Информационные сети Автор Шадрин Денис Борисович Определение

Зарегистрируйтесь, чтобы просмотреть полный документ!

Информационные сети Автор: Шадрин Денис Борисович

Определение информационной сети и сетевой среды Два или несколько компьютеров, способных с помощью некоего соединения обмениваться данными, представляют собой информационную сеть (information network). В качестве соединения могут выступать кабель, инфракрасное излучение, радиоволны или телефонная линия с модемом. Технология, с помощью которой компьютеры объединяются в сеть, называется сетевой средой (network medium). Наиболее распространенной формой сетевой среды является медный кабель, поэтому часто любую сетевую среду называют сетевым кабелем.

Сигналы В своей основе процесс работы сети совершенно не связан с природой передаваемой по ней информации. К тому моменту, когда сгенерированные компьютером отправителем данные попадают в кабель или другую сетевую среду, они низведены до уровня сигналов (signals) — электрического тока, световых импульсов, инфракрасного излучения или радиоволн. Из этих сигналов формируется линейный код, который попадает в сетевой интерфейс компьютера получателя и преобразуется обратно в двоичные данные, понятные программному обеспечению (ПО) этого компьютера.

Протоколы Иногда сеть состоит из одинаковых компьютеров, на которых одни и те же приложения работают под управлением одной и той же версии одной и той же операционной системы (ОС), но с тем же успехом в сеть могут быть объединены разные компьютерные платформы с разным ПО. Может показаться, что одинаковые компьютеры легче объединить в сеть, и в какой то степени так оно и есть. Но какие бы компьютеры и какие бы программы ни использовались в сети, им понадобится общий язык, чтобы понимать друга. Такие общие языки называются протоколами (protocols), и компьютеры прибегают к ним даже для простейшего обмена данными. Людям для общения необходим общий язык, компьютерам для обмена информацией необходим один или несколько общих протоколов.

Эталонная модель OSI В процессе связи на каждом компьютере сети используется множество различных протоколов. Услуги, предоставляемые различными протоколами, разделяются на уровни, вместе составляющие эталонную модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection, OSI). Часто говорят о сетях Ethernet, но это не значит, что Ethernet — единственный протокол, работающий в такой сети. Правда, на одном из уровней модели OSI (канальном) он действительно в большинстве своем работает в одиночестве. На некоторых других уровнях могут одновременно работать несколько протоколов.

Стек протоколов Протоколы, действующие на разных уровнях модели OSI, часто называют стеком протоколов (protocol stack). На включенном в сеть компьютере протоколы работают совместно, обеспечивая выполнение всех функций, необходимых конкретному приложению. Лишних услуг протоколы не предоставляют. Если, например, конкретная функция закреплена за протоколом одного уровня, протоколы других уровней точно такую же функцию не выполняют. Протоколы соседних уровней стека обслуживают друга в зависимости от направления передачи данных. В системе отправителе данные генерируются приложением в верхней части стека протоколов и постепенно пробираются с уровня на уровень вниз. Каждый протокол выполняет некий сервис для протокола, работающего уровнем ниже. В нижней части стека протоколов находится сетевая среда, по которой информация передается на другой компьютер сети.

Взаимосвязь протоколов Когда данные достигают целевого компьютера, он выполняет те же действия, что и компьютер отправитель, но в обратном порядке. Данные проходят по уровням к приложению получателю, причем каждый протокол предоставляет аналогичный сервис протоколу более высокого уровня. Таким образом, протоколы на различных уровнях системы -отправителя связаны с аналогичными протоколами, работающими на том же уровне системыполучателя.

Локальная вычислительная сеть Группа компьютеров, размещенных на относительно небольшой площади и связанных общей сетевой средой, называется локальной вычислительной сетью (local area network, LAN), или ЛВС. Каждый из компьютеров ЛВС называется также узлом (node). ЛВС характеризуется тремя основными атрибутами: топологией, средой и протоколами.

Глобальная вычислительная сеть Во многих случаях интерсеть составляется из ЛВС, удаленных друг от друга на значительное расстояние. Для связи удаленных ЛВС применяется другой тип сетевого соединения — глобальная вычислительная сеть (wide-area network, WAN), или ГВС. В ГВС для ), или ГВС передачи информации используются телефонные линии, радиоволны или другие технологии. Обычно глобальная сеть связывает между собой только две системы, что отличает ее от ЛВС, которая может связывать несколько систем. Примером ГВС может служить сеть компании с двумя офисами в разных городах, в каждом из которых есть собственная ЛВС, а связь между этими ЛВС осуществляется по выделенной телефонной линии.

Узкополосная сеть Чаще всего в ЛВС используется общая сетевая среда. По кабелю, соединяющему компьютеры, в данный момент времени может передаваться лишь один сигнал, и потому все системы вынуждены пользоваться кабелем по очереди. Сеть такого типа называется узкополосной (baseband). Чтобы организовать эффективное использование узкополосной сети многими компьютерами, передаваемые каждой системой данные разбиваются на отдельные фрагменты — пакеты (packets). Когда все пакеты из конкретной передачи достигают целевой системы, она компонует из них исходное сообщение. В этом заключается основной принцип работы сети с коммутацией пакетов (packetswitching).

Широкополосная сеть Альтернативой является сеть с коммутацией каналов (circuitswitching), в которой две системы, нуждающиеся в связи, прежде чем начать передачу информации, устанавливают для нее канал. Он остается открытым на все время обмена информацией и исчезает лишь после прекращения связи. В узкополосной сети такая организация обмена данными неэффективна: есть вероятность того, что две системы надолго монополизируют сетевую среду, лишив связи другие системы. Коммутация каналов чаще всего используется в системах, подобных обычной телефонной сети, в которой соединение между телефонами (Вашим и Вашего собеседника) остается открытым на все время разговора. Чтобы сделать коммутацию пакетов более эффективной, телефонные компании используют широкополосные (broadband) сети, допускающие, в отличие от узкополосных, передачу по одному кабелю нескольких сигналов одновременно.

Полудуплексная и дуплексная передача Когда два компьютера обмениваются информацией с помощью ЛВС, обычно в любой момент времени данные перемещаются только в одном направлении, поскольку узкополосная сеть, применяемая в большинстве ЛВС, способна передавать только один сигнал. Такая передача называется полудуплексной (half-duplex). Если же две системы способны связываться в обоих направлениях одновременно , связь между ними называется полнодуплексной (full-duplex).

Сегменты и магистрали Сегмент (segment) сеть, в состав которой входят рабочие станции и другие пользовательские устройства, например, принтер. Крупная корпоративная сеть состоит из множества таких ЛВС, причем все они подсоединены к общей линии, которая называется магистралью (backbone). Магистраль выполняет в основном функции канала, по которому сегменты связываются друг с другом. Часто магистральная сеть обладает более высоким быстродействием, чем сегменты, и, кроме того, основана на сетевой среде другого типа. Есть две причины для использования в магистрали другой сетевой среды. Во первых, она по определению переносит межсетевой трафик, сгенерированный всеми сегментами интерсети, и быстрый протокол необходим магистрали во избежание перегрузки. Во вторых, протяженность магистрали зачастую существенно превышает протяженность сегментов, а для работы на значительных расстояниях оптоволоконный кабель подходит гораздо больше.

Клиент-серверные и одноранговые сети Компьютеры в сети могут взаимодействовать друг с другом по разному, выполняя при этом разные функции. Есть две основные модели такого взаимодействия: клиент-серверная (client/server) и одноранговая (peer-to-peer). В сети с архитектурой «клиент-сервер» одни компьютеры выполняют роли серверов, другие выступают в качестве клиентов. В одноранговой сети все компьютеры равны и выполняют функции как клиентов, так и серверов. Сервер (server) это компьютер (точнее, приложение, запущенное на компьютере), обслуживающий другие компьютеры. Существуют разные типы серверов: файловые сервера (file server) и сервера печати (print server), серверы приложений, почтовые серверы, Web-серверы, серверы баз данных и т. д. Клиент (client) это компьютер, использующий службы, предоставленные сервером.

Эталонная модель OSI В 1983 г. Международная организация по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO) и Сектор стандартизации телекоммуникаций Международного Телекоммуникационного союза (Telecommunication Standardization Sector of International Telecommunication Union, ITU-T) опубликовали документ «The Basic Reference Model for Open Systems Interconnection» , где была описана модель распределения сетевых функций между 7 различными уровнями.

Несоответствие реальных протоколов и модели OSI Большая часть популярных в наши дни протоколов появилась до разработки модели OSI, поэтому в точности с ее семиуровневой структурой они не согласуются. Зачастую в одном протоколе совмещены функции двух или даже нескольких уровней модели, да и границы протоколов часто не соответствуют границам уровней OSI. Тем не менее, модель OSI остается отличным наглядным пособием для исследования сетевых процессов, и профессионалы часто связывают функции и протоколы с определенными уровнями.

Распределение протоколов по уровням модели OSI 7 Прикладной HTTP, SMTP, SNMP, FTP, Telnet, SSH, SCP, SMB, NFS, RTSP, BGP 6 Представления XDR, AFP, TLS, SSL 5 Сеансовый ISO 8327 / CCITT X. 225, RPC, Net. BIOS, PPTP, L 2 TP, ASP 4 Транспортный TCP, UDP, SCTP, SPX, RTP, ATP, DCCP, GRE 3 Сетевой IP, ICMP, IGMP, CLNP, OSPF, RIP, IPX, DDP, ARP, RARP 2 Канальный Ethernet, Token ring, HDLC, PPP, X. 25, Frame relay, ISDN, ATM, MPLS 1 Физический электрические провода, радиосвязь, волоконнооптические провода, Wi-Fi

Распределение протоколов по уровням модели TCP/IP Прикладной 4 « 7 уровень» напр. , HTTP, RTP, FTP, DNS (RIP, работающий поверх UDP, и BGP, работающий поверх TCP, являются частью сетевого уровня) 3 Транспортный напр. , TCP, UDP, SCTP, DCCP (протоколы маршрутизации, подобные OSPF, что работают поверх IP, являются частью сетевого уровня) 2 Сетевой Для TCP/IP это IP (IP) (вспомогательные протоколы, вроде ICMP и IGMP, работают поверх IP, но тоже относятся к сетевому уровню; протокол ARP является самостоятельным вспомогательным протоколом, работающим поверх физического уровня) 1 Доступа к среде Ethernet, IEEE 802. 11 Wireless Ethernet, SLIP, Token Ring, ATM и MPLS, физическая среда и принципы кодирования информации, T 1, E 1

Распределение протоколов по уровням модели TCP/IP Обычно в стеке TCP/IP верхние 3 уровня (прикладной, представительский и сеансовый) модели OSI объединяют в один — прикладной. Поскольку в таком стеке не предусматривается унифицированный протокол передачи данных, функции по определению типа данных передаются приложению.

Инкапсуляция данных Взаимодействие протоколов, работающих на разных уровнях модели OSI, проявляется в том, что каждый протокол добавляет заголовок (header) или трейлер (footer, «хвост» ) к информации, которую он получил от уровня, расположенного выше. Этот запрос продвигается по стеку протоколов вниз. Итогом этой деятельности является пакет (packet), готовый для передачи по сети. Когда пакет достигает места назначения, процесс повторяется в обратном порядке. Процесс добавления заголовков к запросу, сгенерированному приложением, называется инкапсуляцией данных (data encapsulation).

Модель OSI Тип данных Уровень (layer) Функции 7. Прикладной (application) Доступ к сетевым службам 6. Представительский (presentation) Представление и кодирование данных 5. Сеансовый (session) Управление сеансом связи Сегменты 4. Транспортный (transport) Прямая связь между конечными пунктами и надежность Пакеты 3. Сетевой (network) Определение маршрута и логическая адресация Кадры 2. Канальный (data link) Физическая адресация 1. Физический (physical) Работа со средой передачи, сигналами и двоичными данными Данные Биты

Физический уровень На самом нижнем уровне модели OSI физическом (physical) определяются характеристики элементов оборудования сети сетевая среда, способ установки, тип сигналов, используемых для передачи по сети двоичных данных. На физическом уровне мы имеем дело с медным или оптоволоконным кабелем или с каким либо беспроводным соединением. В ЛВС спецификации физического уровня напрямую связаны с используемым в сети протоколом канального уровня. Выбрав протокол канального уровня, нужно использовать одну из спецификаций физического уровня, поддерживаемую этим протоколом. Например, протокол канального уровня Ethernet поддерживает несколько различных вариантов физического уровня — один из двух типов коаксиального кабеля, любой кабель типа «витая пара» или оптоволоконный кабель. Параметры каждого из этих вариантов формируются из многочисленных сведений о требованиях физического уровня, например, к типу кабеля и разъемов, допустимой длине кабелей, числу концентраторов и др. Соблюдение этих требований необходимо для нормальной работы протоколов.

Канальный уровень Протокол канального (data-link) уровня обеспечивает обмен информацией между аппаратной частью включенного в сеть компьютера и сетевым ПО. Он подготавливает для отправки в сеть данные, переданные ему протоколом сетевого уровня, и передает на сетевой уровень данные, полученные системой из сети. Безусловно, сегодня (как и всегда) самый популярный протокол канального уровня Ethernet. Далеко отстал от него Token Ring, за которым следуют другие протоколы, например, FDDI (Fiber Distributed Data Interface). В спецификацию протокола канального уровня обычно включаются три основных элемента: • формат кадра (т. е. заголовок и трейлер, добавляемые к данным сетевого уровня передачей в сеть); • механизм контроля доступа к сетевой среде; • одна или несколько спецификаций физического уровня, применяемые с данным протоколом.

Формат кадра Протокол канального уровня добавляет к данным, полученным от протокола сетевого уровня, заголовок и трейлер, превращая их в кадр (frame). В них содержатся адреса системы-отправителя и системы-получателя пакета. Для протоколов ЛВС, подобных Ethernet и Token Ring, эти адреса представляют собой 6 байтные шестнадцатеричные строки, присвоенные сетевым адаптерам на заводе изготовителе. Они, в отличие от адресов, используемых на других уровнях модели OSI, называются аппаратными адресами (hardware address) или МАС-адресами. Другие важные функции кадра канального уровня или МАС-адресами идентификация протокола сетевого уровня, сгенерировавшего данные в пакете, и информация для обнаружения ошибок. Для выявления ошибок передающая система вычисляет циклический избыточный код (cyclical redundancy check, CRC) полезной нагрузки и записывает его в трейлер кадра. Получив пакет, целевой компьютер выполняет те же вычисления и сравнивает результат с содержимым трейлера. Если результаты совпадают, информация передана без ошибок. В противном случае получатель предполагает, что пакет испорчен, и не принимает его.

Борьба с ошибками В процессе хранения данных и передачи информации по сетям связи неизбежно возникают ошибки. Контроль целостности данных и исправление ошибок важные задачи на многих уровнях работы с информацией (в частности, физическом, канальном, транспортном уровнях модели OSI). В системах связи возможны несколько стратегий борьбы с ошибками: • обнаружение ошибок в блоках данных и автоматический запрос повторной передачи поврежденных блоков этот подход применяется в основном на канальном и транспортном уровнях; • обнаружение ошибок в блоках данных и отбрасывание поврежденных блоков такой подход иногда применяется в системах потокового мультимедиа, где важна задержка передачи и нет времени на повторную передачу; • исправление ошибок (forward error correction) применяется на физическом уровне.

Управление доступом к сетевой среде Компьютеры в ЛВС обычно используют общую полудуплексную сетевую среду. При этом вполне возможно, что передавать данные начнут одновременно два компьютера. В таких случаях происходит своего рода столкновение пакетов, коллизия (collision), при котором данные в обоих пакетах теряются. Одна из главных функций протокола канального уровня управление доступом к сетевой среде (media access control, MAC), т. е. контроль за передачей данных каждым из компьютеров и сведение к минимуму случаев столкновения пакетов. Механизм управления доступом к среде одна из важнейших характеристик протокола канального уровня. В Ethernet для управления доступом к среде используется механизм с контролем несущей и обнаружением коллизий (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD). В некоторых других протоколах, например, в Token Ring, используется передача маркера (token passing).

Спецификации физического уровня Протоколы канального уровня, используемые в ЛВС, часто поддерживают более одной сетевой среды, и в стандарт протокола включены одна или несколько спецификаций физического уровня. Канальный и физический уровни тесно связаны, т. к. свойства сетевой среды существенно влияют на то, как протокол управляет доступом к среде. Поэтому можно сказать, что в локальных сетях протоколы канального уровня осуществляют также функции физического уровня. В глобальных сетях используются протоколы канального уровня, в которые информация физического уровня не включается, например, SLIP (Serial Line Internet Protocol) и РРР (Point-to-Point Protocol).

Сетевой уровень Протоколы сетевого уровня «отвечают» за сквозные (end-to-end) связи, тогда как протоколы канального уровня функционируют только в пределах ЛВС. Протоколы сетевого уровня полностью обеспечивают передачу пакета от исходной до целевой системы. В зависимости от типа сети, отправитель и получатель могут находиться в одной ЛВС или в различных ЛВС. Например, при связи с сервером в Интернете, на пути к нему пакеты, созданные компьютером, проходят через десятки сетей. Подстраиваясь под эти сети, протокол канального уровня неоднократно изменится, но протокол сетевого уровня на всем пути останется тем же самым. Краеугольным камнем набора протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) и наиболее часто используемым протоколом сетевого уровня является протокол IP (Internet Protocol). У Novell Net. Ware есть собственный сетевой протокол IPX (Internetwork Packet Exchange), а в небольших сетях Microsoft Windows обычно используется протокол Net. BIOS. Большинство функций, приписываемых Net. BIOS сетевому уровню, определяются возможностями протокола IP.

Адресация Заголовок протокола сетевого уровня, как и заголовок протокола канального уровня, содержит поля с адресами исходной и целевой систем. Однако в данном случае адрес целевой системы принадлежит конечному назначению пакета и может отличаться от адреса получателя в заголовке протокола канального уровня. Например, в пакете, сгенерированном компьютером к Web серверу, в качестве адреса целевой системы сетевого уровня указан адрес Web сервера, тогда как на канальном уровне на целевую систему указывает адрес маршрутизатора в Вашей ЛВС, обеспечивающего выход в Интернет. В IP используется собственная система адресации, которая совершенно не зависит от адресов канального уровня. Каждому компьютеру в сети с протоколом IP вручную или автоматически назначается 32 -битовый IP-адрес, идентифицирующий как сам компьютер, так и сеть, в которой он находится. В IPX же для идентификации самого компьютера используется аппаратный адрес, кроме того, специальный адрес используется для идентификации сети, в которой находится компьютер. В Net. BIOS компьютеры различаются по Net. BIOS-именам, присваиваемым каждой системе во время ее установки.

Фрагментация Дейтаграммам сетевого уровня на пути к месту назначения приходится проходить через множество сетей, сталкиваясь при этом со специфическими свойствами и ограничениями различных протоколов канального уровня. Одно из таких ограничений максимальный размер пакета, разрешенный протоколом. Например, размер кадра Token Ring может достигать 4500 байт, тогда как размер кадров Ethernet не может превышать 1500 байт. Когда большая дейтаграмма, сформированная в сети Token Ring, передается в сеть Ethernet, протокол сетевого уровня должен разбить ее на несколько фрагментов размером не более 1500 байт. Этот процесс называется фрагментацией (fragmentation). В процессе фрагментации протокол сетевого уровня разбивает дейтаграмму на фрагменты, размер которых соответствует возможностям используемого протокола канального уровня. Каждый фрагмент становится самостоятельным пакетом и продолжает путь к целевой системе сетевого уровня. Исходная дейтаграмма формируется лишь после того, как места назначения достигнут все фрагменты. Иногда на пути к целевой системе фрагменты, на которые разбита дейтаграмма, приходится фрагментировать повторно.

Маршрутизация Маршрутизацией (routing) называется процесс выбора в интерсети самого эффективного маршрута для передачи дейтаграмм от системы отправителя к системе получателю. В сложных интерсетях, на пример, в Интернете или больших корпоративных сетях, часто от одного компьютера к другому можно добраться несколькими путями. С помощью маршрутизаторов соединяют отдельные ЛВС, входящие в интерсеть. Назначение маршрутизатора — принимать входящий трафик от одной сети и передавать его конкретной системе в другой. В интерсетях различают системы двух видов: оконечные (end systems) и промежуточные (intermediate systems). Оконечные системы являются отправителями и получателями пакетов. Маршрутизатор — промежуточная система. В оконечных системах используются все семь уровней модели OSI, тогда как пакеты, поступающие в промежуточные системы, не поднимаются выше сетевого уровня.

Маршрутизация Чтобы верно направить пакет к цели, маршрутизаторы хранят в памяти таблицы с информацией о сетях (таблицы маршрутизации). Эта (таблицы маршрутизации) информация может быть внесена администратором вручную (статическая маршрутизация) или собрана автоматически (динамическая маршрутизация) с других маршрутизаторов с помощью специализированных протоколов (протоколы динамической маршрутизации). В состав типичного элемента таблицы маршрутизации входят адрес другой сети и адрес маршрутизатора, через который пакеты должны добираться до этой сети. Кроме того, в элементе таблицы маршрути зации содержитсяметрика маршрута условная оценка его эффективности. Если к некой системе имеется несколько маршрутов, маршрутизатор выбирает из них самый эффективный и отправляет дейтаграмму на канальный уровень для передачи маршрутизатору, указанному в элементе таблицы с наилучшей метрикой. В больших сетях маршрутизация может быть необычайно сложным процессом, но чаще всего она осуществляется автоматически и незаметно для пользователя.

Идентификация протокола транспортного уровня Так же, как в заголовке канального уровня указан протокол сетевого уровня, сгенерировавший и передавший данные, в заголовке сетевого уровня содержится информация о протоколе транспортного уровня, от которого эти данные были получены. В соответствии с этой информацией система получатель передает входящие дейтаграммы соответствующему протоколу транспортного уровня.

Транспортный уровень Функции, выполняемые протоколами транспортного (transport) уровня, дополняют функции протоколов сетевого уровня. Часто протоколы этих уровней, используемые для передачи данных, образуют взаимосвязанную пару, что видно на примере TCP/IP: протокол TCP функционирует на транспортном уровне, IP — на сетевом. В большинстве наборов протоколов имеется два или несколько протоколов транспортного уровня, выполняющих разные функции. Альтернативой TCP (Transmission Control Protocol) является протокол UDP (User Datagram Protocol). В набор протоколов IPX также включено несколько протоколов транспортного уровня, в том числе NCP (Net. Ware Core Protocol) и SPX (Sequenced Packet Exchange).

Протоколы ориентированные на соединение Разница между протоколами транспортного уровня из определенного набора заключается в том, что некоторые из них ориентированы на соединение, а другие нет. Системы, использующие протокол, ориентированный на соединение (connection-oriented), передачей данных обмениваются сообщениями, чтобы установить связь друг с другом. Это гарантирует, что системы включены и готовы к работе. Протокол TCP, например, ориентирован на соединение. Когда с помощью браузера происходит подключение к серверу Интернета, браузер и сервер для установления связи сначала выполняют так называемое трехшаговое рукопожатие (three-way handshake). Лишь после этого браузер передает серверу адрес нужной Web страницы. Когда передача данных завершена, системы выполняют такое же рукопожатие для прекращения связи. Кроме того, протоколы, ориентированные на соединение, выполняют дополнительные действия, например, отправляют сигнал подтверждения приема пакета, сегментируют данные, управляют потоком, а также обнаруживают и исправляют ошибки. Вот почему эти протоколы часто называют надежными (reliable).

Протоколы не ориентированные на соединение Протокол, не ориентированный на соединение (connectionless), не устанавливает соединение между двумя системами до передачи данных. Отправитель просто передает информацию целевой системе, не беспокоясь о том, готова ли она принять данные и существует ли эта система вообще. Обычно системы прибегают к протоколам, не ориентированным на соединение, например, к UDP, для коротких транзакций, состоящих только из запросов и ответных сигналов. Ответный сигнал от получателя неявно выполняет функцию сигнала подтверждения о передаче. Протоколы транспортного уровня (как и сетевого и канального уровней) обычно содержат информацию с вышестоящих уровней. Например, в заголовки TCP и UDP включаются номера портов, идентифицирующие приложение, породившее пакет, и приложение, которому он предназначен.

Сеансовый уровень На сеансовом (session) уровне начинается существенное расхождение между реально применяемыми протоколами и моделью OSI. В отличие от нижестоящих уровней, выделенных протоколов сеансового уровня не существует. Функции этого уровня интегрированы в протоколы, которые выполняют также функции представительского и прикладного уровней. Транспортный, сетевой, канальный и физический уровни занимаются собственно передачей данных по сети. Протоколы сеансового и вышестоящих уровней к процессу связи отношения не имеют. К сеансовому уровню относятся 22 службы, многие из которых задают способы обмена информацией между системами, включенными в сеть. Наиболее важны службы управления диалогом и разделения диалога.

Представительский уровень На представительском (presentation) уровне выполняется единственная функция: трансляция синтаксиса между различными системами. Иногда компьютеры в сети применяют разные синтаксисы. Представительский уровень позволяет им «договориться» об общем синтаксисе для обмена данными. Устанавливая соединение на представительском уровне, системы обмениваются сообщениями с информацией о том, какие синтаксисы в них имеются, и выбирают тот, который они будут использовать во время сеанса. У обеих систем, участвующих в соединении, есть абстрактный синтаксис (abstract syntax) их «родная» форма связи. Абстрактные синтаксисы различных компьютерных платформ могут отличаться. В процессе согласования системы выбирают общий синтаксис передачи данных (transfer syntax). Передающая система преобразует свой абстрактный синтаксис в синтаксис передачи данных, а система получатель по завершению передачи наоборот. При необходимости система может выбрать синтаксис передачи данных с дополнительными функциями, например, сжатием или шифрованием данных.

Прикладной уровень это точка входа, через которую программы получают доступ к модели OSI и сетевым ресурсам. Большинство протоколов прикладного уровня предоставляет службы доступа к сети. Например, протоколом SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) большинство программ электронной почты пользуется для отправки сообщений. Другие протоколы прикладного уровня, например, FTP (File Transfer Protocol), сами являются программами. В протоколы прикладного уровня часто включают функции сеансового и представительского уровня. В результате типичный стек протоколов содержит четыре отдельных протокола, которые работают на прикладном (HTTP), транспортном (TCP), сетевом (IP) и канальном (Ethernet) уровнях.

Топология сети — это схема соединения компьютеров и других сетевых устройств с помощью кабеля или другой сетевой среды. Сетевая топология непосредственно связана с используемым типом кабеля. Нельзя выбрать кабель определенного типа и использовать его в сети с произвольной топологией. Однако можно создать несколько ЛВС с разными кабелями и топологиями и соединить их с помощью мостов, коммутаторов и маршрутизаторов. При выборе кабеля и других сетевых компонентов топология всегда будет одним из важнейших критериев. Основные сетевые топологии — «шина» (bus), «звезда» (star) и «кольцо» (ring). Дополнительные топологии «иерархическая звезда» (hierarchical star), ячеистая (mesh) и беспроводные топологии (wireless) – «каждый с каждым» (ad hoc), и инфраструктура (infrastructure).

Топология «шина» Топология типа ши на, представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.

Топология «шина» Достоинства • Небольшое время установки сети; • Дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств); • Простота настройки; • Выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети. Недостатки • Любые неполадки в сети, как обрыв кабеля, выход из строя терминатора полностью уничтожают работу всей сети; • Сложная локализация неисправностей; • С добавлением новых рабочих станций падает производительность сети.

Топология «звезда» Топология Звезда — базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно сетевой концентратор), образуя физический сегмент сети. Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило «дерево» (иерархическая звезда)).

Топология «звезда» Достоинства • выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом; • хорошая масштабируемость сети; • лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети; • высокая производительность сети (при условии правильного проектирования); • гибкие возможности администрирования. Недостатки • выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом; • для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий; • конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном концентраторе.

Топология «дерево» или «иерархическая звезда» Топологию «звезда» можно расширить, добавив второй концентратор, а иногда и третий, и четвертый. Чтобы подключить к сети с топологией «звезда» второй концентратор, нужно его подсоединить к первому концентратору с помощью обычного кабеля и специального каскадирующего (uplink) порта на одном из концентраторов. В обычную сеть Ethernet со скоростью передачи 10 Мбит/сек можно включить до четырех концентраторов, а в сеть Fast Ethernet — как правило, только два.

Топология «логическое кольцо» Кабели в сети с топологией «кольцо» также подключаются к концентратору, из за чего она и выглядит как «звезда» . Сетевое «кольцо» (Token Ring) реализовано логически с помощью соединения проводов внутри кабелей и специального концентратора — модуля множественного доступа (multistation access unit, MSAU). Он получает данные через один порт и по очереди передает их через все остальные (не одновременно, как концентратор Ethernet).

Топология «физическое кольцо» Среди популярных сетевых протоколов имеется один — FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — в котором допускается соединение кабелей в физическое кольцо. Кольцо это должно состоять из двух раздельных физических колец, трафик по которым передается в противоположных направлениях. Если компьютеры подключены к обоим кольцам, сеть может функционировать, даже если одно из них выйдет из строя.

Топология «кольцо» Достоинства • Простота установки; • Практически полное отсутствие дополнительного оборудования; • Возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий. Недостатки • Выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети; • Сложность конфигурирования и настройки; • Сложность поиска неисправностей.

Ячеистая топология (mesh topology) компьютерных сетей существует скорее в виде теоретической концепции, чем в виде практической реализации. В сети с ячеистой топологией все компьютеры связаны друг с другом отдельными соединениями. В реальности эта топология реализована пока только в сетях с двумя узлами. При увеличении количества компьютеров в сети каждый из них пришлось бы оборудовать сетевыми интерфейсами по числу остальных компьютеров.

Беспроводная топология «каждый с каждым» (ad hoc) В режиме Ad Hoc клиенты устанавливают связь непосредственно друг с другом. Устанавливается одноранговое взаимодействие по типу «точка-точка» , и компьютеры взаимодействуют напрямую без применения точек доступа. При этом создается только одна зона обслуживания, не имеющая интерфейса для подключения к проводной локальной сети. Основное достоинство данного режима простота организации: он не требует дополнительного оборудования (точки доступа). Режим может применяться для создания временных сетей для передачи данных.

Беспроводная топология «инфраструктура» В этом режиме точки доступа обеспечивают связь клиентских компьютеров. Точку доступа можно рассматривать как беспроводной коммутатор. Клиентские станции не связываются непосредственно одна с другой, а связываются с точкой доступа, и она уже направляет пакеты адресатам.

Сетевое оборудование • • • Типы кабелей Сетевой адаптер Сетевой концентратор Сетевой мост Сетевой коммутатор Сетевой маршрутизатор

Типы кабелей • Коаксиальный кабель • Витая пара • Оптоволокно

Коаксиальный кабель Коаксиа льный ка бель (от лат. co — совместно и axis — ось, то есть «соосный» ) — вид электрического кабеля, предназначенный для передачи высокочастотных сигналов. Коаксиальный кабель имеет внутренний проводник из меди или омеднённой стали, внутренний диэлектрик из вспененного полиэтилена и экран из фольги и, в отдельных случаях, стальной оплётки. Некоторые кабели в качестве экрана имеют два слоя фольги, между которыми находится стальная оплётка. Благодаря совпадению центров обоих проводников, а также определенному соотношению между диаметром центральной жилы и экрана, внутри кабеля образуется режим стоячей волны, позволяющий снизить потери сигнала на излучение почти до нуля. В то же время, экран обеспечивает защиту от внешних электромагнитных помех.

Коаксиальный кабель Кабели делятся по шкале Radio Guide. Наиболее распространённые категории кабеля: • RG-8 и RG-11 — «Толстый Ethernet» (Thicknet), 50 Ом. Стандарт 10 BASE 5; • RG-58 — «Тонкий Ethernet» (Thinnet), 50 Ом. Стандарт 10 BASE 2: • RG 58/U — сплошной центральный проводник, • RG 58 A/U — многожильный центральный проводник, • RG 58 C/U — военный кабель; • RG-59 — телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Российский аналог РК 75 х х ( «радиочастотный кабель» ); • RG-6 — телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Кабель категории RG 6 имеет несколько разновидностей, которые характеризируют его тип и материал исполнения. Российский аналог РК 75 х х;

Коаксиальный кабель • RG-11 магистральный кабель, практически незаменим, если требуется решить вопрос с большими расстояниями. Этот вид кабеля можно использовать даже на расстояниях около 600 м. Укреплённая внешняя изоляция позволяет без проблем использовать этот кабель в сложных условиях (улица, колодцы). Существует вариант S 1160 с тросом, который используется для надёжной проброски кабеля по воздуху, например, между домами; • RG-62 — ARCNet, 93 Ом RG-8 RG-58

«Тонкий» Ethernet Был наиболее распространённым кабелем для построения локальных сетей IEEE 802. 3 a. Диаметр примерно 6 мм и значительная гибкость позволяли ему быть проложенным практически в любых местах. Кабели соединялись друг с другом и с сетевой платой в компьютере при помощи Т-коннектора BNC (Bayonet Neill-Concelman). Между собой кабели могли соединяться с помощью I-коннектора BNC (прямое соединение). На обоих концах сегмента должны быть установлены терминаторы. Поддерживает передачу данных до 10 Мбит/с на расстояние до 185 м. I коннектор BNC Терминатор BNC разъем Т коннектор BNC

«Толстый» Ethernet Более толстый, по сравнению с предыдущим, кабель — около 12 мм в диаметре, имел более толстый центральный проводник. Плохо гнулся и имел значительную стоимость. Кроме того, присоединении к компьютеру были некоторые сложности — использовались трансиверы AUI (Attachment Unit Interface), присоединённые к сетевой карте с помощью ответвления, пронизывающего кабель, т. н. «вампирчики» . За счёт более толстого проводника передачу данных можно было осуществлять на расстояние до 500 м со скоростью 10 Мбит/с (IEEE 802. 3). Однако сложность и дороговизна установки не дали этому кабелю такого широкого распространения, как RG 58. Исторически фирменный кабель RG 8 имел жёлтую окраску, и поэтому иногда можно встретить название «Жёлтый Ethernet» (англ. Yellow Ethernet).

Витая пара Вита я па ра (англ. twisted pair) — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой. Свивание проводников производится с целью повышения связи проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче сигналов. Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным шагом. Витая пара — один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве сетевого носителя во многих технологиях, таких как Ethernet, Arcnet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в монтаже, является самым распространённым решением для построения локальных сетей.

Типы кабеля витая пара В зависимости от наличия защиты — электрически заземлённой медной оплетки или алюминиевой фольги вокруг скрученных пар, определяют разновидности данной технологии: • незащищенная витая пара (UTP — Unshielded twisted pair) — отсутствует защитный экран вокруг отдельной пары; • фольгированная витая пара (FTP — Foiled twisted pair) — также известна как F/UTP, присутствует один общий внешний экран в виде фольги; • защищенная витая пара (STP — Shielded twisted pair) — присутствует защита в виде экрана для каждой пары и общий внешний экран в виде сетки; • фольгированная экранированная витая пара (S/FTP — Screened Foiled twisted pair) — внешний экран из медной оплетки и каждая пара в фольгированной оплетке; • незащищенная экранированная витая пара (SF/UTP — Screened Foiled Unshielded twisted pair) — двойной внешний экран из медной оплетки и фольги, каждая витая пара без защиты.

Категории кабеля витая пара Существует несколько категорий кабеля витая пара, которые нумеруются от CAT 1 до CAT 7 и определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины. Категории неэкранированной витой пары описываются в стандарте EIA/TIA 568 (Американский стандарт проводки в коммерческих зданиях). • CAT 1 (полоса частот 0, 1 МГц) — телефонный кабель, всего одна пара (в России применяется кабель и вообще без скруток — «лапша» — у нее характеристики не хуже, но больше влияние помех). В США использовался ранее, только в «скрученном» виде. Используется только для передачи голоса или данных при помощи модема. • CAT 2 (полоса частот 1 МГц) — старый тип кабеля, 2 пары проводников, поддерживал передачу данных на скоростях до 4 Мбит/с, использовался в сетях Token Ring и Arcnet. Сейчас иногда встречается в телефонных сетях.

Категории кабеля витая пара • CAT 3 (полоса частот 16 МГц) — 4 парный кабель, использовался при построении локальных сетей 10 BASE-T (IEEE 802. 3 i) и Token Ring, поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с или 100 МБит/с по технологии 100 BASE-T 4 - Стандарт Fast. Ethernet (IEEE 802. 3 u). В отличие от предыдущих двух, отвечает требованиям стандарта IEEE 802. 3. Также до сих пор встречается в телефонных сетях. • CAT 4 (полоса частот 20 МГц) — кабель состоит из 4 скрученных пар, использовался в сетях Token Ring, скорость передачи данных не превышает 16 Мбит/с по одной паре, сейчас не используется.

Категории кабеля витая пара • САТ 5 (полоса частот 100 МГц) — 4 парный кабель, использовался при построении локальных сетей 100 BASE-TX (IEEE 802. 3 u) и для прокладки телефонных линий, поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар. • CAT 5 e (полоса частот 125 МГц) — 4 парный кабель, усовершенствованная категория 5. Скорость передач данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4 пар (1000 BASE-T, IEEE 802. 3 ab). Кабель категории 5 e является самым распространённым и используется для построения компьютерных сетей. Ограничение на длину кабеля между устройствами (компьютер свитч, свитч компьютер, свитч) — 100 м. • CAT 6 (полоса частот 250 МГц) — применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 1000 Мбит/с (1000 BASE-TX).

Категории кабеля витая пара • CAT 6 A (полоса частот 500 МГц) — применяется в сетях Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гигабит/с (10 GBase. T, IEEE 802. 3 an – 10 Gigabit Ethernet) и планируется использовать его для приложений, работающих на скорости до 40 Гигабит/с. Добавлен в стандарт в феврале 2008 года. • CAT 7 — спецификация на данный тип кабеля утверждена только международным стандартом ISO 11801, скорость передачи данных до 100 Гбит/с, частота пропускаемого сигнала до 600— 700 МГц. Кабель этой категории имеет общий экран и экраны вокруг каждой пары. Седьмая категория, строго говоря, не UTP, а S/FTP (Screened Fully shielded Twisted Pair).

Разъем для витой пары 8 P 8 C (8 Position 8 Contact), часто ошибочно называемый RJ 45 или RJ-45 — унифицированный разъём, используемый в телекоммуникациях, имеет 8 контактов и защёлку. Используется для создания ЛВС по технологиям 10 BASE-T, 100 BASE-T и 1000 BASE-TX с использованием 4 парных кабелей витой пары. Используется во многих других областях и для построения иных сетей. Телефонный унифицированный разъём RJ-11 меньше по размеру и может вставляться в гнёзда 8 P 8 C (для обратной совместимости). 8 P 8 C (RJ 45) Витая пара

Оптоволокно — это стеклянная или пластиковая нить, используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения. Оптоволокно используется как средство для дальней связи и построения компьютерной сети, вследствие своей гибкости (хотя и меньшей, нежели проводящие кабели). Несмотря на то, что волокна могут быть сделаны из прозрачного пластичного оптоволокна или кварцевого волокна, использующиеся для передачи информации на большие расстояния, изготавливаются из кварцевого стекла, из за низкого оптического ослабления электромагнитного излучения. В связи используются многомодовые и одномодовые оптоволокна; многомодовое оптоволокно обычно используется на небольших расстояниях (до 500 м), а одномодовое оптоволокно — на длинных дистанциях. Из за строгого допуска между одномодовым оптоволокном, передатчиком, приемником, усилителем и другими одномодовыми компонентами, их использование обычно дороже, чем применение мультимодовых компонентов.

Оптоволокно Световой импульс, проходя по волокну, из за явления дисперсии изменит свою форму – «размажется» . Различают несколько видов дисперсии: модовая, материальная и волноводная. Модовая дисперсия присуща многомодовому волокну и обусловлена наличием большого числа мод, время распространения которых различно. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны. Волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью скорости распространения моды от длины волны.

Оптоволокно У одномодового оптоволокна СКС диаметр сердцевины составляет 8 -10 мкм. Для идентификации оптического кабеля с одномодовыми оптоволокнами на кабеле или в описании оптического кабеля можно встретить надписи 9/125 или 8 -10/125. При обозначении одномодового волокна используют две буквы SM (англ. акроним от слова Single. Mode). У многомодовых оптоволокон внешний диаметр сердцевины может быть 50 мкм или 62. 5 мкм. При описании оптического кабеля с многомодовыми волокнами можно встретить следующие обозначение 50/125, 62. 5/125, где 50 и 62. 5 это диаметр сердцевины волонка. Также можно встретить при обозначении многомодового волокна две буквы MM (англ. акроним от слова Multi. Mode).

Разъем оптоволокна ST ST. От английского straight tip connector (прямой разъем) или, неофициально Stick-and-Twist (вставь и поверни). Был разработан в 1985 году AT&T, ныне Lucent Technologies. Конструкция основана на керамическом наконечнике (феруле) диаметром 2, 5 мм с выпуклой торцевой поверхностью. Фиксация вилки на гнезде выполняется подпружиненным байонетным элементом (подобно разъемам BNC, использующимся для коаксиального кабеля).

Разъем оптоволокна ST Разъемы ST самый дешевый и распространенный в России тип. Он немного лучше, чем SC, приспособлен к тяжелым условиям эксплуатации благодаря простой и прочной металлической конструкции (допускает больше возможностей для применения грубой физической силы). Как основные недостатки, можно назвать сложность маркировки, трудоемкость подключения, и невозможность создания дуплексной вилки.

Разъем оптоволокна SC SC. От английского subscriber connector (абонентский разъем), а иногда используется неофициальная расшифровка Stick-and-Click (вставь и защелкни). Был разработан японской компанией NTT, с использованием такого же, как в ST, керамического наконечника диаметром 2, 5 мм. Но основная идея заключается в легком пластмассовом корпусе, хорошо защищающим наконечник, и обеспечивающим плавное подключение и отключение одним линейным движением. Такая конструкция позволяет достичь большой плотности монтажа, и легко адаптируется к удобным сдвоенным разъемам. Поэтому разъемы SC рекомендованы для создания новых систем, и постепенно вытесняют ST.

Другие разъемы оптоволокна Дополнительно нужно отметить еще два типа, один из которых используется в смежной отрасли, а другой постепенно набирает популярность. FC. Очень похож на ST, но с резьбовой фиксацией. Активно используется телефонистами всех стран, но в локальных сетях практически не встречается. LC. Новый "миниатюрный" разъем, конструктивно идентичный SC. Пока достаточно дорог, и для "дешевых" сетей его применение бессмысленно. Как главный аргумент "за" создатели приводят большую плотность монтажа. Это достаточно серьезный довод, и в отдаленном (по телекоммуникационным меркам) будущем вполне возможно, что он станет основным типом.

Сетевая плата также известная как сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet адаптер, NIC (англ. network interface controller) — периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети. По конструктивной реализации сетевые платы делятся на: • • • внутренние — отдельные платы, вставляющиеся в PCI, ISA или PCI E слот; внешние, подключающиеся через USB или PCMCIA интерфейс, преимущественно использовавшиеся в ноутбуках; встроенные в материнскую плату.

Параметры сетевого адаптера При конфигурировании карты сетевого адаптера могут быть доступны следующие параметры: • номер линии запроса на аппаратное прерывание IRQ • номер канала прямого доступа к памяти DMA (если поддерживается) • базовый адрес ввода/вывода • базовый адрес памяти ОЗУ (если используется) • поддержка стандартов автосогласования дуплекса/полудуплекса, скорости • поддержка теггрированных пакетов VLAN (801. q) с возможностью фильтрации пакетов заданного VLAN ID • параметры WOL (Wake on LAN) В зависимости от мощности и сложности сетевой карты она может реализовывать вычислительные функции (преимущественно подсчёт и генерацию контрольных сумм кадров) аппаратно либо программно (драйвером сетевой карты с использованием центрального процессора).

Характеристики сетевых адаптеров Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) вместе со своим драйвером реализует второй, канальный уровень модели открытых систем в конечном узле сети — компьютере. Более точно, в сетевой операционной системе пара адаптер и драйвер выполняет только функции физического и МАС-уровней, в то время как LLC-уровень обычно реализуется модулем операционной системы, единым для всех драйверов и сетевых адаптеров. Собственно так оно и должно быть в соответствии с моделью стека протоколов IEEE 802. Например, в ОС Windows NT уровень LLC реализуется в модуле NDIS, общем для всех драйверов сетевых адаптеров, независимо от того, какую технологию поддерживает драйвер.

Функции сетевых адаптеров Сетевой адаптер совместно с драйвером выполняют две операции: передачу и прием кадра. Передача кадра из компьютера в кабель состоит из перечисленных ниже этапов (некоторые могут отсутствовать, в зависимости от принятых методов кодирования): 1. Прием кадра данных LLC через межуровневый интерфейс вместе с адресной информацией МАС-уровня. Обычно взаимодействие между протоколами внутри компьютера происходит через буферы, расположенные в оперативной памяти. Данные для передачи в сеть помещаются в эти буферы протоколами верхних уровней, которые извлекают их из дисковой памяти либо из файлового кэша с помощью подсистемы ввода/вывода операционной системы. 2. Оформление кадра данных МАС-уровня, в который инкапсулируется кадр LLC (с отброшенными флагами 01111110). Заполнение адресов назначения и источника, вычисление контрольной суммы.

Функции сетевых адаптеров 3. Формирование символов кодов при использовании избыточных кодов типа 4 В/5 В. Скрэмблирование кодов для получения более равномерного спектра сигналов. Этот этап используется не во всех протоколах — например, технология Ethernet 10 Мбит/с обходится без него. 4. Выдача сигналов в кабель в соответствии с принятым линейным кодом — манчестерским, NRZ 1. MLT 3 и т. п.

Функции сетевых адаптеров Прием кадра из кабеля в компьютер включает следующие действия: 1. Прием из кабеля сигналов, кодирующих битовый поток. 2. Выделение сигналов на фоне шума. Эту операцию могут выполнять различные специализированные микросхемы или сигнальные процессоры DSP. В результате в приемнике адаптера образуется некоторая битовая последовательность, с большой степенью вероятности совпадающая с той, которая была послана передатчиком.

Функции сетевых адаптеров 3. Если данные перед отправкой в кабель подвергались скрэмблированию, то они пропускаются через дескрэмблер, после чего в адаптере восстанавливаются символы кода, посланные передатчиком. 4. Проверка контрольной суммы кадра. Если она неверна, то кадр отбрасывается, а через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC передается соответствующий код ошибки. Если контрольная сумма верна, то из МАС кадра извлекается кадр LLC и передается через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC. Кадр LLC помещается в буфер оперативной памяти. Распределение обязанностей между сетевым адаптером и его драйвером стандартами не определяется, поэтому каждый производитель решает этот вопрос самостоятельно. Обычно сетевые адаптеры делятся на адаптеры для клиентских компьютеров и адаптеры для серверов.

Классификация сетевых адаптеров В адаптерах для клиентских компьютеров значительная часть работы перекладывается на драйвер, тем самым адаптер оказывается проще и дешевле. Недостатком такого подхода является высокая степень загрузки центрального процессора компьютера рутинными работами по передаче кадров из оперативной памяти компьютера в сеть. Центральный процессор вынужден заниматься этой работой вместо выполнения прикладных задач пользователя. Поэтому адаптеры, предназначенные для серверов, обычно снабжаются собственными процессорами, которые самостоятельно выполняют большую часть работы по передаче кадров из оперативной памяти в сеть и в обратном направлении. Примером такого адаптера может служить сетевой адаптер SMS Ether. Power со встроенным процессором Intel i 960.

Сетевой концентратор

Сетевой концентратор или Хаб (жарг. от англ. hub — центр деятельности) — сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна. Концентратор работает на физическом уровне сетевой модели OSI, повторяет приходящий на один порт сигнал на все активные порты. В случае поступления сигнала на два и более порта одновременно возникает коллизия, и передаваемые кадры данных теряются. Таким образом, все подключенные к концентратору устройства находятся в одном домене коллизий. Концентраторы всегда работают в режиме полудуплекса, все подключенные устройства Ethernet разделяют между собой предоставляемую полосу доступа.

Характеристики сетевых концентраторов • Количество портов — разъёмов для подключения сетевых линий, обычно выпускаются концентраторы с 4, 5, 6, 8, 16, 24 и 48 портами (наиболее популярны с 4, 8 и 16). Концентраторы можно соединять каскадно друг к другу, наращивая количество портов сегмента сети. В некоторых для этого предусмотрены специальные порты. • Скорость передачи данных — измеряется в Мбит/с, выпускаются концентраторы со скоростью 10, 100 и 1000. В основном распространены концентраторы с возможностью изменения скорости, обозначаются как 10/1000 Мбит/с. Обычно, если хотя бы одно устройство присоединено к концентратору на скорости нижнего диапазона, он будет передавать данные на все порты с этой скоростью. • Тип сетевого носителя — обычно это витая пара или оптоволокно, но существуют концентраторы и для других носителей, а также смешанные, например для витой пары и коаксиального кабеля.

Сетевой концентратор

Схемы обжимки витой пары Данные схемы обжимки витой пары приведены для кабеля категории 5 (4 пары проводников). Обжимается коннектором 8 P 8 C. Существует 2 схемы обжимки кабеля: прямой кабель и перекрёстный (кросс-овер) кабель. Первая схема используется для соединения компьютера со свитчем/хабом, вторая для соединения 2 компьютеров напрямую и для соединения некоторых старых моделей хабов/свитчей (uplink порт). Нумерация в разъеме 8 P 8 C

Схемы обжимки Прямой кабель по стандарту EIA/TIA 568 A Прямой кабель по стандарту EIA/TIA 568 B

Кроссировка

Соединение типа компьютер-компьютер

Соединение типа компьютер-концентратор

Соединение типа концентратор-концентратор

Сетевой мост Мост, сетевой мост, бридж (жарг. , калька с англ. bridge) — сетевое оборудование для объединения сегментов локальной сети. Сетевой мост работает на втором уровне модели OSI, обеспечивая ограничение домена коллизий (в случае сети Ethernet). Формальное описание сетевого моста приведено в стандарте IEEE 802. 1 D

Функциональные возможности моста • ограничение домена коллизий • задержку фреймов, адресованных узлу в сегменте отправителя • ограничение перехода из домена в домен ошибочных фреймов: • карликов (фреймов меньшей длины, чем допускается по стандарту (64 байта)) • фреймов с ошибками в CRC • фреймов с признаком «коллизия» • затянувшихся фреймов (размером больше, чем разрешено стандартом)

Функциональные возможности моста Дополнительная функциональность • Обнаружение (и подавление) петель (широковещательный шторм) • поддержку протокола Spanning tree для разрыва петель и обеспечения резервирования каналов.

Сетевой коммутатор или свитч (жарг. от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались. Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI, и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC адресам.

Принцип работы коммутатора Коммутатор хранит в памяти таблицу, в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры и, определив MAC адрес хоста отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице.

Режимы коммутации Существует три способа коммутации. Каждый из них — это комбинация таких параметров, как время ожидания и надёжность передачи. 1. С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю информацию во фрейме, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него фрейм. 2. Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает во фрейме только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок.

Режимы коммутации 3. Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный. Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (фреймы размером 64 байта обрабатываются по технологии store and forward, остальные по технологии cut through).

Возможности и разновидности коммутаторов Коммутаторы подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые). Более сложные коммутаторы позволяют управлять коммутацией на канальном (втором) и сетевом (третьем) уровне модели OSI. Обычно их именуют соответственно, например Layer 2 Switch или просто, сокращенно L 2. Управление коммутатором может осуществляться посредством протокола Web интерфейса, SNMP, RMON (протокол, разработанный Cisco) и т. п. Многие управляемые коммутаторы позволяют выполнять дополнительные функции: VLAN, Qo. S, агрегирование, зеркалирование. Сложные коммутаторы можно объединять в одно логическое устройство — стек, с целью увеличения числа портов.

Коммутаторы

Маршрутизатор Маршрутиза тор или роутер, рутер (от англ. router), — сетевое устройство, на основании информации о топологии сети и определённых правил принимающее решения о пересылке пакетов сетевого уровня (уровень 3 модели OSI) между различными сегментами сети. Работает на более высоком уровне, нежели коммутатор и сетевой мост.

Принцип работы маршрутизатора Маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в пакетах данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается. Существуют и другие способы определения маршрута пересылки пакетов, когда, например, используется адрес отправителя, используемые протоколы верхних уровней и другая информация, содержащаяся в заголовках пакетов сетевого уровня. Маршрутизаторы могут осуществлять фильтрацию транзитного потока данных на основе определённых правил с целью ограничения доступа, шифрование/дешифрование передаваемых данных и т. д.

Таблица маршрутизации содержит информацию, на основе которой маршрутизатор принимает решение о дальнейшей пересылке пакетов. Таблица состоит из некоторого числа записей — маршрутов, в каждой из которых содержится адрес сети получателя, адрес следующего узла, которому следует передавать пакеты и некоторый вес записи — метрика. Метрики записей в таблице играют роль в вычислении кратчайших маршрутов к различным получателям. В зависимости от модели маршрутизатора и используемых протоколов маршрутизации, в таблице может содержаться некоторая дополнительная служебная информация.

Таблица маршрутизации 192. 168. 64. 0/16 [110/49] via 192. 168. 1. 2, 00: 34, Fast. Ethernet 0/0. 1 где 192. 168. 64. 0/16 — сеть назначения, 110/ административное расстояние /49 — метрика маршрута, 192. 168. 1. 2 — адрес следующего маршрутизатора, которому следует передавать пакеты для сети 192. 168. 64. 0/16, 00: 34 — время, в течение которого был известен этот маршрут, Fast. Ethernet 0/0. 1 — интерфейс маршрутизатора, через который можно достичь «соседа» 192. 168. 1. 2.

Статическая маршрутизация Таблица маршрутизации может составляться двумя способами: • статическая маршрутизация — когда записи в таблице вводятся и изменяются вручную. Такой способ требует вмешательства администратора каждый раз, когда происходят изменения в топологии сети. С другой стороны, он является наиболее стабильным и требующим минимума аппаратных ресурсов маршрутизатора для обслуживания таблицы.

Динамическая маршрутизация динамическая маршрутизация — когда записи в таблице обновляются автоматически при помощи одного или нескольких протоколов маршрутизации — RIP, OSPF, EIGRP, IS-IS, BGP, и др. Кроме того, маршрутизатор строит таблицу оптимальных путей к сетям назначения на основе различных критериев — количества промежуточных узлов, пропускной способности каналов, задержки передачи данных и т. п. Критерии вычисления оптимальных маршрутов чаще всего зависят от протокола маршрутизации, а также задаются конфигурацией маршрутизатора. Зачастую для построения таблиц маршрутизации используют теорию графов.

Применение маршрутизаторов Маршрутизаторы помогают уменьшить загрузку сети, благодаря её разделению на домены коллизий и широковещательные домены, а также благодаря фильтрации пакетов. В основном их применяют для объединения сетей разных типов, зачастую несовместимых по архитектуре и протоколам, например для объединения локальных сетей Ethernet и WAN-соединений, использующих протоколы x. DSL, PPP, ATM, Frame relay и т. д. Нередко маршрутизатор используется для обеспечения доступа из локальной сети в глобальную сеть Интернет, осуществляя функции трансляции адресов и межсетевого экрана.

Реализация маршрутизатора В качестве маршрутизатора может выступать как специализированное (аппаратное) устройство, так и обычный компьютер, выполняющий функции маршрутизатора. Существует несколько пакетов программного обеспечения (в большинстве случаев на основе ядра Linux) с помощью которого можно превратить ПК в многофункциональный маршрутизатор, например GNU Zebra.

Домен коллизий Доме н колли зий (англ. Collision domain) сегмент сети, имеющий общий физический уровень, в котором доступ к среде передачи может получать только один абонент одновременно. Задержка распространения сигнала между станциями, либо одновременное начало передачи вызывает возникновение коллизий, которые требуют специальной обработки и снижают производительность сети. Чем больше узлов в таком сегменте - тем выше вероятность коллизий. Для уменьшения домена коллизий применяется сегментация физической сети с помощью мостов и других сетевых устройств более высокого уровня.

Домен коллизий Сетевые устройства, работающие на разных уровнях модели OSI, могут продлевать, либо ограничивать домен коллизий. Возможны следующие варианты: • Устройства первого уровня OSI (концентраторы, повторители) только ретранслируют любой сигнал, поступающий из среды передачи, и продлевают домен коллизий. • Устройства второго и третьего уровня OSI (мосты, коммутаторы, маршрутизаторы) ограничивают домен коллизий. • Домен коллизий не существует при подключении к порту коммутатора в полнодуплексном режиме, либо при соединении типа "точка-точка" двух сетевых адаптеров.

Широковещательный домен Широковеща тельный доме н (англ. Broadcast domain) (сегмент) — логический участок компьютерной сети, в котором каждое устройство может передавать данные любому другому устройству непосредственно, без использования маршрутизатора. В общем случае данный термин применим ко второму (канальному) уровню сетевой модели OSI, однако иногда применяется и к третьему уровню с соответствующей оговоркой. Устройства, ограничивающие широковещательный домен — маршрутизаторы, работающие на третьем, сетевом уровне модели OSI, и коммутаторы на втором уровне модели OSI, поддерживающие технологию VLAN. Устройства первого уровня — концентраторы и повторители, а также коммутаторы без поддержки VLAN широковещательный домен не ограничивают.

Схемы передачи данных Unicast (однонаправленная (односторонняя)) передача данных подразумевает под собой передачу пакетов единственному адресату.

Схемы передачи данных Broadcast (Широковещание) — форма передачи данных, при которой каждый переданный пакет данных достигает всех участников сети одновременно. Широковещание возможно только в пределах одного сегмента сети (L 2 или L 3), однако пакеты данных могут быть посланы из-за пределов сегмента, в которой будет осуществлено широковещание (например, передача пакета на широковещательный IP адрес через маршрутизатор из за пределов сети). Нагрузка на сеть в случае широковещания не отличается от обычной передачи данных одному адресату, поскольку пакеты данных не размножаются (в отличие от групповой передачи).

Схемы передачи данных Multicast (англ. групповая передача) — специальная форма широковещания, при которой копии пакетов направляются определённому подмножеству адресатов. При традиционной технологии IP адресации требуется каждому получателю информации послать свой пакет данных, то есть одна и та же информация передается много раз. Технология групповой адресации представляет собой расширение IP адресации, позволяющее направить одну копию пакета сразу всем получателям. Множество получателей определяется принадлежностью каждого из них к конкретной группе. Рассылку для конкретной группы получают только члены этой группы.

Схемы передачи данных Для реализации групповой адресации в локальной сети необходимы: поддержка групповой адресации стеком протокола TCP/IP; программная поддержка протокола IGMP для отправки запроса о присоединении к группе и получении группового трафика; поддержка групповой адресации сетевой картой; приложение, использующее групповую адресацию, например видеоконференция. Для расширения этой возможности на глобальную сеть дополнительно необходима поддержка всеми промежуточными маршрутизаторами групповой адресации и пропускание группового трафика используемыми firewall-ами. В локальной сети можно добиться еще большей оптимизации, используя коммутаторы с фильтрацией группового трафика, автоматически настраивающиеся на передачу трафика только получателям.

Схемы передачи данных Технология IP Multicast использует адреса с 224. 0. 0. 0 до 239. 255. Поддерживается статическая и динамическая адресация. Примером статических адресов являются 224. 0. 0. 1 — адрес группы, включающей в себя все узлы локальной сети, 224. 0. 0. 2 — все маршрутизаторы локальной сети. Диапазон адресов с 224. 0. 0. 0 по 224. 0. 0. 255 зарезервирован для протоколов маршрутизации и других низкоуровневых протоколов поддержки групповой адресации. Остальные адреса динамически используются приложениями. В последнее время широкое распространение приобрели мультимедиа трансляции и видеоконференцсвязь. При использовании традиционной технологии пропускной способности существующих каналов хватает лишь для установления связи с очень ограниченным числом получателей. Групповая адресация снимает это ограничение и получателей может быть любое количество.

Схемы передачи данных Anycast (дословно "посылка кому-нибудь") метод рассылки пакетов (реализованный, в частности, в протоколе IPv 6), позволяющий устройству посылать данные ближайшему из группы получателей. В протоколе IP anycast реализован путём публикации одинакового маршрута из различных точек сети через протокол BGP. В настоящее время anycast используется в Internet для уменьшения времени реакции и балансировки нагрузки корневых NS-серверов. Например, корневой NS сервер K имеет множество инсталляций, в том числе в Амстердаме, Лондоне, Токио, Дели, Майами, Рейкъявике, Новосибирске, Хельсинки и других городах.

Скачать презентацию Информационные сети Автор Шадрин Денис Борисович Определение

Информационные сети (часть 1).ppt

Количество слайдов: 120