Архитектура вычислительных систем 08 Основы сетевых технологий

Архитектура вычислительных систем 08. Основы сетевых технологий

Эволюция сетей Системы пакетной обработки Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 2

Эволюция сетей Многотерминальные системы Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 3

Эволюция сетей Первые локальные сети Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 4

Эволюция сетей Современные тенденции Появилось разнообразное коммуникационное оборудование — коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы. В сетях стала обрабатываться несвойственная ранее вычислительным сетям информация — голос, видеоизображения, рисунки. Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 5

Необходимость сети Необходимость совместного использования ресурсов (как физических, так и информационных). Возможность ускорения вычислений. Здесь сетевые объединения машин успешно конкурируют с многопроцессорными вычислительными комплексами. Повышение надежности работы вычислительной техники. Возможность применения вычислительных сетей для общения пользователей. Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 6

Необходимость сети Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 7

Преимущества сетей Возможность ускорения вычислений. Здесь сетевые объединения машин успешно конкурируют с многопроцессорными вычислительными комплексами. Повышение надежности работы вычислительной техники. Возможность применения вычислительных сетей для общения пользователей. Возможность совместного использования ресурсов (как физических, так и информационных). Возможность обеспечить сотрудникам оперативный доступ к обширной корпоративной информации. Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 8

Недостатки сетей Сложности, связанные с программным обеспечением — операционными системами и приложениями. Много проблем связано с транспортировкой сообщений по каналам связи между компьютерами. Обеспечение безопасности Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 9

Компоненты сети Вычислительная сеть — это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов. Элементы: компьютеры; коммуникационное оборудование; операционные системы; сетевые приложения. Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 10

Сетевые топологии - шина Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 11

Сетевые топологии - кольцо Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 12

Сетевые топологии - звезда Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 13

Сетевые топологи Активное дерево Пассивное дерево Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 14

Сетевые топологи Пример звездношинной топологии Пример звезднокольцевой топологии Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 15

Сетевые топологи Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 16

Технологии сетей Создание стандартных технологий локальных сетей: Ethernet Arcnet Token Ring Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 17

Модель OSI определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень. В модели OSI 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. Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые операционной системой, системными утилитами, системными аппаратными средствами. Модель не включает средства взаимодействия приложений конечных пользователей. Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 18

Модель OSI Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 19

Модель OSI Обычное сообщение состоит из заголовка и поля данных. При передаче сообщения с уровня на уровень сообщение обрастает заголовками всех уровней. Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 20

Модель OSI В модели OSI различаются два основных типа протоколов: протоколы с установлением соединения (connection-oriented). протоколы без предварительного установления соединения, (connectionless). При взаимодействии компьютеров используются протоколы обоих типов. Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 21

Модель OSI Физический уровень (Physical layer) Передача бит по физическим каналам связи, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или цифровой территориальный канал. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом. Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 22

Модель OSI Канальный уровень (Data Link layer) Обеспечивает передачу кадра данных между любыми узлами в сетях с типовой топологией либо между двумя соседними узлами. В локальных сетях протоколы канального уровня используются компьютерами, мостами, коммутаторами и маршрутизаторами. проверка доступности среды передачи. реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 23

Модель OSI Сетевой уровень (Network layer) Сетевой уровень обеспечивает доставку данных между любыми двумя узлами в сети с произвольной топологией, при этом он не берет на себя никаких обязательств по надежности передачи данных. 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. Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 24

Модель OSI Транспортный уровень (Transport layer) обеспечивает передачу данных между любыми узлами сети с требуемым уровнем надежности. начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными средствами конечных узлов сети — компонентами их сетевых операционных систем. в качестве примера транспортных протоколов можно привести протоколы TCP и UDP стека TCP/IP и протокол SPX стека Novell. Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 25

Модель OSI Сеансовый уровень (Session layer) Обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, а не начинать все с начала. На практике немногие приложения используют сеансовый уровень, и он редко реализуется в виде отдельных протоколов, хотя функции этого уровня часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе. Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 26

Модель OSI Представительный уровень (Presentation layer) Уровень представления имеет дело с внешним представлением данных. Информация, передаваемая прикладным уровнем одной системы, всегда понятна прикладному уровню другой системы. На этом уровне могут выполняться различные виды преобразования данных, такие как компрессия и декомпрессия, шифровка и дешифровка данных. Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 27

Модель OSI Прикладной уровень (Application layer) Набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам. Существует очень большое разнообразие служб прикладного уровня: NCP в операционной системе Novell Net. Ware, SMB в Microsoft Windows NT, NFS, FTP Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 28

Модель OSI Сетезависимые и сетенезависимые уровни Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 29

Модель OSI Соответствие функций различных устройств сети уровням модели OSI Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 30

Стеки протоколов TCP/IP, IPX/SPX, Net. BIOS/SMB, DECnet, SNA, OSI Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 31

Стеки протоколов Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 32

Адресации в сети Требования к системе адресации: Адрес должен уникально идентифицировать компьютер в сети любого масштаба. Схема назначения адресов должна сводить к минимуму ручной труд администратора и вероятность дублирования адресов. Адрес должен иметь иерархическую структуру, удобную для построения больших сетей. Адрес должен быть удобен для пользователей сети, а это значит, что он должен иметь символьное представление например, Servers или www. cisco. com. Адрес должен иметь по возможности компактное представление, чтобы не перегружать память коммуникационной аппаратуры - сетевых адаптеров, маршрутизаторов и т. п. Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 33

Адресации в сети Физический адрес (mac-адрес) Определяется технологией, с помощью которой построена отдельная сеть. Для узлов, входящих в локальные сети - это МАС-адрес сетевого адаптера или порта маршрутизатора. Эти адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными адресами, так как управляются централизовано. Для всех существующих технологий локальных сетей МАС-адрес имеет формат 6 байтов: старшие 3 байта - идентификатор фирмы производителя, а младшие 3 байта назначаются уникальным образом самим производителем. Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 34

Адресации в сети Сетевой адрес (IP-адрес) Состоит из 4 байт, например, 109. 26. 17. 100. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet (Network Information Center, NIC), если сеть должна работать как составная часть Internet. Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 35

Адресации в сети Символьный адрес (DNS-имя) Имя, например, SERV 1. IBM. COM. Этот адрес назначается администратором и состоит из нескольких частей, например, имени машины, имени организации, имени домена. Такой адрес, называемый также DNS-именем, используется на прикладном уровне, например, в протоколах FTP или telnet. Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 36

Адресации в сети На каждом сетевом компьютере создается файл, содержащий имена всех машин, доступных по сети, и их числовые эквиваленты. Обращаясь к этому файлу, операционная система легко может перевести символьный удаленный адрес в числовую форму. Частичное распределении информации о соответствии символьных и числовых адресов по многим комплексам сети, так что каждый из этих комплексов содержит лишь часть полных данных. Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 37

DNS-серверы Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 38

DNS-серверы Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 39

Понятие порта. Для локальной адресации процессов и промежуточных объектов при удаленной связи обычно организуется новое специальное адресное пространство Каждый процесс, желающий принять участие в сетевом взаимодействии, после рождения закрепляет за собой один или несколько адресов в этом адресном пространстве Подобные адреса получили название портов, по аналогии с портами ввода-вывода Полный адрес удаленного процесса или промежуточного объекта определяется парой адресов: <числовой адрес компьютера в сети, порт>. Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 40

Требования к сетям Производительность Надежность и безопасность Расширяемость и масштабируемость Прозрачность Поддержка разных видов трафика Управляемость Совместимость Кафедра ИИТ. Мокрушин А. А. 41