ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ КОМПЛЕКСЫ СИСТЕМЫ И СЕТИ КЛАССЫ

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ, КОМПЛЕКСЫ, СИСТЕМЫ И СЕТИ

КЛАССЫ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ Система обработки данных – это совокупность технических и программных средств, предназначенных для информационного обслуживания людей и технических объектов. Классы: вычислительные машины (ВМ); вычислительные комплексы (ВК); вычислительные системы (ВС); компьютерные сети (КС).

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Информационная система - объект, способный осуществлять хранение, обработку или передачу информации. Канал связи – путь или техническое средство, передающее сигналы. Компьютерная сеть - это совокупность информационных систем и каналов связи Рабочая станция –информационная система, предназначенная для решения задач пользователя.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 1 Физический канал – это средство передачи сигналов Логический канал – это путь для передачи данных от одной системы к другой. Трафик– это объем данных, которые проходят через выбранный узел сети за какое-то определенное время. Измеряться он может в килобайтах (мегабайтах, гигабайтах) в секунду. Метод доступа – это способ определения того, какая из рабочих станций сможет следующей использовать канал связи и как управлять доступом к каналу связи (кабелю). Архитектура – это концепция, определяющая взаимосвязь, структуру и функции взаимодействия рабочих станций в сети.

СВЯЗЬ КОМПЬЮТЕРА С ПЕРИФЕРИЙНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ Физический интерфейс (порт) определяется набором электрических связей и характеристиками сигналов. Обычно он представляет собой разъем с набором контактов. Логический интерфейс - это набор информационных сообщений определенного формата, которыми обмениваются два устройства или две программы, а также набор правил, определяющих логику обмена этими сообщениями

КОНТРОЛЛЕРЫ ПЕРЕФЕРИЙНОГО УСТРОЙСТВА Реализуемые функции: принимают команды и данные от процессора в свой внутренний буфер, который называется регистром или портом, выполняют необходимые преобразования этих данных и команд в соответствии с форматами, понятными переферийным устройствам, выдают их на внешний интерфейс.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДВУХ КОМПЬЮТЕРОВ Простейшая сеть Формат сообщений в простейшей сети Сообщением называют порцию данных, оформленную для передачи данных по сети в соответствии с принятыми соглашениями. Сообщения, которыми обмениваются ВМ, можно разделить на два типа: • запрос о данных, содержащий их адрес • ответ со считанными данными.

ДЕЙСТВИЯ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ СООБЩЕНИЯ прикладная программа, которой требуется обмен с памятью другого компьютера, загружает копию передаваемых данных в буфер программы, управляющей обменом; системная программа, управляющая обменом, присоединяет к сообщению заголовок, выполняет кодирование (в простейшем случае вычисляет контрольную сумму и присоединяет ее к сообщению), запускает таймер, используемый для контроля времени ответа; системная программа, управляющая обменом, передает данные аппаратному интерфейсу сети и инициирует передачу сообщения по каналу связи.

ДЕЙСТВИЯ ПРИЁМЕ СООБЩЕНИЯ поступление сообщения в аппаратный интерфейс сети инициирует копирование полученных данных из аппаратного интерфейса в буфер системной программы; производится декодирование данных (в простейшем случае подсчет контрольной суммы и сравнение ее с принятой контрольной суммой) и при отсутствии искажения данных формируется сигнал подтверждения приема (квитирование), а если обнаружено искажение данных, сообщение уничтожается (передающая сторона определит это событие по срабатыванию таймера).

РЕАКЦИЯ ПЕРЕДАЮЩЕЙ СТОРОНЫ НА ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ОТ ПРИЕМНОЙ СТОРОНЫ если подтверждение получено, копия сообщения удаляется из системного буфера; если подтверждение отсутствует и срабатывает таймер, инициируется повторная передача сообщения и запуск таймера

РАСШИРЕННЫЙ ФОРМАТ СООБЩЕНИЙ В ПРОСТЕЙШЕЙ СЕТИ • Увеличен размер заголовка, чтобы отразить увеличившееся разнообразие сообщений в канале связи, • добавлен концевик с контрольной суммой. Сообщения могут быть закодированы битами заголовка следующим образом: « 00» - запрос данных (передается адрес); « 01» - ответ (передаются данные); « 10» - подтверждение запроса; « 11» - подтверждение ответа.

ПРОТОКОЛ Протокол - это соглашение о взаимодействии компьютеров (или других коммуникационных компонентов) в сети. Соглашение включает форматы данных и порядок действий.

ТОПОЛОГИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ Топология - раздел математики, изучающий свойства геометрических фигур. Для КС это способ организации физических связей между компьютерами (узлами) сети. Полносвязанная Ячеистая (mesh) Звезда (star) Кольцо (Ring) Общая шина (Bus) Смешанная

АДРЕСАЦИЯ КОМПЬЮТЕРОВ В КС Требования к адресам: Уникальность Минимизация труда администратора КС Иерархичность структуры Удобность для пользователя Компактность Виды адресов: плоские (МАС, аппаратные) адреса 00 -B 3 -CF-34 -4 E-11 иерархические Символьные адреса (имена) www. kp. ru Числовые составные адреса 195. 210. 208. 123 Номер сети Номер узла

АРХИТЕКТУРА СЕТЕЙ Определяет основные элементы сети, характеризует ее общую логическую организацию, техническое обеспечение, программное обеспечение, описывает методы кодирования. Концепции архитектур Архитектура терминал – главный компьютер Одноранговая архитектура Архитектура клиент – сервер

ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА Открытой системой называется система, построенная в соответствии с открытыми спецификациями. Под термином «спецификация» понимают формализованное описание аппаратных или программных компонентов, способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, условий эксплуатации, ограничений и особых характеристик В компьютерных сетях основой стандартизации является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия.

Уровень 2 Стек протоколов Протокол интерфейс Уровень 1 МНОГОУРОВНЕВЫЙ ПОДХОД

ПРОТОКОЛЫ И ИНТЕРФЕЙСЫ Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколом. Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему уровню. Протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы - модулей соседних уровней в одном узле.

МОДЕЛЬ OSI Прикладной уровень Представ-й уровень Сеансовый уровень Транспортный уровень Сетевой уровень Канальный уровень Физический уровень

ПЕРЕДАЧА СООБЩЕНИЙ Пусть приложение обращается с запросом к прикладному уровню. На основании запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата. Обычное сообщение состоит из заголовка и поля данных. Заголовок содержит служебную информацию, которую необходимо передать через сеть прикладному уровню машины-адресата. Поле данных может быть пустым или содержать какие-либо данные. После формирования сообщения прикладной уровень направляет его вниз по стеку представительному уровню. Протокол представительного уровня на основании информации из заголовка прикладного уровня, выполняет требуемые действия и добавляет к сообщению собственную служебную информацию - заголовок представительного уровня, в котором содержатся указания для протокола представительного уровня адресата. Результирущее сообщение передается вниз сеансовому уровню, который в свою очередь добавляет свой заголовок, и т. д. Наконец, сообщение достигает физического уровня, который передает его по линиям связи физическому уровню машиныадресата. В машине-адресате сообщение последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, выполняя соответствующие данному уровню функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню.

ФИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ Физический уровень имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи (витая пара, коаксиальный или оптоволоконный кабель и др. ). К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных (полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и др. ). На этом уровне определяются характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию (крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов). Здесь стандартизуются типы разъемов и назначение каждого контакта. Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.

КАНАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ Решаемые задачи: q проверка доступности среды передачи q реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами (frames). В протоколах этого уровня заложена структура связей между компьютерами и способы их адресации. Канальный уровень обеспечивает доставку кадра между любыми двумя узлами локальной сети только в сети с топологией, для которой он был разработан. Примеры протоколов канального уровня: Ethernet, Token Ring, FDDI, l. OOVG-Any. LAN В глобальных сетях канальный уровень часто обеспечивает обмен сообщениями только между двумя соседними компьютерами, соединенными индивидуальной линией связи.

СЕТЕВОЙ УРОВЕНЬ Служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей и занимается доставкой данных между сетями. Эти сети могут использовать разные принципы передачи сообщений между конечными узлами и обладать произвольной структурой связей. На сетевом уровне под сетью понимается совокупность компьютеров, соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи данных один из протоколов канального уровня, определенный для этой топологии. Сети соединяются между собой маршрутизаторами. Маршрутизатор - устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на ее основании пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения.

СЕТЕВОЙ УРОВЕНЬ Сообщения сетевого уровня - пакеты. При доставке пакетов на сетевом уровне используется понятие «номер сети» . В этом случае адрес получателя состоит из старшей части - номера сети и младшей - номера узла в этой сети. Все узлы одной сети имеют одну и ту же старшую часть адреса, то есть, сеть - это совокупность узлов, сетевой адрес которых содержит один и тот же номер сети. На сетевом уровне определяются два вида протоколов. Сетевые протоколы – организуют движение пакетов по сети. Протоколы обмена маршрутной информацией (протоколы маршрутизации). С их помощью маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсетевых соединений. Протоколы сетевого уровня реализуются программными модулями операционной системы, а также программными и аппаратными средствами маршрутизаторов.

ТРАНСПОРТНЫЙ УРОВЕНЬ Уровень обеспечивает приложениям или верхним уровням стека прикладному и сеансовому - передачу данных с требуемой степенью надежности. Все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными средствами конечных узлов сети компонентами их сетевых операционных систем. Пример транспортных протоколов - протокол TCP и UDP стека TCP/IP. Протоколы нижних четырех уровней обобщенно называют сетевым транспортом или транспортной подсистемой. Они полностью решают задачу транспортировки сообщений с заданным уровнем качества в составных сетях с произвольной топологией и различными технологиями. Верхние уровни решают задачи предоставления прикладных сервисов на основании имеющейся транспортной подсистемы.

СЕАНСОВЫЙ УРОВЕНЬ Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации. Эти средства 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. Функции этого уровня часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.

ПРЕДСТАВИТЕЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ Представительный уровень имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. За счет уровня представления информация, передаваемая прикладным уровнем одной системы, всегда понятна прикладному уровню другой системы. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных служб. Примером такого протокола является протокол Secure Socket Layer, который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.

ПРИКЛАДНОЙ УРОВЕНЬ Прикладной уровень – это набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам (файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы), а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением. Существует очень большое разнообразие служб прикладного уровня. Пример распространенных реализаций файловых служб: NCP в операционной системе Novell Net. Ware, SMB в Microsoft Windows NT, NFS, FTP и TFTP, входящие в стек TCP/IP.

ПАКЕТЫ И ИХ СТРУКТУРА ØПреамбула (cтартовая комбинация битов) ØСетевой адрес (идентификатор) принимающего абонента ØСетевой адрес (идентификатор) передающего абонента ØСлужебная (управляющая) информация ØДанные ØКонтрольная сумма пакета ØСтоповая комбинация

ОБМЕН ПАКЕТАМИ ПРИ СЕАНСЕ СВЯЗИ Протоколом обмена называются установленные правила обмена информационными и управляющими пакетами

ПРОТОКОЛЫ. СТЕКИ ПРОТОКОЛОВ Протоколами называются правила взаимодействия двух машин, описанные для каждого из уровней взаимодействия в виде набора процедур. Для каждого уровня определяется набор функций– запросов для взаимодействия с выше лежащим уровнем, который называется интерфейсом. Стеком протоколов называется согласованный набор протоколов разных уровней, достаточный для организации межсетевого взаимодействия. Стеки протоколов разбиваются на три уровня: сетевые; транспортные; прикладные.

СЕТЕВЫЕ ПРОТОКОЛЫ Предоставляют следующие услуги: адресацию и маршрутизацию информации; проверку на наличие ошибок; запрос повторной передачи; установление правил взаимодействия в конкретной сетевой среде. Популярные сетевые протоколы: IP ( Протокол Internet). Протокол стека TCP/IP, обеспечивающий адресную информацию и информацию о маршрутизации. IPX (Межсетевой обмен пакетами). Протокол Novel Net. Ware, используемый для маршрутизации и направления пакетов. Net. BEUI (расширенный пользовательский интерфейс базовой сетевой системы ввода вывода). Разработанный совместно IBM и Microsoft, этот протокол обеспечивает транспортные услуги для Net. BIOS.

ТРАНСПОРТНЫЕ ПРОТОКОЛЫ Предоставляют услуги надежной транспортировки данных между компьютерами. Популярные транспортные протоколы: Net. BIOS (Базовая сетевая система ввода- вывода). Net. BIOS устанавливает соединение между компьютерами, а Net. BEUI предоставляет услуги передачи данных для этого соединения. TCP (Протокол управления передачей). Это протокол стека TCP/IP, отвечающий за надежную доставку данных.

ПРИКЛАДНЫЕ ПРОТОКОЛЫ Они отвечают за взаимодействие приложений. Популярные прикладные протоколы: FTP (Протокол передачи файлов) – протокол стека TCP/IP, используемый для обеспечения услуг по передачи файлов. SNMP (Простой протокол управления сетью) – протокол стека TCP/IP, используемый для управления и наблюдения за сетевыми устройствами. HTTP – протокол передачи гипертекста

АРХИТЕКТУРА СТЕКА ПРОТОКОЛОВ MICROSOFT TCP/IP Стек TCP/IP- набор многоуровневых протоколов, предназначенный для использования в различных вариантах сетевого окружения. Стек TCP/IP соответствует эталонной модели OSI и позволяет обмениваться данными по сети приложениям и службам, работающим на любой платформе (Unix, Windows, Macintosh и др).

СТРУКТУРА СТЕКА ПРОТОКОЛОВ TCP/IP

ФУНКЦИИ ПРОТОКОЛОВ Протокол IP организует разбиение сообщений на пакеты, выбирает маршрут для передаваемого пакета и обрабатывает получаемые. Протокол TCP управляет потоком данных, обрабатывает ошибки, обеспечивает сборку сообщения из пакетов. Реализация TCP/IP фирмы Microsoft соответствует четырехуровневой модели вместо семиуровневой модели.

СООТВЕТСТВИЕ ПРОТОКОЛОВ OSI И ИНТЕРНЕТ

МОДЕЛЬ TCP/IP В модели используются следующие уровни: Ø 1–уровень сетевого интерфейса модели TCP/IP соответствует уровням Канальный и Физический модели OSI. Ø 2–межсетевой уровень модели TCP/IP выполняет те же функции, что и Сетевой уровень модели OSI; Ø 3–уровень Транспорта модели TCP/IP соответствует аналогичному уровню Транспортный модели OSI; Ø 4–уровень Приложения модели TCP/IP соответствует уровням Прикладной, Представительный и Сеансовый модели OSI

УРОВЕНЬ СЕТЕВОГО ИНТЕРФЕЙСА Уровень отвечает за организацию взаимодействия сетей, входящих в составную сеть. Любая сеть, входящая в составную сеть, рассматривается как средство транспортировки пакетов до следующего на пути маршрутизатора. Задача обеспечения интерфейса между технологией TCP/IP и любой другой технологией промежуточной сети упрощенно сводится: к определению способа упаковки (инкапсуляции) IP-пакета в единицу передаваемых данных промежуточной сети; к определению способа преобразования сетевых адресов в адреса этой промежуточной сети. Этот подход позволяет включать в составную сеть TCP/IP другую сеть с любой внутренней технологией передачи данных. Для новой включаемой технологии разрабатываются собственные интерфейсные средства. Поэтому функции этого уровня нельзя определить раз и навсегда. Уровень сетевых интерфейсов в стеке TCP/IP не регламентируется. Он поддерживает все популярные технологии; для локальных сетей — это Ethernet, Token Ring, и др. , для глобальных сетей — протоколы двухточечных соединений SLIP и РРР, технологии Х. 25 и др.

МЕЖСЕТЕВОЙ УРОВЕНЬ На этом уровне основной протокол - межсетевой протокол (IP). В его задачу входит продвижение пакета между сетями — от одного маршрутизатора до другого до тех пор, пока пакет не попадет в сеть назначения. Протокол IP развертывается на хостах и на всех шлюзах. Это маршрутизируемый сетевой протокол. Маршрутизируемые протоколы определяют формат пакетов (заголовков), важнейшей информацией из которых для маршрутизации является адрес назначения. Протокол IP не гарантирует доставку пакетов до узла назначения, но старается эту доставку осуществить. Особенность работы сети по IP протоколу заключается в отсутствии фаз установления соединения и разъединения. В ней нет механизма подтверждений, управления потоком данных, исправления ошибок.

МЕЖСЕТЕВОЙ УРОВЕНЬ -1 IP - это дейтаграммный протокол, работающий без установления соединений. Алгоритм доставки в рамках данного протокола: при ошибке дейтограмма выбрасывается, а отправителю посылается соответствующее сообщение (или не посылается ничего). Обеспечение надежности возлагается на более высокий уровень (UDP или TCP). Дейтаграмма — это общее название для единиц данных, которыми оперируют протоколы без установления соединений. Представляет собой пакет, заголовок которого содержит адрес получателя и необходимые служебные маршрутные признаки. Шлюз - сетевое устройство, которое конвертирует протоколы одного типа физической среды в протоколы другой физической среды (сети). Пример аппаратного сетевого шлюза – маршрутизатор.

УРОВЕНЬ ТРАНСПОРТА Уровень отвечает за установление и поддержание соединения между двумя узлами. Основные функции уровня: Øподтверждение получения информации; Øуправление потоком данных; Øупорядочение и ретрансляция пакетов. В зависимости от решаемых задач могут быть использованы два протокола: ØTCP– протокол управления передачей; ØUDP– пользовательский протокол дейтаграмм. TCP используют в случаях, когда приложению требуется передать большой объем информации и убедиться, что данные своевременно получены адресатом. Приложения и службы, отправляющие небольшие объемы данных и не нуждающиеся в получении подтверждения, используют протокол UDP, который является протоколом без установления соединения.

ПРОТОКОЛ TCP Отвечает за надежную передачу данных от одного узла сети к другому, создает сеанс с установлением соединения (виртуальный канал между машинами). Соединение происходит в три шага: ØКлиент, запрашивающий соединение, отправляет серверу пакет, указывающий номер порта, который клиент желает использовать, а также код (определенное число) ISN (Initial Sequence number). ØСервер отвечает пакетом, содержащий ISN сервера, а также ISN клиента, увеличенный на 1. ØКлиент должен подтвердить установление соединения, вернув ISN сервера, увеличенный на 1.

ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИЙ ПРОТОКОЛ ДЕЙТАГРАММ (UDP) UDP не устанавливает соединения. UDP предназначен для отправки небольших объемов данных без установки соединения и используется приложениями, которым не нужно подтверждать их получение адресатом. UDP также использует номера портов для определения конкретного процесса по указанному IP адресу. UDP порты отличаются от TCP портов и, следовательно, могут использовать те же номера портов, что и TCP, без конфликта между службами. Порт - обычно соединение (физическое или логическое), через которое принимаются и отправляются данные в компьютерах. Сетевой порт - параметр протоколов TCP и UDP

УРОВЕНЬ ПРИЛОЖЕНИЯ Через этот уровень модели приложения и службы получают доступ к сети. Доступ к протоколам TCP/IP осуществляется посредством двух программных интерфейсов (API): Сокеты Windows; Net. BIOS. Интерфейс сокетов Windows(Win. Sock) – это сетевой программный интерфейс, облегчающий взаимодействие между различными TCP/IP – приложениями и семействами протоколов. Интерфейс Net. BIOS связывает процессы служб и приложений ОС Windows. Его основные функции: определение имен Net. BIOS; служба дейтаграмм Net. BIOS; служба сеанса Net. BIOS.

ПРОТОКОЛЫ УРОВНЯ ПРИЛОЖЕНИЯ Протокол Telnet работает на базе протокола TCP. На прикладном уровне над Telnet находится либо программа поддержки реального терминала, либо прикладной процесс в обслуживающей машине. Обеспечивает доступ к ресурсам удалённого компьютера. Протокол FTP пользуется транспортными услугами протокола TCP. Пользователь FTP может вызывать команды для просмотра каталога удаленной машины, копирования файлов. Протокол SMTP поддерживает передачу сообщений электронной почты между произвольными узлами сети Интернет. Содержит механизмы промежуточного хранения почты и повышения надежности доставки, допускает использование различных транспортных служб. Протокол HTTP (передачи гипертекста) используется в службе WWW. При помощи протокола и клиентской программы чтения гипертекста (браузера ) пользователь имеет возможность получать информацию с узлов (сайтов) WWW.

КОММУТАЦИЯ При неполносвязной топологии сети особую важность приобретает задача обмена данными между конечными узлами. В этом случае обмен данными между произвольной парой конечных узлов должен идти в общем случае через транзитные узлы. Коммутацией называют соединение конечных узлов через сеть транзитных узлов. Маршрут – это последовательность узлов, лежащих на пути от отправителя к получателю.

КОММУТАЦИЯ ЧЕРЕЗ ТРАНЗИТНЫЕ УЗЛЫ

КОММУТАЦИЯ ЧЕРЕЗ ТРАНЗИТНЫЕ УЗЛЫ-1 В сети узлы 2 и 4 непосредственно между собой не связаны. Они передают данные через транзитные узлы 1 и 5. Узел 1 должен выполнить передачу данных между своими интерфейсами А и В, а узел 5 между интерфейсами F и В. Маршрутом является последовательность: 21 -5 -4, где 2 - узел-отправитель. 1 и 5 транзитные узлы, 4 - узел-получатель.

ОБОБЩЕННАЯ ЗАДАЧА КОММУТАЦИИ В самом общем виде задача коммутации может быть представлена в виде следующих взаимосвязанных частных задач. v Определение информационных потоков, для которых требуется прокладывать маршруты. v Маршрутизация потоков. v Продвижение потоков, то есть распознавание потоков и их локальная коммутация на каждом транзитном узле. v Мультиплексирование и демультиплексирование потоков.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ Информационным потоком (потоком данных) называют непрерывную последовательность данных с набором общих признаков, которые выделяют её из всего сетевого трафика. При коммутации обязательным признаком выступает адрес назначения данных. Адреса источника и получателя определяют поток для пары соответствующих конечных узлов. На основании адресов поток входящих в транзитный узел данных делится на подпотоки. Подпоток передается на интерфейс, соответствующий своему маршруту продвижения данных.

ПРИЗНАКИ ПОТОКА Они могут быть глобальными или локальными. Глобальные однозначно определяют поток в пределах всей сети, локальные - в пределах одного транзитного узла. Пример глобального признака – это пара адресов конечных узлов для идентификации потока. Примером признака, локально определяющего поток в пределах устройства, может служить номер (идентификатор) интерфейса данного устройства, на который поступили данные.

МЕТКА ПОТОКА Это особый тип признака. Она представляет собой некоторое число, которое несут все данные потока. Глобальная метка назначается данным потока и не меняет своего значения на всем протяжении его пути следования от узла источника до узла назначения. Она уникально определяет поток в пределах сети. В некоторых технологиях используются локальные метки потока, динамически меняющие свое значение при передаче данных от одного узла к другому.

МАРШРУТИЗАЦИЯ Задача маршрутизации включает в себя : Ø определение маршрута; Ø оповещение сети о выбранном маршруте. Определить маршрут – это выбрать последовательность транзитных узлов и их интерфейсов, через которые надо передавать данные для доставки их адресату. Чаще всего выбор останавливают на оптимальном, по некоторому критерию, маршруте. В качестве критериев оптимальности могут выступать: Ø номинальная пропускная способность и загруженность каналов связи; Ø задержки, вносимые каналами; Ø количество промежуточных транзитных узлов; надежность каналов и транзитных узлов

ВЫБОР МАРШРУТА Методы выбора – эмпирические и автоматические При автоматическом выборе узлы сети имеют специальные программные средства для обмена служебными сообщениями. На основе этих собщений выбирается маршрут. Для измерения «длины маршрута» могут быть использованы: количество транзитных узлов, линейная протяженность маршрута и даже его стоимость в денежном выражении.

ОПОВЕЩЕНИЕ О ВЫБОРЕ МАРШРУТА Сообщение о выборе должно нести следующую информацию: «когда в устройство поступят данные, относящиеся к потоку n, их следует передать для продвижения на интерфейс F» . Каждое новое сообщение о маршруте обрабатывается устройством, в результате чего создается запись в таблице коммутации. В таблице локальному или глобальному признаку потока (n) ставится в соответствие номер интерфейса (F), на который устройство должно передавать данные, относящиеся к этому потоку.

ПРОДВИЖЕНИЕ ДАННЫХ Коммутация абонентов – передача данных от абонента к абоненту. Для каждой пары абонентов эта операция состоит из нескольких (по числу транзитных узлов) локальных операций коммутации. Сначала отправитель выставляет данные на тот свой интерфейс, с которого начинается найденный маршрут. Затем все транзитные узлы «перебрасывают» данные с одного своего интерфейса на другой выполняют коммутацию интерфейсов. Коммутатором называется устройство любого типа, способное выполнять операции переключения потока данных с одного интерфейса на другой. Перед коммутацией коммутатор должен распознать поток. Для этого в поступивших данных ищут признаки какого-либо из потоков, заданных в таблице коммутации. Если есть совпадение, то данные направляются на интерфейс, определенный для них в маршруте.

ПРОДВИЖЕНИЕ ДАННЫХ - 1 Операция коммутации может быть выполнена в соответствии с различными правилами и алгоритмами. Некоторые способы коммутации и соответствующие им таблицы и устройства получили специальные названия. Например, в технологиях сетевого уровня таких, как IP и IPX для обозначения аналогичных понятий используются термины «маршрутизация» , «таблица маршрутизации» , «маршрутизатор» .

ПРОДВИЖЕНИЕ ДАННЫХ. КОММУТАЦИОННАЯ СЕТЬ Коммутатором может быть специализированное устройств или универсальный компьютер со встроенным программным механизмом коммутации, (программный коммутатор). Компьютер может совмещать функции коммутации данных с выполнением обычных функций конечного узла. Более рациональным является решение, по которому некоторые узлы в сети выделяют специально для коммутации. Такие узлы образуют коммутационную сеть, к которой подключаются все остальные.

КОММУТАЦИОННАЯ СЕТЬ Коммутационная сеть - узлы 1, 5, 6 и 8, конечные узлы - 2, 3, 4, 7, 9 и 10, A, B. C, D, E, F – интерфейсы.

МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕ И ДЕМУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕ Операцию коммутации сопровождают операции мультиплексирования / демультиплексирования. Мультиплексирование - объединение нескольких отдельных потоков в один поток, который можно передавать по одному физическому каналу связи. Демультиплексирование - разделение объединённого потока на несколько его составляющих потоков.

СПОСОБЫ МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЯ Разделение времени - каждый поток время от времени (с фиксированным или случайным периодом) получает физический канал в полное свое распоряжение и передает по нему свои данные. Частотное разделение канала - каждый поток передает данные в выделенном ему частотном диапазоне.

МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕ И ДЕМУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕ Коммутатор, у которого все входящие информационные потоки коммутируются на один выходной интерфейс, где они мультиплексируются в один общий поток, называется мультиплексором (а). Коммутатор, который имеет один входной интерфейс и несколько выходных, называется демультиплексором (б).

РАЗДЕЛЯЕМАЯ СРЕДА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В сетях часто к одному каналу подключается несколько интерфейсов. Есть различные варианты разделения каналов связи между интерфейсами. 1) Коммутаторы К 1 и К 2 связаны двумя однонаправленными физическими каналами, Здесь передающий интерфейс активен, и физическая среда передачи находится под его управлением. Пассивный интерфейс только принимает данные. Проблема разделения канала между интерфейсами здесь отсутствует. На практике два однонаправленных канала, реализующие в целом дуплексную связь между двумя устройствами, обычно рассматриваются как один дуплексный канал, а пара интерфейсов одного устройства как передающая и принимающая части одного и того же интерфейса.

РАЗДЕЛЯЕМАЯ СРЕДА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ-1 2)Коммутаторы К 1 и К 2 связаны каналом, который может попеременно передавать данные в обе стороны. При этом возникает необходимость в механизме синхронизации доступа интерфейсов К 1 и К 2 к каналу. Обобщением этого варианта является случай, когда к каналу связи подключаются больше двух интерфейсов, образуя общую шину. Совместно используемый несколькими интерфейсами физический канал называют разделяемым (разделяемая среда передачи данных). Разделяемые каналы связи требуются не только для связей типа коммутатор-коммутатор, но и для связей компьютер-коммутатор и компьютер-компьютер.