Основные понятия компьютерных сетей
 Скачать 73.34 Kb.
|
|
Основные понятия компьютерных сетей Компьютерная сеть (КС) – это система компьютеров, связанных между собой каналами передачи информации. Канал передачи (физическая передающая среда) – линии связи или пространство, в котором распространяются электрический сигналы, и аппаратура передачи данных. Объекты сети, поставляющие или потребляющие информацию, называются абонентами сети. Назначение всех КС определяется тремя функциями: – обеспечение совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети; – обеспечение совместного доступа к ресурсам данных сети; – обмен информацией (коммуникация). Поток информации, передаваемый по сети, называется сетевым трафиком. Пропускная способность линии связи определяется как количество информации, проходящей через линию за единицу времени. Измеряется в Кбит/с (килобит в секунду). В общем случае для организации компьютерных сетей необходимо – специальное техническое обеспечение (сетевое оборудование); – специальное программное обеспечение (сетевое ПО). Классификация КС Классифицировать сети можно: по способу организации, по территориальному признаку, по каналам передачи данных, по физической топологии (по правилам физического соединения абонентов сети). Классификация сетей по способу организации: Сервер – поставщик информацию (или К., на котором установлена эта программа) Клиент – потребитель информации (программа или К.)
Классификация сетей по территориальному признаку: Локальная сеть (ЛС) позволяет организовать работу отдельных предприятий, организаций и учреждений. Глобальная сеть (ГС) объединяет абонентов, расположенных друг от друга на больших расстояниях: в районах города, в разных городах странах, на разных континентах. Классификация сетей по каналам передачи данных: – Кабельные: Витая пара (+ дешевизна, простота монтажа,- небольшая длина луча звезды) Коаксиальный кабель (+ помехозащитен, связь на большие расстояния, - трудоемкость монтажа, дороговизна) Оптико-волоконные линии + связь на большие расстояния, обладают противоподслушивающим свойством, - дороговизна) – Телефонные линии (+ доступность,- низкая помехозащитность) – Радиосеть (+ применяется в местах, где невозможно проложить кабель, простота построения,- очень высокая стоимость, применение любого радиооборудования требует оформления документов-разрешений) – Спутниковая связь – бортовое оборудование всегда максимально простое и надежное – однажды запущенный спутник не м.б. модернизирован или отремонтирован. Классификация сетей по физической топологии Топология – геометрический способ соединения узлов сети. Физические топологии: шина, звезда, кольцо, дерево, сетка. Узел сети  Концентратор (хаб)  Шина  Звезда  Кольцо  Дерево  Сетка  История возникновения и развития компьютерных сетей Концепция вычислительных сетей была положена в основу проекта ARPANET (Advanced Research Project Agency NET, сеть Агентства перспективных исследовательских проектов). Агентство ARPA подчинялось Министерству обороны США и координировало основную массу исследований в сфере информатики. В его ведении, в частности, находились и работы по обеспечению безопасности связи и коммуникации в случае начала ядерной войны. Эти работы должны были завершиться созданием такой системы передачи данных, которая обладала бы максимальной устойчивостью к повреждениям и оставалась работоспособной даже при полном выведении из строя большинства ее компонентов. Несмотря на огромные средства, выделенные правительством США на создание первой вычислительной сети, она заработала только через 12 лет, в 1969 году. Роберт Тейлор (Robert Taylor) руководил бюро технологий обработки информации в агентстве ARPA. В 1967 году для создания сети передачи данных было решено использовать разбросанные по всей стране компьютеры ARPA, соединив их обычными телефонными проводами. Работы по созданию первой национальной компьютерной сети, получившей название ARPANET, велись быстрыми темпами. Почти все американские университеты и научные институты, которые могли установить у себя компьютеры, стоящие десятки тысяч долларов, выполняли задачи ARPA, поскольку агентство брало на себя все расходы. Тейлор получал данные от компьютеров в разных штатах. Но каждый компьютер имел свой язык и систему ввода информации. Получив данные от одного компьютера, сложно было передать их на другой. Именно Тейлору пришла в голову идея связать компьютеры друг с другом, используя одинаковые терминалы и единое программное обеспечение. Нужно было также решить проблемы с телефонной связью. При прохождении сигнала через несколько коммутационных узлов качество связи ухудшается. Сотрудник корпорации RAND, принимавшей участие в проекте, Пол Бэрэн (Paul Baran) решил заменить аналоговый сигнал цифровым, т. е. набором из единиц и нулей. В таком виде информацию можно было бы передавать без потери качества. Еще одна идея корпорации RAND: сеть не должна быть централизованной, а состоять из отдельных сегментов, что обеспечит надежный обмен данными между компьютерами в случае разрушения части сети во время ядерной войны. Кроме того, любое сообщение должно разделяться на фрагменты (пакеты) и передаваться в таком виде по разным ветвям сети, собираясь в единое целое у абонента-получателя. Для этого каждый пакет снабжается адресом, и в случае, если он не дошел до получателя или был искажен в процессе передачи, то передача осуществляется повторно. Блок информации многократно обрамляется различной вспомогательной информацией, которая позволяет благополучно доставить его адресату, которому нужно "распаковать пакет". Этапы упаковки и выполняемые при этом операции получили название протоколов. Можно сказать также, что протокол — это набор правил, определяющий принципы обмена данными между различными компьютерными программами. 26 июля 1968 года рассылаются предложения 140 фирмам принять участие в конкурсе на лучший план создания компьютерной сети. Но согласилась только BBN (Bolt Beranek and Newman) — компания, работающая в сфере акустики. BBN получила контракт на реализацию проекта в этом же году. Когда все идеи и усилия всех энтузиастов были связаны в единое целое, в октябре 1969 года состоялся первый сеанс передачи информации с компьютера на компьютер. Одним из компьютеров был Honeywell DDP-516 в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Он стоил 80 тыс. долларов, а весил почти полтонны. Объем его памяти был 12 Кбайт, примерно как у современного калькулятора. Из его корпуса выходило несколько кабелей, один из которых тянулся на 520 км в Стэндфордский Исследовательский Институт. Первое слово, которым обменялись сидевшие за компьютерами участники сеанса связи, было "Login". И по сей день мы начинаем вход в сеть, вводя логин и пароль. Компания BBN завершила проект к концу 1969 года объединением в одну компьютерную сеть четырех исследовательских центров: University of California Los Angeles (UCLA), Stanford Research Institute (SRI), University of California at Santa Barbara (UCSB), University of Utah. Если к декабрю 1969 года ARPANET насчитывала 4 узла, в июле 1970 — восемь, в сентябре 1971 — 15, то в 1972 — уже 37 узлов. Примерно в это же время, в 1971 году, программистом Рэем Томлинсоном (Ray Tomlinson) была разработана система электронной почты, в частности, в адресации впервые использовался символ @ ("коммерческое эт"). В 1974 году была открыта первая коммерческая служба ARPANET — Telnet, обеспечивающая доступ к удаленным компьютерам в режиме терминала. В настоящее время Telnet практически полностью вытеснен более удобными видами сервисов. В 1974 году рабочая группа по сети Internet (INWG, Internet Network Working Group), созданная ARPA и руководимая Винтоном Серфом (Vinton Cerf) из Стэндфордского Исследовательского Института, разработала универсальный протокол передачи данных и объединения сетей (TCP/IP, Transmission Control Protocol/Internet Protocol) — по сей день использующийся в сети Интернет. Роберт Кэн (Robert Kahn), приглашенный на работу в ARPA, представил общую архитектуру сети ARPANET, удовлетворяющую требованиям универсальности, независимости от внутреннего устройства объединяемых сетей и типов аппаратного и программного обеспечения. В 1975 году период опытной эксплуатации сети был завершен, и сеть была передана Подразделению по обмену данными (Data Communication Division) Министерства обороны США. В 1983 году ARPA обязала использовать на всех компьютерах ARPANET протокол TCP/IP. Кроме этого, Министерство обороны США разделило сеть на две части: отдельно для военных целей — MILNET, и научных исследований — ARPANET. Начало глобальной сети Интернет в США датируется 1986 годом, когда Национальный научный фонд (NSF) совместно с Национальным управлением по аэронавтике и космосу (NASA) создали научную компьютерную сеть на базе TCP/IP и объединили ее с ARPANET. Через три года организационно оформились администрирование и координация развития сети Интернет в Европе. В Советском Союзе сети появились с почти 10-летним отставанием от Запада. Это отставание сохранялось до конца 80-х — начала 90-х годов прошлого века, поскольку зарубежные сетевые технологии не стояли на месте, а передача их в нашу страну (особенно программного обеспечения) была жестко ограничена. В 1979—1980 годах начались практические эксперименты по теледоступу (удаленному доступу) отечественных ученых к зарубежным банкам данных. Терминальный узел, созданный в академическом Институте системного анализа РАН. использовали специалисты разных отраслей для связи с европейскими и североамериканскими сетями и банками данных через Венский Международный институт прикладного системного анализа. Этот узел и создавший его коллектив стали основой Национального центра автоматизированного обмена информацией (НЦАО) и образованного для реализации этих функций Института автоматизированных систем — ИАС. В 1986 году была создана первая отечественная компьютерная сеть ИАСНЕТ, охватившая не только Россию, но и союзные республики. Примерно в это же время в академическом Институте атомной энергии группа энтузиастов начала работу по созданию компьютерной сети для общения ученых-физиков, и в 1991 году в коммерческую эксплуатацию была введена сеть RELCOM подмножество европейской коммерческой сети EUnet, которая является составной частью глобальной сети Интернет. В начале 90-х годов прошлого века в нашей стране лавинообразно росло количество сетей, создававшихся в основном как частные сети совместных предприятий с участием крупных иностранных телекоммуникационных операторов. Принято различать два типа телекоммуникационных операторов. К первому относятся владельцы телефонных, телеграфных и других так называемых "первичных" каналов. Ко второму — те, кто арендует эти каналы у первых. Именно ко второму типу операторов относились новые сети, да и пионер сетей ИАСНЕТ — тоже. Есть одно исключение — сеть РОСПАК, которая объединила в начале 1992 года более 50 центров по всей России. Свои коммутационные узлы она организовала на базе штатных предприятий связи и использовала для создания международных магистралей передачи данных каналы, которые являлись собственностью соучредителя - АО ИНТЕРТЕЛЕКОМ (ныне - РОСТЕЛЕКОМ). В каждом узле сети обеспечивалась возможность подключения от 8 до 40 локальных линий. Семиуровневая модель сетевого обмена OSI Для описания способов коммуникации между сетевыми устройствами организацией ISO (International Standard Organization) была разработана модель взаимодействия открытых систем OSI (Open System Interconnection Reference Model). Функции любого абонента сети разбиваются на семь уровней:  Взаимодействие между узлами сети логически происходит по горизонтали – между соответствующими уровнями (точечные линии на схеме). Реально - производится спуск до нижнего уровня в источнике информации (пунктирные линии на схеме), связь через физическую среду (сплошные линии на схеме) и подъем до соответствующего уровня в приемнике информации (пунктирные линии на схеме). Передача данных может быть надежной (гарантированный сервис) и ненадежной (негарантированный сервис). Гарантированный сервис на вызов ответит сообщением об успешности (по уведомлению от получателя) или неуспешности операции. Негарантированный сервис сообщит только о выполнении операции (он освободился). Модель основана на уровневых протоколах, где протокол – набор правил передачи данных. Прикладной уровень является высшим уровнем модели OSI. Он обеспечивает пользовательской прикладной программе доступ к сетевым ресурсам. Примеры задач уровня: передача файлов, электронная почта, управление сетью. Примеры протоколов прикладного уровня: FTP (File Transfer Protocol) – пересылка файлов; HTTP (Hypertext Transfer Protocol) – протокол передачи гипертекста; SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – простой протокол передачи почты; POP (Post Office Protocol) – протокол почтового отделения. Уровень представления данных обеспечивает преобразование кодов (например, побайтовая перекодировка из КОИ8-Р в ASCII), преобразование форматов файлов, сжатие и распаковку данных, шифрование и дешифрование данных. Пример протокола: SSL (Secure Socket Layer) – обеспечивает конфиденциальность передачи данных в стеке TCP/IP (стек – комплект протоколов). Сеансовый уровень обеспечивает инициацию (начало) и завершение сеанса – диалога между устройствами, синхронизацию и последовательность пакетов в сетевом диалоге, надежность соединения до конца сеанса (обработку ошибок, повторные передачи), позволяет фиксировать, какая из сторон взаимодействия является активной в данный момент. Примеры протоколов сеансового уровня: NetBIOS – наименование узлов, негарантированная доставка коротких сообщений без установления соединений, установки виртуальных соединений и гарантийная доставка сообщений, общее управление сеансом; NetBEUI – реализация и расширение NetBIOS компанией Microsoft. Транспортный уровень обеспечивает передачу данных (которые разбиваются на пакеты) между любыми узлами сети с требуемым уровнем надежности. Для этого на транспортном уровне имеются средства установки соединения, средства нумерации, буферизации и упорядочивания пакетов. Примеры протоколов транспортного уровня: TCP (Transmission Control Protocol) – протокол передачи данных с установлением соединения; UDP (User Datagram Protocol) – протокол передачи данных без установления соединения. Сетевой уровень форматирует данные транспортного уровня и снабжает их информацией, необходимой для маршрутизации (нахождения пути к получателю). Также этот уровень отвечает за адресацию (трансляцию физических и сетевых адресов, обеспечение межсетевого взаимодействия) и обеспечивает доставку между любыми двумя узлами в сети с произвольной топологией, не учитывая уровень надежности передачи данных. Примеры протоколов сетевого уровня: ARP (Address Resolution Protocol) - протокол взаимного преобразования аппаратных и сетевых адресов; IP (Internet Protocol) – протокол доставки пакетов (дейтаграмм), основа стека TCP/IP. Канальный уровень (уровень звена данных) обеспечивает передачу данных между любыми узлами в сетях с типовой топологией, либо между двумя соседними узлами в сетях с произвольной топологией. На этом уровне осуществляется формирование фреймов (кадров), передаваемых через физический уровень, контроль ошибок и управление потоком данных. Этот уровень скрывает от вышестоящих уровней подробности технической реализации сети. Физический уровень – нижний уровень, обеспечивающий физическое кодирование бит кадра в электрические (оптические) сигналы и передачу их по линиям связи. Определяет тип кабелей и разъемов, назначение контактов и форматов физических сигналов. Канальный и физический уровни охватываются сетевой технологией (для локальных сетей это все разновидности Ethernet, Token Ring и др.). На практике не всегда возможно разделение систем на уровни модели OSI, поэтому в сетях используются различные протокольные стеки. Количество уровней в стеках уменьшается до 3-4 с объединением функций смежных уровней. Например, в стеке протоколов TCP/IP 4 уровня: Уровень приложений (прикладные программы конечных пользователей) – соответствует 7, 6 и 5 уровням модели OSI; Транспортный уровень (связь между программами в сети) – соответствует 4 (транспортному) уровню модели OSI; Сетевой уровень (базовые коммуникации, адресация и маршрутизация) – соответствует 3 (сетевому) уровню модели OSI; Канальный уровень (сетевые аппаратные средства и драйверы устройств) – соответствует 2 и 1 уровням модели OSI. Подходы к реализации верхних уровней стеков очень разнообразны, то стандартизация на физическом, канальном и сетевом уровнях остается довольно строгой, что объясняется необходимостью обеспечения совместимости сетевых устройств от разных производителей. |