1 Тема 3. Сетевые информационные технологии 2 Вопросы:

1 Тема 3. Сетевые информационные технологии

2 Вопросы: Компьютерные сети. Классификация КС. Локальные компьютерные сети (LAN). Стандартизация КС. Понятие интерфейса и протокола КС. Модель OSI. Понятие «открытой» системы. Глобальная сеть Internet. Стек протоколов TCP/IP. Адресация и маршрутизация. Сервисы Internet.

3 Литература Сосновский О.А. Компьютерные сети и сетевые технологии. Курс лекций. – Мн.: БГЭУ, 2003. Компьютерные информационные технологии. Учеб.-практ.пособие /под общ. ред. А.Н.Морозевича. – Мн.: БГЭУ, 2003 (Система дистанционного обучения). Основы информатики. – учеб.пособ.под общ. Ред. А.Н. Морозевича. – Мн.: Новое знание, (2001) 2003.

4 3.1. Понятие компьютерной сети, классификация сетей Компьютерная сеть – комплекс территориально рассредоточенных компьютеров, связанных между собой каналами передачи данных и сетевым программным обеспечением в целях эффективного использования аппаратных, программных, информационных ресурсов Любая компьютерная сеть характеризуется топологией, протоколами, интерфейсами, сетевыми техническими и программными средствами.

5 Компьютерная сеть включает комплекс технических средств информационных средств программных средств Технические средства – это компьютеры различных типов, устройства, обеспечивающие объединение компьютеров в единую компьютерную сеть (системы передачи данных, включая каналы связи, модемы и сетевые адаптеры, шлюзы, распределители, маршрутизаторы и другое оборудование)

6 Информационные средства – это единый информационный фонд, содержащий данные для общего и индивидуального применения (базы данных, базы знаний, файлы) Программные средства сети предназначены для: организации коллективного доступа к ее ресурсам; динамического распределения и перераспределения ресурсов сети; оптимальной загрузки технических средств; координации работы основных ее звеньев.

7 Наиболее распространены три сетевые услуги: Предоставление информационных ресурсов; Электронные коммуникации; Удаленное выполнение программ.

8 Основными характеристиками компьютерной сети являются: операционные возможности производительность время доставки сообщений стоимость предоставляемых услуг

9 Способы соединения компьютеров и виды сетей

10 Локальная сеть

11 Сети, организованные с помощью каналов связи

12 Классификация компьютерных сетей

13 Локальная (ЛC) LAN (Local Area Network) – сеть, имеющая замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Основные характеристики LAN: около 10 км в радиусе; использование высокоскоростных каналов до 100 мбит/с и выше; наличие одного маршрута передачи данных между компьютерами; наличие топологии.

14 Классы локальных сетей по уровням иерархии Одноранговые сети (одноуровневые, Peer to Peer); Иерархические.

15 Одноранговые, децентрализованные или пиринговые (от англ. peer-to-peer, P2P — равный с равным) сети — это компьютерные сети, основанные на равноправии участников. В таких сетях отсутствуют выделенные серверы, а каждый узел (peer) является как клиентом, так и сервером. В отличие от архитектуры клиент-сервер, позволяет сохранять работоспособность сети при любом количестве и любом сочетании доступных узлов.

16 В пиринговых сетях (Peer-to-Peer) Каждый компьютер сети является как клиентом, так и сервером одновременно. Каждый компьютер сети может посылать запросы на предоставление каких-либо ресурсов и получать их. Каждый компьютер должен обрабатывать запросы от других компьютеров в сети, отсылать результаты выполнения запроса, а также выполнять некоторые другие функции.

Иерархические (многоуровневые) – каждый следующий уровень реализует заявки предыдущего. Компьютер предыдущего уровня – клиент, а последующего – сервер; 17

18 Пиринговые сети: Файлообменные сети, KaZaA, Gnutella, eDonkey2000, eMule, Shareaza, BitTorrent

19 Клиент-сервер (англ. Сlient/Server) — сетевая архитектура, в которой устройства являются либо клиентами, либо серверами. Клиентом (front end) является запрашивающая машина (обычно ПК), сервером (back end) — машина, которая отвечает на запрос. Оба термина (клиент и сервер) могут применяться как к физическим устройствам, так и к программному обеспечению.

20 Глобальная сеть WAN (Wide Area Network) – сеть, покрывающая большие географические регионы, включающая как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Характеристики WAN: охват большой территории; скорость передачи информации ниже, чем в ЛС; наличие множества маршрутов передачи данных; отсутствие топологии.

21 Глобальная сеть Среди глобальных компьютерных сетей наиболее популярной является Интернет. Механизмы установления связей между компьютерами и скорость передачи данных существенно отличаются. В глобальных сетях еще до начала передачи данных между компьютерами сети устанавливается соединение, которое подтверждается специальными сигналами. В локальных сетях не требуется предварительная установка соединения, а данные просто передаются в канал связи без подтверждения готовности их принять.

22 Структура глобальной сети

23 Аппаратное обеспечение сетей Кабели Серверы Сетевые карты (NIC, Network Interface Card) Концентраторы Коммутаторы Маршрутизаторы (территориально-распределенные сети) Серверы удаленного доступа (территориально-распределенные сети) Модемы (территориально-распределенные сети)

24 Классификация сетей

25 Методы коммутации в сетях Предоставление физических каналов во время сеансов связи между узлами в сети называется коммутацией. Различают коммутируемые и некоммутируемые линии свяи. Существуют три основных способа коммутации: коммутация каналов, коммутация пакетов, коммутация сообщений. Коммутация каналов - образование составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами сети при помощи специальных устройств, называемых коммутаторами.

26 Коммутация пакетов - используется при передаче компьютерных данных. Все передаваемые сообщения разбиваются передающим компьютером на части (от 46 до 1500 байт) - пакеты. Каждый пакет снабжается заголовком с адресной информацией для доставки пакета к принимающему компьютеру, номер пакета, используемый для «сборки» сообщения на принимающем компьютере.

27 Структура пакета по стандарту IEEE 802.3 с указанием длины каждого поля в байтах.

28 Коммутация сообщений- Передача единого блока данных через промежуточные транзитные компьютеры с временной буферизацией данного блока на диске каждого компьютера. Сообщение хранится в транзитном компьютере на диске, причем время хранения должно быть достаточно большим. По такой схеме обычно передаются сообщения не требующие немедленного ответа, чаще всего сообщения электронной почты.

29 Глобальная сеть строится на основе некоммутируемых (выделенных) каналов связи, которые соединяют коммутаторы глобальной сети между собой.

30 Мультиплексоры «голос - данные» предназначены для совмещения в рамках одной территориальной сети компьютерного и голосового трафиков.

31 Терминальные сети - сети, связывающие мейнфреймы и терминалы, которые вне сети работать не могут или их работа теряет смысл. Примеры: сеть банкоматов, сеть кассовых аппаратов магазина.

32 3.2. Локальные компьютерные сети Сервер, рабочая станция, среда передачи, коммуникационное оборудование. Топология сети. Методы доступа LAN.

33 Устройства, подключаемые к сети Рабочая станция Сервер сети Коммуникационное оборудование Рабочая станция (клиент) – это персональный компьютер, подключенный к сети, на котором пользователь выполняет свою работу, использует свою операционную систему (ОС) и имеет доступ к аппаратным, программным и информационным ресурсам сети.

34 По выполняемым функциям серверы подразделяются: Файловый сервер Сервер баз данных Сервер приложений Коммуникационный сервер Принт-сервер Почтовый сервер Факс-сервер и др.

35 Линии связи Проводные: Телефонные сети; Кабельные. Беспроводные: радиорелейная и сотовая связь; Спутниковые.

36 Передающая (коммуникационная) среда: Кабели коаксиальный (до 10 Мбит/сек) витая пара (16 Mбит/сек, 20 Mбит/сек, 100 Mбит/сек) Оптовое волокно (до 1 Гбит/сек)

37 Передающая среда: Телефонные провода (до 100 Кбит/сек) Радиоволны (до 2 Гбит/сек при прямой видимости)

38 Устройства для подключения компьютеров к сети Сетевая карта (сетевой адаптер) Модем (внешний или внутренний)

39 Коммуникационные узлы: Повторители (репитеры) Коммутаторы (мосты) Концентраторы Маршрутизаторы Шлюзы

40 Повторители используются для усиления пришедшего сигнала; Мосты - для соединения сетей, построенных по одной и той же технологии, но на базе различных технических средств; Маршрутизатор – для объединения разнородных сетей; Сетевой шлюз – для обеспечения совместимости между сетями, для которых невозможна передача данных стандартными средствами; Шлюз (Gateway) – специальный программно-аппаратный комплекс, предназначенный для обеспечения совместимости между гетерогенными сетями. Он преобразует форму представления и форматы данных при их передаче между сегментами сети, состоящих из разнотипных компьютеров; Концентраторы – для соединения сетей имеющих высокую скорость передачи с сетью, имеющей низкую скорость передачи, т.е. выполняет функцию накопителя.

41 Топология – геометрически усредненное соединение компьютеров в сети. Топология компьютерной сети отражает структуру связей между ее основными функциональными элементами. В зависимости от рассматриваемых компонентов, принято различать физическую и логическую структуры ЛС. Физическая структура определяет топологию физических соединений между компьютерами. Логическая структура определяет логическую организацию взаимодействия компьютеров между собой.

42 При создании сети, в которой используются только сетевые адаптеры (без маршрутизаторов, концентраторов и т.п.), может быть реализована одна из трех сетевых топологий: звездообразная, шинная кольцевая.

43 Топология типа «шина»

44 Топология «звезда»

45 Топология «кольцо»

46 Все перечисленные структуры – иерархические. При использовании специальных устройств, объединяющих локальные сети с разной архитектурой, из перечисленных типов структур могут быть построены сети с гибридной иерархической структурой.

47 Различные сетевые топологические схемы

48 Типичные методы доступа к передающей среде в современных ЛС являются: метод доступа Ethernet - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов; маркерное кольцо (метод доступа Token Ring); маркерная шина (метод доступа Arcnet).

49 Метод доступа Ethernet (метод случайного доступа) разработан фирмой Xerox в 1975 г. и используется в ЛС с шинной топологией, обеспечивает высокую скорость передачи данных и надежность. Каждая PC перед началом передачи определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, PC начинает передачу данных, осуществляемую пакетами, упакованными в кадры. Системные задержки могут вызывать коллизии. Тогда станция задерживает передачу на определенное время. Для каждой PC устанавливается свое время ожидания перед повторной передачей кадра.

50 Метод доступа Token Ring разработан фирмой IBM и рассчитан на кольцевую топологию сети. Это селективный метод доступа в кольцевой моноканал, именуемый “маркерное кольцо”. В качестве маркера используется уникальная последовательность битов. Маркер не имеет адреса и может находиться в одном из двух состояний - свободном или занятом. Свободный маркер циркулирует по кольцу. Станция, имеющая кадр для передачи, ждет подхода свободного маркера, захватывает его, изменяет состояние маркера на «занятый» и добавляет к нему кадр.

51 Занятый маркер с кадром перемещается по кольцу и возвращается к станции-отправителю, причем при прохождении через узел назначения снимается копия кадра. Станция-отправитель удаляет свой кадр из кольца, изменяет состояние маркера на “свободный” и передает его дальше по кольцу. С этого момента любая станция может изменить состояние маркера на “занятый” и начать передачу данных.

52 Метод доступа ARCNET разработан фирмой Datapoint Corp и используется в ЛС с топологией «звезда» и «общая шина». Это селективный метод доступа в моноканал, называемый “маркерная шина”. Маркер создается одной из станций сети и имеет адресное поле, где указывается номер (адрес) станции, владеющей маркером. Передачу производит только та станция, которая в данный момент владеет маркером (эстафетной палочкой). Остальные станции работают на прием. Последовательность передачи маркера от одной станции к другой задается управляющей станцией сети.

53 Станции, последовательно получающие маркер для передачи кадров, образуют “логическое кольцо”. Станция, получившая маркер (полномочия на передачу информации), передает свой подготовленный кадр в шину. Если кадра для передачи нет, она сразу посылает маркер другой станции согласно установленному порядку передачи полномочий.

54 2.4. Стандартизация КС. Модель OSI. Понятие «открытой» системы Интерфейсы – средства сопряжения функциональных элементов сети. Функциональные элементы: отдельные устройства программные модули. Соответственно различают аппаратные и программные интерфейсы. Интерфейсы определяют набор сервисов, предоставляемых данным уровнем соседнему уровню.

55 Протоколы представляют собой формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются модули, лежащие на одном уровне, но в различных компьютерах.

56 Стек коммуникационных протоколов - иерархически организованный набор протоколов для взаимодействия компьютеров в сети.

57 Сетевой протокол – набор правил и соглашений, используемый при передаче данных между компьютерами в сети (от скорости передачи данных до методов адресации при транспортировке отдельных сообщений) Наиболее распространенные сетевые протоколы: Novell IPX – основной протокол в сетях с ОС Novell Netware TCP/IP – для передачи в сетях Unix и Internet NetBEUI – основной протокол сетей с Windows 95, NT

58 Эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI, Open Systems Interconnection).

59 Уровень 1 – физический - связан с работой hardware: на нем определяются физические аспекты передачи информации по линиям связи ( напряжения, частоты, природа передающей среды, способ передачи двоичной информации по физ. носителю, вплоть до размеров и формы используемых разъемов). В компьютерах за поддержку физического уровня обычно отвечает сетевой адаптер. Уровень 2 – канальный - отвечает за передачу данных по физическому уровню без искажений между непосредственно связанными узлами сети. На нем формируются физические пакеты данных для реальной доставки по физическому уровню. Протоколы канального уровня реализуются совместно сетевыми адаптерами и их драйверами. Уровень 3 – сетевой - уровень отвечает за доставку информации от узла-отправителя к узлу-получателю. На этом уровне частично решаются вопросы адресации, осуществляется выбор маршрутов следования пакетов данных, решаются вопросы стыковки сетей, а также управление скоростью передачи информации для предотвращения перегрузок в сети.

60 Уровень 4 – транспортный - регламентирует передачу данных между удаленными процессами. Обеспечивает доставку информации вышележащим уровням с необходимой степенью надежности, компенсируя, ненадежность нижележащих уровней, связанную с искажением и потерей данных или доставкой пакетов в неправильном порядке. Наряду с сетевым уровнем может управлять скоростью передачи данных и частично решать проблемы адресации. Уровень 5 – сеансовый - координирует взаимодействие связывающихся процессов - предоставляет средства синхронизации взаимодействующих процессов. Такие средства синхронизации позволяют создавать контрольные точки при передаче больших объемов информации. В случае сбоя в работе сети передачу данных можно возобновить с последней контрольной точки, а не начинать заново. Уровень 6 – уровень представления данных - отвечает за форму представления данных, перекодирует текстовую и графическую информацию из одного формата в другой, обеспечивает ее сжатие и распаковку, шифрование и декодирование. Уровень 7 – прикладной - служит для организации интерфейса между пользователем и сетью - реализует такие сервисы, как удаленная передача данных, удаленный терминальный доступ, почтовая служба и работа во Всемирной паутине (Web-браузеры).

61 Эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI, Open Systems Interconnection).

62 Понятие «открытой системы» Модель OSI описывает взаимосвязи открытых систем. В широком смысле открытая система – любая система (компьютер, вычислительная сеть, программный пакет и др.), построенная в соответствии с открытыми спецификациями.

63 Спецификация – формализованное описание аппаратных или программных компонентов, способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, условий эксплуатации, ограничений и особых характеристик. Открытые спецификации – опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.

64 Открытая система - это система, которая состоит из компонентов, взаимодействующих друг с другом через стандартные интерфейсы (Жан-Мишель Корну). Общие свойства открытых систем обычно формируются следующим образом: расширяемость/масштабируемость -extensibility/scalability, мобильность (переносимость) - portalility, интероперабельность (способность к взаимодействию с другими системами) - interoperability, дружественность к пользователю, в т.ч. - легкая управляемость - driveability.

65 Направления развития сетевых услуг: Распределенная обработка; Распределенные базы данных; Удаленный доступ; Обмен файлами и сообщениями; Коллективная работа с данными; Защита данных и ресурсов от несанкционированного воздействия.