Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Компьютерная сеть. 8

Министерство образования и науки РК

Казахская Головная Архитектурно-Строительная Академия

Реферат

По дисциплине: Истории Казахстана

На тему:

Факультет: Архитектуры

Кафедра: Архитектуры жилых и общественных зданий

Группа: Арх-12-5

Выполнил(а): Бадердинов Л. С.

Проверил(а): Зулкараева С.С.

г. Алматы, 2013

Компьютерная сеть - группа из двух или более соединенных вместе компьютерных систем. Компьютерная система - это не только компьютер, но также и все программное обеспечение и периферийные устройства, которые необходимы для его работы. К примеру, любой компьютер для работы требует наличия операционной системы.

Компьютеры могут соединяться друг с другом непосредственно (двухточечное соединение) либо через промежуточные узлы связи. Канал связи компьютера с остальными машинами сети обеспечивает кабель. Существует несколько их видов:

Кабель на основе скрученных пар (витая пара, TP) - содержит две или более пары проводов, скрученных один с другим по всей длине. Скручивание позволяет повысить помехоустойчивость кабеля и снизить влияние каждой пары на все остальные.
Коаксиальный кабель состоит из центрального проводника (сплошного или многожильного), покрытого слоем полимерного изолятора, поверх которого расположен другой проводник (экран). Экран представляет собой оплетку из медного провода вокруг изолятора или обернутую вокруг изолятора фольгу. В высококачественных кабелях присутствуют и оплетка и фольга. Коаксиальный кабель обеспечивает более высокую помехоустойчивость по сравнению с витой парой.
Оптический кабель состоит из одного или нескольких кварцевых волокон (иногда полимерных), покрытых защитной оболочкой. Оболочка, как правило, состоит из нескольких слоев для обеспечения лучшей защиты волокон.

Существует несколько типов компьютерных сетей, включающие:

Локальные компьютерные сети: компьютеры в сети расположены недалеко друг от друга (к примеру, находятся в одном здании).
Глобальные компьютерные сети: компьютеры отдалены друг от друга и соединяются посредством телефонных линий или радиоволн.

Существует также разделение компьютерных сетей на следующие два класса:

Клиент-сервер

Одноранговые

Сети с архитектурой клиент-сервер

Специализированный компьютер (выделенный сервер) используется для установки всех разделяемых ресурсов. Такое решение ускоряет доступ пользователей к централизованным ресурсам сети.
Сетевое администрирование проще за счет незначительного числа серверов в сети и их узкой специализации.
Обеспечение высокой производительности требует установки на сервере большого количества оперативной памяти, диска большого размера и использования в сервере производительного процессора.
При нарушении работы сервера сеть становится практически неработоспособной.

Одноранговые сети

Сетевые приложения могут быть распределены по многочисленным серверам для повышения производительности сети и снижения расходов.
Гибкое разделение ресурсов любого узла сети.
Администрирование одноранговой сети может быть сложнее за счет большего числа серверов и более развитых возможностей каждого сервера.
Невыделенные серверы медленнее специализированных.
В сети LANtastic могут использоваться как выделенные серверы, так и невыделенные серверы/рабочие станции.

В дополнение к указанным типам следующие характеристики также используются для классификации различных типов компьютерных сетей:

Топология: общая схема сети, отображающая физическое расположение компьютерных систем в сети и соединений между ними.
Архитектура: спецификации связи, разработанные для определения функций сети и установления стандартов различных моделей вычислительных систем, предназначенных для обмена и обработки данных.
Протокол: определяет общий набор линий и сигналов, которые компьютеры в сети используют для связи.

Компьютер, подключенный к сети, называется узлом сети. Компьютеры и устройства, которые предоставляют ресурсы рабочим станциям сети, называются серверами. Рабочая станция, или клиент, использует ресурсы сервера. Рабочие станции имеют доступ к сетевым ресурсам, но своих ресурсов в общее пользование не предоставляют.

Архитектура - спецификации связи, разработанные для определения функций сети и установления стандартов различных моделей вычислительных систем, предназначенных для обмена и обработки данных.

Для стандартизации сетей Международная организация стандартов (OSI) предложила семиуровневую сетевую архитектуру. К сожалению, конкретные реализации сетей не используют все уровни международного стандарта. Однако этот стандарт дает общее представление о взаимодействии отдельных подсистем сети.

Семиуровневая сетевая архитектура

Физический уровень (Physical Layer).
Уровень управления линией передачи данных (Data Link).
Сетевой уровень (Network Layer).
Транспортный уровень (Transport Layer).
Сеансовый уровень (Session Layer).
Уровень представления (Presentation Layer).
Уровень приложений (Application Layer).

Физический уровень (Physical Layer) обеспечивает виртуальную линию связи для передачи данных между узлами сети. На этом уровне выполняется преобразование данных, поступающих от следующего, более высокого уровня (уровень управления передачей данных), в сигналы, передающиеся по кабелю.

В глобальных сетях на этом уровне могут использоваться модемы и интерфейс RS-232-C. Характерные скорости передачи здесь определяются линиями связи и для телефонных линий (особенно отечественных) обычно не превышают 2400 бод.

В локальных сетях для преобразования данных применяются сетевые адаптеры, обеспечивающие скоростную передачу данных в цифровой форме. Скорость передачи данных может достигать десятков и сотен мегабит в секунду.

Уровень управления линией передачи данных (Data Link) обеспечивает виртуальную линию связи более высокого уровня, способную безошибочно передавать данные в асинхронном режиме. При этом данные обычно передаются блоками, содержащими дополнительную управляющую информацию. Такие блоки называют кадрами.

При возникновении ошибок автоматически выполняется повторная посылка кадра. Кроме того, на уровне управления линией передачи данных обычно обеспечивается правильная последовательность передаваемых и принимаемых кадров. Последнее означает, что если один компьютер передает другому несколько блоков данных, то принимающий компьютер получит эти блоки данных именно в той последовательности, в какой они были переданы.

Сетевой уровень (Network Layer) предполагает, что с каждым узлом сети связан некий процесс. Процессы, работающие на узлах сети, взаимодействуют друг с другом и обеспечивают выбор маршрута передачи данных в сети (маршрутизацию), а также управление потоком данных в сети. В частности, на этом уровне должна выполняться буферизация данных.

Транспортный уровень (Transport Layer) может выполнять разделение передаваемых сообщений на пакеты на передающем конце и сборку на приемном конце. На этом уровне может выполняться согласование сетевых уровней различных несовместимых между собой сетей через специальные шлюзы. Например, такое согласование потребуется для объединения локальных сетей в глобальные.

Сеансовый уровень (Session Layer) обеспечивает интерфейс с транспортным уровнем. На этом уровне выполняется управление взаимодействием между рабочими станциями, которые участвуют в сеансе связи. В частности, на этом уровне выполняется управление доступом на основе прав доступа.

Уровень представления (Presentation Layer) описывает шифрование данных, их сжатие и кодовое преобразование. Например, если в состав сети входят рабочие станции с разным внутренним представлением данных (ASCII для IBM PC и EBCDIC для IBM-370), необходимо выполнить преобразование.

Уровень приложений (Application Layer) отвечает за поддержку прикладного программного обеспечения конечного пользователя.

Другие стандарты

Модель OSI обращается с данными так, как будто мир за пределами компьютера переполнен опасностями. Каждый пакет сопровождается и упаковывается так, как молодая мать снаряжает своего единственного ребенка на прогулку зимой. Результатом этого является сверхвысокая надежность обмена информации, однако замедляется передача и усложняется реализация модели.

Во время разработки модели OSI в конце 70-х годов несколько компаний разработали свои методы, достаточно отдаленно напоминающие модель OSI, однако обеспечивающие высокую скорость обмена. Корпорация IBM реализовала систему с передачей маркера (token) в рамках Стандартной Сетевой Архитектуры (Standard Network Architecture - SNA). В это же время широко известный исследовательский центр компании Xerox в Palo Alto реализовал схему, названную XNS (Xerox Network Services), обеспечивающую множественный доступ к среде передачи. Вариация этого метода, названного ethernet, была адаптирована в системе TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), Digital Equipment в ее стратегии Digital-Intel-Xerox (DIX) и Novell в SPX/IPX (Sequence Packet Exchange/Internetwork Packet Exchange), используемых в сетевой ОС NetWare.

Все эти вариации достаточно слабо связаны с моделью OSI. Институт (IEEE) организовал комитет 802 (в феврале 1980, отсюда и название), который начал заниматься разработкой сетевых спецификаций, реализованных в серии документов 802.

802.1 определяет часть физического уровня и уровня канала данных модели OSI как три новых уровня - физический, MAC (Medium Access Control - управление доступом к среде) и LLC (Logical Link Control - управление логическим каналом).
802.2 определяет уровень LLC. LLC может принимать запросы услуг от вышележащих уровней через SAP (Service Access Points - точки доступа к сервису). Такие запросы передаются одним из трех способов:

Пакеты передаются и принимаются как дейтаграммы; дейтаграммы принимают все узлы сети, а использует только тот, кто их запрашивал. Этот тип сервиса используется в сетях NetWare.
Организуется логическое устройство, обеспечивающее организацию сеанса связи, управление потоком данных и контроль ошибок. Этот тип сервиса используется в сетях LANtastic.
Используются как дейтаграммы, так и сеансы точка-точка.

802.3 определяет уровень MAC, используемый в схеме детектирования несущей и обнаружения коллизий (CSMA/CD), принятой в Ethernet.

Детектирование несущей (Carrier Sense) - сетевой адаптер "прослушивает" сеть на предмет обнаружения занятости кабеля. В случае если кабель занят другой станцией, через промежуток времени, задаваемый с помощью генератора случайных чисел, попытка доступа повторяется.
Множественный доступ (Multiple Access) - каждый адаптер имеет равные шансы получить доступ к среде, когда кабель свободен. Даже если адаптер только что завершил передачу пакета, он имеет такие же шансы на получение доступа к среде, что и другие адаптеры.
Обнаружение конфликтов (Collision Detect) - при начале передачи пакета в сеть адаптер должен попытаться определить, не начал одновременно с ним передачу другой адаптер (коллизия). При попытке одновременного доступа оба адаптера должны освободить кабель и повторить попытку передачи по истечении случайного интервала времени.

802.4 определяет MAC-уровень для схем с передачей маркера.
802.5 определяет уровень MAC для схем с передачей маркера по кольцу аналогичных (но не совпадающих) Token-Ring.

Зачем нужна модель OSI, если разработаны специальные стандарты? Дело в том, что все сетевые ОС, такие, как LANtastic, NetWare, Windows NT, Windows 95 и пр., используют одни и те же основные процессы для обмена данными между узлами сети. Компоненты сети могут не соответствовать в точности модели OSI, но они должны следовать ей в общих вопросах.

ЭТАЛОННЫЕ МОДЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СИСТЕМ

Модель взаимодействия открытых систем

Для определения задач, поставленных перед сложным объектом, а также для выделения главных характеристик и параметров, которыми он должен обладать, создаются общие модели таких объектов. Общая модель вычислительной сети определяет характеристики сети в целом и характеристики и функции входящих в нее основных компонентов.

Архитектура вычислительной сети - описание ее общей модели.

Многообразие производителей вычислительных сетей и сетевых программных продуктов поставило проблему объединения сетей различных архитектур. Для ее решения МОС разработала модель архитектуры открытых систем.

Открытая система - система, взаимодействующая с другими системами в соответствии с принятыми стандартами.

Предложенная модель архитектуры открытых систем служит базой для производителей при разработке совместимого сетевого оборудования. Эта модель не является неким физическим телом, отдельные элементы которого можно осязать. Модель представляет собой самые общие рекомендации для построения стандартов совместимых сетевых программных продуктов. Эти рекомендации должны быть реализованы как в аппаратуре, так и в программных средствах вычислительных сетей.

В настоящее время модель взаимодействия открытых систем (ВОС) является наиболее популярной сетевой архитектурной моделью. Модель рассматривает общие функции, а не специальные решения, поэтому не все реальные сети абсолютно точно ей следуют. Модель взаимодействия открытых систем состоит из семи уровней.

7-й уровень - прикладной - обеспечивает поддержку прикладных процессов конечных пользователей. Этот уровень определяет круг прикладных задач, реализуемых в данной вычислительной сети. Он также содержит все необходимые элементы сервиса для прикладных программ пользователя. На прикладной уровень могут быть вынесены некоторые задачи сетевой операционной системы.
6-й уровень - представительный - определяет синтаксис данных в модели, т.е. представление данных. Он гарантирует представление данных в кодах и форматах, принятых в данной системе. В некоторых системах этот уровень может быть объединен с прикладным.
5-й уровень - сеансовый - реализует установление и поддержку сеанса связи между двумя абонентами через коммуникационную сеть. Он позволяет производить обмен данными в режиме, определенном прикладной программой, или предоставляет возможность выбора режима обмена. Сеансовый уровень поддерживает и завершает сеанс связи.
Три верхних уровня объединяются под общим названием - процесс или прикладной процесс. Эти уровни определяют функциональные особенности вычислительной сети как прикладной системы.
4-й уровень - транспортный - обеспечивает интерфейс между процессами и сетью. Он устанавливает логические каналы между процессами и обеспечивает передачу по этим каналам информационных пакетов, которыми обмениваются процессы. Логические каналы, устанавливаемые транспортным уровнем, называются транспортными каналами.

Пакет - группа байтов, передаваемых абонентами сети друг другу.

3-й уровень - сетевой - определяет интерфейс оконечного оборудования данных пользователя с сетью коммутации пакетов. Он также отвечает за маршрутизацию пакетов в коммуникационной сети и за связь между сетями - реализует межсетевое взаимодействие.

Примечание. В технике коммуникаций используется термин оконечное оборудование данных. Он определяет любую аппаратуру, подключенную к канал; связи, в системе обработки данных (компьютер, терминал, специальная аппаратура).

2-й уровень - канальный - уровень звена данных - реализует процесс передачи информации по информационному каналу. Информационный канал - логический канал, он устанавливается между двумя ЭВМ, соединенными физическим каналом Канальный уровень обеспечивает управление потоком данных в виде кадров, в которых упаковываются информационные пакеты, обнаруживает ошибки передачи и реализует алгоритм восстановления информации в случае обнаружения сбоев или потерь данных.
1-й уровень - физический - выполняет все необходимые процедуры в канале связи. Его основная задача - управление аппаратурой передачи данных и подключенным к ней каналом связи.

При передаче информации от прикладного процесса в сеть происходит ее обработка уровнями модели взаимодействия открытых систем (рис. 6.16). Смысл этой обработки заключается в том, что каждый уровень добавляет к информации процесса свой заголовок - служебную информацию, которая необходима для адресации сообщений и для некоторых контрольных функций. Канальный уровень кроме заголовка добавляет еще и концевик - контрольную последовательность, которая используется для проверки правильности приема сообщения из коммуникационной сети.

Физический уровень заголовка не добавляет. Сообщение, обрамленное заголовками и концевиком, уходит в коммуникационную сеть и поступает на абонентские ЭВМ вычисли тельной сети. Каждая абонентская ЭВМ, принявшая сообщение, дешифрирует адреса и определяет, предназначено ли ей данное сообщение.

При этом в абонентской ЭВМ происходит обратный процесс - чтение и отсечение заголовков уровнями модели взаимодействия открытых систем. Каждый уровень реагирует только на свой заголовок. Заголовки верхних уровней нижними уровнями не воспринимаются и не изменяются - они "прозрачны " для нижних уровней. Так, перемещаясь по уровням модели ВОС, информация, наконец, поступает к процессу, которому она была адресована.

Внимание! Каждый уровень модели взаимодействия открытых систем реагирует только на свой заголовок.

В чем же основное достоинство семиуровневой модели ВОС? В процессе развития и совершенствования любой системы возникает потребность изменять ее отдельные компоненты. Иногда это вызывает необходимость изменять и другие компоненты, что существенно усложняет и затрудняет процесс модернизации системы.

Здесь и проявляются преимущества семиуровневой модели. Если между уровнями определены однозначно интерфейсы, то изменение одного из уровней не влечет за собой необходимости внесения изменений в другие уровни. Таким образом, существует относительная независимость уровней друг от друга.

Необходимо сделать и еще одно замечание относительно реализации уровней модели ВОС в реальных вычислительных сетях. Функции, описываемые уровнями модели, должны быть реализованы либо в аппаратуре, либо в виде программ.

Функции физического уровня всегда реализуются в аппаратуре. Это адаптеры, мультиплексоры передачи данных, сетевые платы и т.д.

Функции остальных уровней реализуются в виде программных модулей - драйверов.

Модель взаимодействия для ЛВС

Для того чтобы учесть требования физической передающей среды, используемой в ЛВС, была произведена некоторая модернизация семиуровневой модели взаимодействия открытых систем для локальных вычислительных сетей. Необходимость такой модернизации была вызвана тем, что для организации взаимодействия абонентских ЭВМ в ЛВС используются специальные методы доступа к физической передающей среде. Верхние уровни модели ВОС не претерпели никаких изменений, а канальный уровень был разбит на два подуровня. Подуровень LLC (Logical Link Control) обеспечивает управление логическим звеном, т.е. выполняет функции собственно канального уровня. Подуровень MAC (Media Access Control) обеспечивает управление доступом к среде.

ПРОТОКОЛЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ СЕТИ

Понятие протокола

Как было показано ранее, при обмене информацией в сети каждый уровень модели ВОС реагирует на свой заголовок. Иными словами, происходит взаимодействие между одноименными уровнями модели в различных абонентских ЭВМ. Такое взаимодействие должно выполняться по определенным правилам.

Протокол - набор правил, определяющий взаимодействие двух одноименных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских ЭВМ.

Протокол - это не программа. Правила и последовательность выполнения действий при обмене информацией, определенные протоколом, должны быть реализованы в программе. Обычно функции протоколов различных уровней реализуются в драйверах для различных вычислительных сетей.

В соответствии с семиуровневой структурой модели можно говорить о необходимости существования протоколов для каждого уровня.

Концепция открытых систем предусматривает разработку стандартов для протоколов различных уровней. Легче всего поддаются стандартизации протоколы трех нижних уровней модели архитектуры открытых систем, так как они определяют действия и процедуры, свойственные для вычислительных сетей любого класса.

Труднее всего стандартизовать протоколы верхних уровней, особенно прикладного, из-за множественности прикладных задач и в ряде случаев их уникальности. Если по типам структур, методам доступа к физической передающей среде, используемым сетевым технологиям и некоторым другим особенностям можно насчитать примерно десяток различных моделей вычислительных сетей, то по их функциональному назначению пределов не существует.

Основные типы протоколов

Проще всего представить особенности сетевых протоколов на примере протоколов канального уровня, которые делятся на две основные группы: байт-ориентированные и бит-ориентированные.

Байт-ориентированный протокол обеспечивает передачу сообщения по информационному каналу в виде последовательности байтов. Кроме информационных байтов в канал передаются также управляющие и служебные байты. Такой тип протокола удобен для ЭВМ, так как она ориентирована на обработку данных, представленных в виде двоичных байтов. Для коммуникационной среды байт-ориентированный протокол менее удобен, так как разделение информационного потока в канале на байты требует использования дополнительных сигналов, что в конечном счете снижает пропускную способность канала связи.

Наиболее известным и распространенным байт-ориентированным протоколом является протокол двоичной синхронной связи BSC (Binary Synchronous Communication), разработанный фирмой IBM. Протокол обеспечивает передачу двух типов кадров: управляющих и информационных. В управляющих кадрах передаются управляющие и служебные символы, в информационных - сообщения (отдельные пакеты, последовательность пакетов). Работа протокола BSC осуществляется в три фазы: установление соединения, поддержание сеанса передачи сообщений, разрыв соединения. Протокол требует на каждый переданный кадр посылки квитанции о результате его приема. Кадры, переданные с ошибкой, передаются повторно. Протокол определяет максимальное число повторных передач.

Примечание. Квитанция представляет собой управляющий кадр, в котором содержится подтверждение приема сообщения (положительная квитанция) или отказ от приема из-за ошибки (отрицательная квитанция).

Передача последующего кадра возможна только тогда, когда получена положительная квитанция на прием предыдущего. Это существенно ограничивает быстродействие протокола и предъявляет высокие требования к качеству канала связи.

Бит-ориентированный протокол предусматривает передачу информации в виде потока битов, не разделяемых на байты. Поэтому для разделения кадров используются специальные последовательности - флаги. В начале кадра ставится флаг открывающий, а в конце - флаг закрывающий.

Бит-ориентированный протокол удобен относительно коммуникационной среды, так как канал связи как раз и ориентирован на передачу последовательности битов. Для ЭВМ он не очень удобен, потому что из поступающей последовательности битов приходится выделять байты для последующей обработки сообщения. Впрочем, учитывая быстродействие ЭВМ, можно считать, что эта операция не окажет существенного влияния на ее производительность. Потенциально бит-ориентированные протоколы являются более скоростными по сравнению с байт-ориентированными, что обусловливает их широкое распространение в современных вычислительных сетях.

Типичным представителем группы бит-ориентированных протоколов являются протокол HDLC (High-level Data Link Control - высший уровень управления каналом связи) и его подмножества. Протокол HDLC управляет информационным каналом с помощью специальных управляющих кадров, в которых передаются команды. Информационные кадры нумеруются. Кроме того, протокол HDLC позволяет без получения положительной квитанции передавать в канал до трех - пяти кадров. Положительная квитанция, полученная, например, на третий кадр, показывает, что два предыдущих приняты без ошибок и необходимо повторить передачу только четвертого и пятого кадров. Такой алгоритм работы и обеспечивает высокое быстродействие протокола.

Из протоколов верхнего уровня модели ВОС следует отметить протокол Х.400 (электронная почта) и FTAM (File Transfer, Access and Management - передача файлов, доступ к файлам и управление файлами).