные и неполносвязные :  Рис. 5. Типы конфигураций Полносвязная топология (рис. 5.) соответствует сети, в которой каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными.  Рис. 5. Полносвязная конфигурация.Ячеистая топология ( mesh ) получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна для крупных сетей (рис. 6.).  Рис. 6. Ячеистая топология. В сетях с кольцевой конфигурацией (рис. 7.) данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому. Главное достоинство "кольца" в том, что оно по своей природе обладает свойством резервирования связей. Действительно, любая пара узлов соединена здесь двумя путями — по часовой стрелке и против.  Рис. 7. Топология "кольцо".Топология "звезда" (рис.8.) образуется в том случае, когда каждый компьютер с помощью отдельного кабеля подключается к общему центральному устройству, называемому концентратором.  Рис. 8. Топология "звезда".«Дерево» Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа "звезда" (рис.9.).  Рис. 9. Топология "иерархическая звезда" или "дерево". Общая шина Особым частным случаем конфигурации звезда является конфигурация "общая шина" (рис.10.). Здесь в роли центрального элемента выступает пассивный кабель, к которому по схеме "монтажного ИЛИ" подключается несколько компьютеров.  Рис. 10. Топология "общая шина" Смешанная топология В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию — "звезда", "кольцо" или "общая шина", для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией (рис. 11).  Рис. 11. Смешанная топология. Характеристика беспроводных каналов связи Архитектура Bluetooth BlueTooth - стандарт беспроводной связи, работающий на частоте 2.45 ГГц. Радиус действия сильно варьируется в зависимости от мощности устройства, наличия помех и составляет от 10 до 100 метров. Помимо связи с телефонами и другими беспроводными устройствами (джойстики, мыши, клавиатуры, принтеры, гарнитуры и т д.), BlueTooth позволяет организовать беспроводную сеть. Микроволновые печи во время своей работы сознают сильные помехи в диапазоне частот 2.45 ГГц, что может значительно снизить скорость связи или вообще прервать соединение. Пикосеть 1 Пикосеть 2  Рис. Две пикосети могут, соединившись, сформировать рассеянную сеть Подключение к беспроводным сетям (Wi-Fi) В последнее время возросла популярность беспроводных локальных сетей (Wireless LAN, WLAN), в которых физический канал обеспечивается связью в инфракрасном или радиочастотном диапазоне электромагнитных волн. Независимо от физического канала беспроводные сети могут иметь три основных варианта топологии: Неплановая (ad-hoc) сеть — группа узлов с беспроводными адаптерами, которая находится в зоне взаимной «видимости» и может без всякого централизованного управления взаимодействовать между собой. В любой момент новый пользователь может как войти (в прямом смысле) в группу, так и покинуть ее. Здесь все узлы равноправны. Сеть с инфраструктурой — в «поле зрения» группы узлов имеется точка доступа (access point), которая централизованно координирует их работу. Здесь точка доступа находится в заведомо привилегированном положении. Сеть с расширинной инфраструктурой – несколько точек доступа, соеденённых между собой (проводной, или беспроводной сетью); клиентские узлы находятся в радиусе действия одной, или нескольких точек доступа. Клиентские узлы по мере перемещения (или изменения условий приёма) могут переходить от одной точки доступа к другой. Широкополосные беспроводные сети(IEEE802.16) Во многих странах телефонная система в какой-то момент перестала быть жестко управляемой, и появилось множество фирм, предлагающих локальные услуги голосовой связи и интернет-услуги. Предложений действительно много. Проблема только в том, что прокладка волоконно-оптического кабеля, коаксиала или даже витой пары пятой категории к миллионам абонентов обходится очень дорого. Нужны широкополосные беспроводные сети. Установить одну большую антенну на горке где-нибудь рядом с населенным пунктом и расставить на крышах домов абонентов приемные антенны шрадо проще и дешевле, чем рыть траншеи и протягивать кабель. Однако еще до недавних пор каждый оператор стремился использовать Свою собственную систему. Отсутствие стандартов означало, что аппаратное и Программное обеспечение не могли быть запущены в массовое производство. Это, в свою очередь, приводило к установке неоправданно высоких цен при низкой популярности. По традиции, сформировать комитет для разработки стандарта было поручено IEEE. В комитет 802.16 вошли представители крупнейших фирм и научных организаций. Работа была начата в июле 1999 года, а официальный результат был представлен в апреле 2002 года. Название стандарта таково: ^Эфирный интерфейс стационарных широкополосных беспроводных систем Доступа». Тем не менее, большинство предпочитает использовать более короткое название: беспроводные региональные сети, или беспроводные местные линии Вопросы: Типы сетевых архитектур Одноранговые сети Сети с выделенным сервером Гибридная сеть Топология физических связей Архитектура Bluetooth Подключение к беспроводным сетям (Wi-Fi) Широкополосные беспроводные сети(IEEE 802.16) |