Тема 3 Сетевые информационные технологии 2 8 2018 1

Тема 3. Сетевые информационные технологии 2/8/2018 1

Вопросы: 1. 2. 3. 4. Компьютерные сети. Классификация КС. Коммуникационное и соединительное оборудование. Стандартизация КС. Понятие интерфейса и протокола КС. Модель OSI. Локальные компьютерные сети (LAN). Глобальная сеть Интернет 2

Литература 1. 2. 3. 4. 5. Сосновский О. А. Компьютерные сети и сетевые технологии. Курс лекций. – Мн. : БГЭУ, 2003. Сосновский О. А. Телекоммуникационные технологии и компьютерные сети: курс лекций: учеб. пособие. – Мн. : БГЭУ, 2007. Компьютерные информационные технологии. Учеб. -практ. пособие /под общ. ред. А. Н. Морозевича. – Мн. : БГЭУ, 2005 (Система дистанционного обучения). Олифер В. Г. Компьтерные сети. Принципы, технологии, протоколы: учебное пособие для вузов. – СПб: Питер, 2006. Сетевое окружение/Research/Archive/Ucheb. M/Естественнонаучные /Компьютерные информационные технологии …. 3

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 информационных и вычислительных ресурсов при выполнении информационно-вычислительных работ. Любая компьютерная сеть характеризуется • топологией, • протоколами, • интерфейсами, • сетевыми техническими и программными средствами. 4

Компьютерная сеть включает комплекс n технических средств n информационных средств n 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) 5

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

Наиболее распространены сетевые услуги: 1. 2. 3. Предоставление информационных ресурсов; Электронные коммуникации; Удаленное выполнение программ. Основные характеристики КС: Операционные возможности; Производительность; Стоимость предоставляемых услуг. 7

Компьютеры, входящие в сеть, выполняют функции: Ø Организация доступа к сети. Ø Управление передачей информации. Ø Предоставление вычислительных ресурсов и услуг абонентам сети. n n n Абонент (узел, хост, станция) — устройство, подключенное к сети и активно участвующее в информационном обмене. Клиент — абонент сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает, т. е. сеть его обслуживает, а он ей только пользуется. Компьютер-клиент часто называют рабочей станцией. Сервер — абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует их ресурсы. Выделенный сервер — сервер, занимающийся только сетевыми задачами. Невыделенный сервер может помимо обслуживания сети выполнять и другие задачи. 8

Устройства для подключения компьютеров к сети n n Сетевая карта (сетевой адаптер) – для физического подключения ПК к локальной сети. Сетевые интерфейсные платы служат для взаимодействия с другими устройствами в локальной сети. Модем (внешний или внутренний)устройство, преобразующее аналоговый сигнал в цифровой и обратно. 9

Сервер сети – компьютер подключенный к сети и предоставляющий пользователям сети набор услуг по использованию и распределению ресурсов сети. Сервером называют и программное обеспечение, хранящее соответствующую своему ресурсу информацию и отвечающее на запросы клиентского программного обеспечения. По выполняемым функциям серверы подразделяются: n Файловый сервер n Сервер баз данных n Сервер приложений n Коммуникационный сервер n Принт-сервер n Почтовый сервер n Факс-сервер и др. 10

Коммутация — процесс соединения абонентов коммуникационной сети через транзитные узлы. 11

Канал связи – совокупность устройств, осуществляющих передачу информации на большие расстояния. Узлы – промежуточные устройства, в которых сходятся каналы связи (три и более) сети передачи данных.

Передающая (коммуникационная) среда для передачи данных между рабочими станциями. Состоит в общем случае из каналов и узлов. Канал связи – это совокупность устройств осуществляющих передачу данных на большие расстояния. Каналы бывают аналоговыми и цифровыми. 13

Передающая среда 1. 2. 3. 4. 5. 6. Проводные; Кабельные; Радиосвязь и радиорелейная связь; Спутниковые; Оптоволоконная; Электрические сети. 14

1. Кабели а) коаксиальный (до 10 Мбит/сек) б) витая пара (16 Mбит/сек, 20 Mбит/сек, 100 Mбит/сек) 2. Телефонные провода (до 100 Кбит/сек) 3. Оптоволокно (до 1 Гбит/сек) 4. Радиоволны (до 2 Гбит/сек при прямой видимости) 15

Коммуникационное и соединительное оборудование сетей n Сетевые коммуникационные устройства: n Межсетевые коммуникационные устройства: соединители кабелей, сетевые карты, модемы, повторители, соединители, мосты, мультиплексоры. маршрутизаторы, мосты-маршрутизаторы, оборудование обслуживания каналов и потоков данных. 16

Классификация компьютерных сетей Признаки классификации: – территориальное размещение; – топология; – тип компьютеров; – размещение данных; – тип решаемых задач; – число уровней; – логика соединения; – выполняемые функции. 17

Классификация компьютерных сетей Признак классификации Вид сети территориальная распространенность Локальная (LAN) Локальная Домашняя (HAN) Домашняя Региональная (MAN) Региональная Глобальная (WAN) Глобальная 18

Локальная (ЛC, ЛВС) LAN (Local Area Network) – соединяет компьютеры, расположенные на небольшом расстоянии, и между которыми существует постоянный информационный обмен. Основные характеристики LAN: около 10 км в радиусе; n использование высокоскоростных каналов; n наличие одного маршрута передачи данных между компьютерами; n наличие топологии. n 19

Классы локальных сетей по уровням иерархии 1. 2. Одноранговые сети (одноуровневые); Иерархические. 20

Одноранговые отсутствуют выделенные серверы, а каждый узел является как клиентом, так и сервером. Клиент-сервер — 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. 21

Глобальная сеть WAN (Wide Area Network) – сеть, покрывающая большие географические регионы, включающая как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Характеристики WAN: n охват большой территории; скорость передачи информации ниже, чем в ЛС; n наличие множества маршрутов передачи данных; nгибридная топология. n 22

Коммуникационная сеть - ядро КС, связывающее рабочие станции и серверы сети друг с другом. К другой сети Межсетевой интерфейс МИ Сервер Рабочие станции УК УК УК Сервер Узлы коммутации 23

Глобальная сеть строится на основе некоммутируемых (выделенных) каналов связи, которые соединяют коммутаторы глобальной сети между собой. Коммутаторы называют также центрами коммутации пакетов (ЦКП), которые в разных технологиях глобальных сетей могут иметь названия - кадры, ячейки (cell). 24

Децентрализованные или пиринговые (англ. peer-to-peer, P 2 P — равный с равным) сети — компьютерные сети, основанные на равноправии участников. В пиринговых сетях n Каждый компьютер сети является как клиентом, так и сервером одновременно. n Каждый компьютер сети может посылать запросы на предоставление каких-либо ресурсов и получать их. n Каждый компьютер должен обрабатывать запросы от других компьютеров в сети, отсылать результаты выполнения запроса, а также выполнять некоторые другие функции. 25

Региональные сети (MAN) – сети, существующие в пределах города, района, области, страны. 26

Методы коммутации в КС n Предоставление физических каналов во время сеансов связи между компьютерами в сети называется коммутацией. Существует три схемы коммутации в сетях: Ø коммутация каналов, Ø коммутация пакетов Ø коммутация сообщений. 27

Коммутация каналов - образование составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами сети. 28

Коммутация пакетов - 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. 29

Структура пакета по стандарту IEEE 802. 3 с указанием длины каждого поля в байтах. Преамбула Признак начала пакета Назначение Источник Длина Данные Набивка CRCсумма 7 1 2 или 6 2 0 -1500 ? 4 30

Коммутация сообщений – передача единого блока данных через промежуточные транзитные компьютеры с временной буферизацией этого блока на диске каждого компьютера. 31

Конвергенция сетей Основные отличия локальных и глобальных сетей: 1. 2. 3. 4. 5. Протяженность и качество линий связи. Сложность методов передачи данных. Скорость обмена данными. Разнообразие услуг. Масштабируемость. Тесная интеграция локальных и глобальных сетей привела к значительному взаимопроникновению соответствующих технологий 32

Направления сближения LAN и WAN: n n n Методы передачи данных на платформе цифровой передачи данных по волоконно-оптическим линиям связи; Изменение требований к протоколам глобальных компьютерных сетей – обеспечение гарантированной средней скорости доставки информации пользователям; Доминирование протокола IP. Появление технологий, предназначенных для обоих видов сетей; Появление сетей масштаба города; Тенденция сближения всех видов сетей. 33

3. 2. Стандартизация КС. Модель OSI. Понятие «открытой» системы Открытая система - это система, которая состоит Открытая система из компонентов, взаимодействующих друг с другом через стандартные интерфейсы. Жан-Мишель Корну В широком смысле открытая система – любая система (компьютер, вычислительная сеть, программный пакет и др. ), построенная в соответствии с открытыми спецификациями.

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. 35

Общие свойства открытых систем : Ø Ø расширяемость/масштабируемость, мобильность (переносимость), интероперабельность (способность к взаимодействию с другими системами), дружественность к пользователю, в т. ч. - легкая управляемость 36

Эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI, Open Systems Interconnection). Модель OSI описывает взаимосвязи открытых систем. 37

Эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI, Open Systems Interconnection). Прикладной уровень Коммуникации: обеспечение точной доставки данных между конечными станциями Представительный уровень Сеансовый уровень Компоненты ОС Транспортный уровень Сетевой уровень Маршрутизаторы, коммутаторы Соединение: управление физической доставкой данных по сети Канальный уровень Физический уровень Мосты, коммутаторы Кабели, повторители, концентраторы, 38 модемы

Протоколы формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах. Сетевой протокол предоставляют следующие услуги: адресацию и маршрутизацию информации, проверку на наличие ошибок, запрос повторной передачи и установление правил взаимодействия в конкретной сетевой среде. 39

Коммуникационный протокол - совокупность правил, регламентирующих формат и процедуры обмена информацией между двумя или несколькими независимыми устройствами, компьютерами, программами или процессами. Стек коммуникационных протоколов - иерархически организованный набор протоколов для взаимодействия компьютеров в сети. Примеры стеков протоколов : Ø IPX/SPX фирмы Novell, Ø TCP/IP, используемый в сети Internet и во многих сетях на основе операционных систем UNIX, Windows. Ø Net. BEUI/Net. BIOS в продуктах компаний IBM и Microsoft. 40

Прикладной уровень - представляет собой строго определенный интерфейс для взаимодействия приложений, расположенных на различных системах. Типичные протоколы прикладного уровня: v. Гипертекстовый протокол передачи данных HTTP; HTTP v. Протокол передачи файлов FTP; FTP v. Простой протокол электронной почты SMTP; SMTP v. Служба доменных имен DNS … 41

Отличительные признаки локальной сети : n n Высокая скорость передачи информации, большая пропускная способность сети. Низкий уровень ошибок передачи (высококачественные каналы связи). Эффективный, быстродействующий механизм управления обменом по сети. Ограниченное количество компьютеров, подключаемых к сети. 42

Топология – физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Топология определяет: v требования к оборудованию, v тип используемого кабеля, v допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, v надежность работы, v возможности расширения сети. 43

Топология компьютерной сети отражает структуру связей между ее основными функциональными элементами. В зависимости от рассматриваемых компонентов, принято различать физическую и логическую структуры компьютерной сети. 44

Тип топологии определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. Различают следующие базовые типы топологии (они характерны в основном для локальных сетей): üзвезда (star); üшина (магистраль) (bus); üкольцо (ring, loop). 45

Топология «звезда» 46

Топология типа «шина» 47

Топология «кольцо» 48

При использовании специальных устройств, объединяющих локальные сети с разной архитектурой, из перечисленных типов структур могут быть построены сети с гибридной иерархической структурой. 49

Различные сетевые топологические схемы А – полносвязная топология; Б – ячеистая (сотовая) топология; В – дерево – может рассматриваться как объединение нескольких сетей с топологией звезда. 50

Различные сетевые топологические схемы ВС Современные вычислительные системы используют и другие топологии: Øрешетки (А), Øкубы (В), Øгипердеревья (Б), Øгиперкубы и т. д. 51

Типичные методы доступа к передающей среде в современных ЛС являются: n n n Ethernet ; Token Ring (маркерное кольцо ); Arcnet (маркерная шина ). 52

Метод доступа Ethernet - метод множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением конфликтов (коллизий). 53

Метод доступа Token Ring – селективный метод доступа в кольцевой моноканал, именуемый «маркерное кольцо» . 54

Метод доступа Arcnet - селективный метод доступа в моноканал, называемый «маркерная шина» . 55

3. 4. Глобальная сеть WAN (Wide Area Network) – сеть, покрывающая большие географические регионы, включающая как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Характеристики WAN: n охват большой территории; скорость передачи информации ниже, чем в ЛС; n наличие множества маршрутов передачи данных; n гибридная топология. n 56

Примеры глобальных сетей: n n n FIDO SPRINT SWIFT 57