выа. сети 1. Общие принципы построения сетей Часть Простейшая сеть из двух компьютеров

Название	Общие принципы построения сетей Часть Простейшая сеть из двух компьютеров
Дата	24.05.2022
Размер	6.56 Mb.
Формат файла
Имя файла	сети 1.pptx
Тип	Документы #547867

Общие принципы построения сетей

Часть 2.

Простейшая сеть из двух компьютеров

Исторически главной целью объединения компьютеров в сеть было разделение ресурсов:

сетевыми средствами

Сетевые интерфейсы

Интерфейс – формально определенная логическая и/или физическая граница между взаимодействующими независимыми объектами. Интерфейс задает параметры, процедуры и характеристики взаимодействия объектов.

Сетевые интерфейсы

Физический интерфейс – (наз. порт) определяется набором электрических связей и характеристиками сигналов.

разъем

кабелем

Линия

канал связи

Сетевые интерфейсы

Логический интерфейс (наз. протокол) – это набор информационных сообщений определенного формата, которыми обмениваются два устройства или две программы, а также набор правил, определяющих логику обмена этими сообщениями.

Сетевые интерфейсы

Интерфейс компьютер – компьютер:

Аппаратный модуль, наз. сетевой адаптер или сетевой интерфейсной картой (Network Interface Card, NIC);
Драйвер сетевой интерфейсной карты – специальная программа, управляющая работой сетевой интерфейсной карты.

Сетевые интерфейсы

Интерфейс компьютер – периферийное устройство:

со стороны компьютера – интерфейсная карта, драйвер периферийного устройства (ПУ) принтера, со стороны ПУ – контроллер ПУ.

Обмен данными между двумя компьютерами

Доступ к ПУ через сеть

Сетевые службы и сервисы

Клиент – это модуль, предназначенный для формирования и передачи сообщений – запросов к ресурсам удаленного компьютера от разных приложений с последующим приемом результатов из сети и передачи их соответствующим приложениям. Сервер – это модуль, который постоянно ожидает прихода из сети запросов от клиентов, и приняв запрос, пытается его обслужить, как правило, с участием локальной ОС; один сервер может обсуживать запросы сразу нескольких клиентов (поочередно или одновременно).

Сетевые службы и сервисы

Пара клиент – сервер, предоставляющая доступ к конкретному типу ресурса компьютера через сеть, образует сетевую службу.

Служба печати;
Файловая служба;
Веб - служба;

Сетевые службы и сервисы

Сетевая операционная система – это операционная система компьютера, которая помимо управления локальными ресурсами предоставляет пользователям и приложениям возможность эффективного и удобного доступа к информационным и аппаратным ресурсам других компьютеров сети.
Сегодня практически все операционные системы являются сетевыми.

Доступ к сетевым ресурсам обеспечивается:

Сетевыми службами;
Средствами транспортировки сообщений по сети.

Сетевые приложения

Типы приложений:

Локальные приложения;
Централизованное сетевое приложение;
Распределенное (сетевое) приложение.

Сетевые приложения

Физическая передача данных по линиям связи

Кодирование

В вычислительной технике для представления данных используется двоичный код.
Представление данных в виде электрических или оптических сигналов наз. кодирование.
Способы кодирования:

Кодирование

Проблемы передачи данных:

Качество линий связи;
Количество проводов;
Синхронизация передатчика и приемника.

Повышение надежности передачи данных:

подсчет контрольной суммы;
Сигнал-квитанция.

Предложенная нагрузка – это поток данных, поступающий от пользователя на вход сети (бит в секунду);
Скорость передачи данных – это фактическая скорость потока данных, прошедшего через сеть;
Емкость канала связи (пропускная способность) – максимально возможная скорость передачи информации по каналу.
Параметры физической среды передачи;
Полоса пропускания – ширина полосы частот, которую линия связи передает без существенных искажений.

Типы каналов связи:

Дуплексный канал обеспечивает одновременную передачу информации в обоих направлениях;
Полудуплексный канал обеспечивает передачу информации в обоих направлениях, но не одновременно, а по очереди;
Симплексный канал позволяет передавать информацию только в одном направлении.

Топология сети – конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети и коммуникационное оборудование, а ребрам – физические или информационные связи между вершинами.

От выбора топологии связей существенно зависят характеристики сети:

Надежность сети;
Распределение загрузки между каналами связи;
Расширяемость;
Экономическая эффективность.

Звезда

Кольцо

Дерево

Пересекающиеся кольца

Нерегулярное соединение

Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными.

Общая шина соответствует сети, в которой каждый компьютер подключен единому кабелю.

Хост

Кабель

Адресация узлов сети

Один компьютер может иметь несколько сетевых интерфейсов. Например, для создания полносвязной структуры из N компьютеров, требуется чтобы у каждого из них имелся N-1 интерфейс.

Адресация узлов сети

Классификация интерфейсов:

Уникальный адрес (unicast) используется для идентификации отдельных интерфейсов;
Групповой адрес (multicast) идентифицирует сразу несколько интерфейсов, данные доставляются каждому из узлов, входящих в группу;
Широковещательный адрес (broadcast). Данные, направленные по этому адресу должны быть доставлены всем узлам сети;
Адрес произвольной рассылки (anycast), задает группу адресов, однако данные, должны быть доставлены не всем адресам данной группы, а любому из них.

Адресация узлов сети

Типы адресов:

Числовые (129.26.255.255);
Символьные (www.kemsu.ru).

Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках некоторой адресации, называется адресным пространством.

Адресное пространство может иметь:

Плоскую (линейную) организацию;

Иерархическую организацию.

Адресация узлов сети

MAC–адрес, предназначен для однозначной идентификации сетевых интерфейсов в локальных сетях.

Пример: 00:81:00:5e:24:a8.

MAC-адрес встраивается в аппаратуру компанией-изготовителем – аппаратный адрес (hardware address).

Адресация узлов сети

MAC–адрес

Адресация узлов сети

Иерархическая организация:

множество адресов структурируется в виде подгрупп, которые, последовательно сужая адресуемую область, определяют отдельный сетевой интерфейс.

Пример: IPX и IP адреса.

Адресация узлов сети

Иерархическая организация множества адресов.

Адресация узлов сети

Обычно применяют сразу несколько схем адресации, сетевой интерфейс компьютера может быть одновременно иметь несколько адресов имен.

Для преобразования адресов из одного вида в другой используется специальные вспомогательные протоколы – протоколы разрешения адресов.

Проблема установления соответствия между адресами различных типов решается как централизованными, так и распределенными средствами.

Адресация узлов сети

При централизованном подходе в сети выделяются один или несколько компьютеров, в которых хранится таблица соответствия имен различных типов, например, символьных имен и числовых адресов.

При распределенном подходе каждый компьютер сам хранит все назначенные адреса разного типа.

Протокол разрешения адресов (Address Resolution Protocol, ARP) стека TCP/IP.

Идентификация сетевого интерфейса -> идентификация процесса, которому предназначены данные (номер порта UDP, TCP).

Коммутация

Коммутация – соединение конечных узлов через сеть транзитных узлов.
Маршрут – последовательность узлов, лежащих на пути от отправителя к получателю.

Обобщенная задача коммутации

Определение информационных потоков, для которых требуется прокладывать маршруты;
Маршрутизация потоков;
Продвижение потоков, то есть распознавание потоков и их локальная коммутация на каждом транзитном узле.
Мультиплексирование и демультиплексирование потоков.

Информационным потоком (потоком данные) наз. непрерывную последовательность данных, объединенных общим признаков, выделяющих эти данные из общего сетевого трафика.

data stream – равномерный информационный поток;
data flow – неравномерный информационный поток.

Адрес источника и назначения определяют поток для пары соответствующих конечных узлов.

Признаки потока может иметь:

глобальные и локальное значения.

Метка потока – особый признак.

Глобальная метка назначается данным потока и не меняет своего значения на всем протяжении его пути следования от узла источника до узла назначения.

Локальная метка – динамически меняется свое значение при передаче данных от одного узла к другому.

Маршрутизация

Две подзадачи маршрутизации:

Определение маршрута;
Оповещение сети о выбранном маршруте.

Определить маршрут означает выбрать последовательность транзитных узлов и их интерфейсов, через которые надо передавать данные, чтобы доставить их адресату.

Маршрутизация

Абстрактный способ измерения близости между двумя объектами называется метрикой.

Типы метрики:

Количество транзитных узлов;
Линейная протяженность;
Стоимость использования;
Пропускная способность.

Маршрутизация

Оповещение о маршруте всем устройствам сети.

Сообщение о маршруте обрабатывается каждым устройством, создается новая запись – в таблице коммутации.

Продвижение данных

Локальные операции коммутации.

Отправитель должен выставить данные на тот свой интерфейс, с которого начинается найденный маршрут.

Транзитные узлы должны соответствующим образом выполнить «переброску» данных с одного своего интерфейса на другой – коммутацию интерфейсов.

Коммутатор – устройство, функциональным назначением которого является коммутация.

Продвижение данных

Коммутатор

Продвижение данных

Коммутатор:

Специализированное устройство;
Универсальный компьютер со встроенным механизмом коммутации.

Продвижение данных

Коммутационная сеть

Демультиплексирование – разделение суммарного агрегированного потока на несколько составляющих его потоков.

Мультиплексирование – образование из нескольких отдельных потоков общего агрегированного потока, который передается по одному физическому каналу связи.

Операции мультиплексирования и демультиплексирования потоков при коммутации

Способы мультиплексирования:

Разделение времени – каждый поток периодически на определенное время получает физический канал в свое полное распоряжение и передает по нему свои данные;
Частотное разделение – каждый поток передает данные в выделенном ему частотном диапазоне.

мультиплексор и демультиплексор

Разделяемая среда (shared medium) 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.

Задача:

Совместного использования среды независимыми передатчиками таким образом, чтобы в каждый отдельный момент времени по среде передавались данные только одного передатчика.

Решение:

Механизм синхронизации доступа интерфейсов к разделяемой среде.

Способ организации совместного доступа:

Централизованный подход - арбитр;
Децентрализованный подход;

Разделяемая среда

Тип коммутации

Задачи коммутации:

Определение потоков и соответствующих маршрутов;
Фиксация маршрутов в конфигурационных параметрах и таблицах сетевых устройств;
Распределение потоков и передача данных между интерфейсами одного устройства;
Мультиплексирование и демультиплексирование потоков;
Разделение среды передачи.

Тип коммутации

Коммутация каналов;
Коммутация пакетов;

Типы коммутации: коммутация каналов

Управление потоком в реальном времени, сохраняется порядок данных, огромный опыт создания и хорошо развитая инфраструктура.
Очень неэффективное использование ресурсов, низкая надежность, медленное установление соединения.

Типы коммутации: коммутация пакетов

Высокая скорость установления соединения (передатчик сразу начинает передачу)
Низкий уровень ошибок в канале, надежность, рациональное использование ресурсов, сильная зависимость времени передачи от загрузки сети.