Вычислительные сети Информатика Содержание Принципы

Вычислительные сети Информатика

Содержание Принципы построения вычислительных сетей Локальные сети Глобальные сети

Принципы построения вычислительных сетей Программные и аппаратные компоненты ВС Требования, предъявляемые к ВС Классификация ВС Эталонная модель OSI Методы передачи данных Методы коммутации Линии связи

Программные и аппаратные компоненты ВС Вычислительная сеть (ВС) – сложная система программных и аппаратных компонентов, взаимосвязанных друг с другом. Программные Аппаратные компоненты средства Коммуника- Сетевые Компьютеры ционное ОС приложения оборудование

Сетевые ОС - специальные ОС, предназначенные для решения задач по управлению работой сети компьютеров. Устанавливаются на специально выделенные компьютеры (серверы).

Сетевые приложения – программные комплексы, которые расширяют возможности сетевых ОС. Например: Почтовые программы Системы коллективной работы Сетевые базы данных и др. В процессе развития часть СП становятся функциями сетевых ОС

Аппаратные компоненты Аппаратные средства Коммуника- Компьютеры ционное оборудование Рабочие станции Серверы сети Повторители Коммутаторы Маршрути- Шлюзы заторы

Рабочие станции - (Work. Station) это персональный компьютер, подключенный к сети, на котором пользователь сети выполняет свою работу. Обрабатывает свои локальные файлы и использует свою ОС. Пользователю доступны ресурсы сети.

Рабочие станции С локальным Бездисковая Удаленная диском ОС с диска РС, подключаемая файлового через сервера телекоммуникации (телефонная сеть)

Сервер сети - (Server) это компьютер, подключенный к сети и предоставляющий пользователям сети определенные услуги (например, хранение данных общего пользования, печать заданий, обработка запросов к сетевым БД)

Классификация серверов по функциям Файловый сервер (File server); Сервер БД; Сервер прикладных программ (Application server); Коммуникационный сервер (Communications server); Сервер доступа (Access server); Факс-сервер (Fax server); Сервер резервного копирования данных (Back Up server).

Файловый сервер - компьютер, хранящий данные пользователей сети и обеспечивающий доступ пользователей к этим данным. Имеет большой объем дискового пространства. Обеспечивает одновременный доступ пользователей к общим данным. Функции: хранение и архивирование данных, согласование изменений данных, выполняемых различными пользователями, передача данных.

Сервер Баз Данных - компьютер, выполняющий функции хранения, обработки и управления файлами БД. Функции: хранение БД, поддержка ее целостности, прием и обработка запросов к БД, пересылка результатов обработки на РС, обеспечение авторизованного доступа к БД, поддержка системы ведения учета пользователей, разграничение доступа пользователей, согласование изменений данных, выполняемых разными пользователями, поддержка распределенных БД, взаимодействие с другими серверами БД

Сервер прикладных программ - это компьютер, который используется для выполнения прикладных программ пользователей.

Коммуникационный сервер - устройство или компьютер, который предоставляет пользователям сети прозрачный доступ к своим последовательным портам ввода- вывода. Можно создать разделяемый модем (как модем на своей РС)

Сервер доступа - это выделенный компьютер, позволяющий выполнять удаленную обработку заданий. Программы, инициируемые с удаленной РС, выполняются на этом сервере. Прием – команды, возврат – результат.

Факс-сервер - устройство или компьютер, которое выполняет рассылку и прием факсимильных сообщений для пользователей ЛВС.

Сервер резервного копирования данных - устройство или компьютер, которое решает задачи создания, хранения и восстановления копий данных, распположенных на файловых серверах и РС. Может быть использован файловый сервер.

Коммуникационное оборудование Передача данных Нужны устройства Затухание сигнала расширения Ограничение Сегмент – часть сети, в расстояния которую не входит устройство расширения

Повторитель - устройство, усиливающее или регенерирующее пришедший на него сигнал. Развязки нет. Поддерживается обмен между двумя РС.

Коммутатор (Switch) или Мост (Bridge) - это устройство, которое объединяет несколько сегментов. Выполняет развязку сегментов, то есть поддерживает одновременно несколько процессов обмена данными.

Маршрутизатор (Router) - устройство, соединяющее сети одного или разных типов по одному протоколу обмена данными. Анализирует адрес назначения и направляет данные по оптимально выбранному маршруту.

Шлюз (Gate Way) - устройство, позволяющее организовывать обмен данными между различными сетевыми объектами, использующими разные протоколы обмена данными.

Требования, предъявляемые к ВС Производительность; Надежность; Управляемость; Расширяемость; Прозрачность.

Производительность Время реакции системы – это время между возникновением запроса и моментом получения ответа. Зависит от используемой службы сети, степени загруженности сети или отдельных сегментов.

Производительность Пропускная способность – это количество информации, переданной через сеть или ее сегмент за единицу времени. Характеризуется скоростью передачи информации. Измеряется в бит/с.

Надежность Защита от сбоев элементов сети (Система дублирования) Защита от потерь и искажений информации при передаче (показатели вероятности потери пакета при его передаче, либо вероятности доставки пакета) Безопасность – защита информации от несанкционированного доступа (специальное программное обеспечение и соответствующие аппаратные средства).

Управляемость Возможность управления любым элементом сети Возможность управления с любого элемента сети Возможность определения проблем в работе ВС и отдельных ее сегментов, выработка управленческих действий для решения выявленных проблем и возможность автоматизации этих процессов при решении похожих проблем в будущем.

Расширяемость Существование возможностей физического добавления новых элементов сети (пользователей, компьютеров, служб), трудоемкость их осуществления. Масштабируемость – возможность расширения сети без существенного снижения ее производительности.

Прозрачность Скрытие (невидимость) особенностей сети от конечного пользователя (ресурсы сети как локальные); Объединение компьютеров разных типов с разными ОС; Распараллеливание работы между элементами сети.

Интегрируемость - возможность подключения к ВС разнообразного и разнотипного оборудования, ПО от разных производителей. Основное направление развития - СТАНДАРТИЗАЦИЯ СЕТЕЙ, ИХ ЭЛЕМЕНТОВ И КОМПОНЕНТОВ.

СТАНДАРТЫ Отдельных фирм; Специальных комитетов и объединений, создаваемых несколькими фирмами; Национальных организаций по стандартизации; Международные.

Организации Международная организация по стандартизации (Intrnational Organization for Standartization - ISO) Разработка модели взаимодействия открытых систем.

Организации Международный союз электросвязи (International Telecommunication Union, ITU) – организация при ООН. Сектор ITU-T отвечает за разработку стандартов в области телекоммуникационного оборудования и услуг (телефонии, электронной почты, факсимильной связи, телетекста, телекса, передачи данных, аудио- и видео-сигналов).

Организации Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE). США. Стандарты локальных сетей.

Классификация ВС По территории: локальные (ЛВС) и глобальные. По масштабу: сети рабочих групп, сети отделов, сети кампусов, корпоративные сети.

Эталонная модель OSI Согласование работы Решение проблем по частям устройств сети Соглашение Начало 80 -х годов Стандарт Организация ISO – Модель OSI

Эталонная модель OSI Пользовательское приложение Прикладной уровень Прикладной уровень Представительский уровень Сеансовый уровень Транспортный уровень Сетевой уровень Канальный уровень Физический уровень Сеть передачи данных Интерфейс Протокол

Эталонная модель OSI Пользовательское приложение Прикладной уровень Представительский уровень Сеансовый уровень Транспортный уровень Сетевой уровень Канальный уровень Канальный уровень Физический уровень Сеть передачи данных Каждый уровень относительно независим; Модули каждого уровня можно заменять без изменения модулей других уровней; Функции модуля строго определены; Система иерархическая (Запрос – вниз, Результат - вверх).

Эталонная модель OSI Пользовательское приложение Прикладной уровень Представительский уровень Сеансовый уровень Транспортный уровень Сетевой уровень Канальный уровень Канальный уровень Физический уровень Сеть передачи данных Интерфейс – описание взаимосвязей между двумя уровнями, установленные правила или соглашения. Определяет набор сервисов, предоставляемый соседнему уровню.

Эталонная модель OSI Пользовательское приложение Прикладной уровень Представительский уровень Сеансовый уровень Транспортный уровень Сетевой уровень Канальный уровень Физический уровень Сеть передачи данных Протокол – формат сообщений между одинаковыми уровнями двух компьютеров. Протокол с Дейтаграммный протокол установлением (без предварительного соединения соединения)

Эталонная модель OSI Пользовательское приложение Прикладной уровень Представительский уровень Сеансовый уровень Транспортный уровень Сетевой уровень Канальный уровень Канальный уровень Физический уровень Сеть передачи данных Стек коммуникационных протоколов – набор протоколов, достаточный для взаимодействия в сети.

Эталонная модель OSI Пользовательское приложение Прикладной уровень Представительский уровень Сеансовый уровень Транспортный уровень Сетевой уровень Канальный уровень Физический уровень Сеть передачи данных Стандартный формат передаваемого между уровнями блока: Отбрасывается Передается Заголовок Служебная информация Данные Завершающая информация

Физический уровень Определяются характеристики электрических сигналов, типы разъемов с назначением каждого контакта Описывает передачу битов Выполняется сетевым адаптером

Канальный уровень Определяет доступность среды передачи данных (сети с разделяемой средой) Определяет механизм обнаружения и коррекции ошибок (Порция И – кадр. Начало и конец кадра, адреса отправителя и получателя, контрольная сумма. Повторная передача). Протокол зависит от топологии. Выполняется сетевым адаптером и его драйвером В глобальных сетях ограничено

Топология Кольцо Общая шина Звезда

Сетевой уровень Образование единой транспортной системы (разные топологии, разные принципы) Обмен данными между сетями Пакет (адрес компьютеров и сетей) Используется маршрутизатор Выбор оптимального маршрута (время и надежность передачи) Используются сетевые протоколы: протоколы маршрутизации и протоколы разрешения адресов

Транспортный уровень Обеспечение надежности передачи данных, обнаружение и исправление ошибок передачи (искажение, потеря и дублирование пакетов) Зависит от качества низких уровней Реализуется программными средствами узлов сети, компонентами сетевых систем.

Сеансовый уровень Реализуются средства синхронизации (длинные передачи, контрольные точки) Управление диалогом между конечными узлами Отдельные протоколы обычно не используются (протоколы прикладного уровня)

Представительский уровень Преобразование формы представления данных Преодоление различий в синтаксисе и кодировке Обеспечение секретности обмена данными для служб прикладного уровня

Прикладной уровень Протоколы обеспечивают доступ к разделяемым ресурсам сети. Единица информации в протоколах – сообщение.

Методы передачи данных Асинхронный режим Синхронный режим Битовая Байтовая Кадровая синхронизация «Старт» - «Стоп» Кадр Синхробайт перед кадром Уровни: канальный и физический

Методы коммутации Для передачи данных между двумя компьютерами необходимо организовать их физическую связь Линии связи Некоммутируемые Коммутируемые Образуется только Удерживается долго на сеанс обмена

Методы коммутации Типы коммутации Коммутация Динамическая Постоянная Абонент Обслуживающий персонал сети

Методы коммутации Способы коммутации Коммутация Каналов Пакетов Сообщений Независимые пакеты Независимые сообщения с помощью коммутатора Одновременно пакеты Размер определяется Установление соединения разных соединений содержанием Мультиплексирование Буферизация на коммутаторе

Линии связи Физические среды Радиосвязь Кабельная связь

Радиосвязь Диапазоны различны

Кабельная связь

Кабельная связь Получила развитие в локальных сетях Типы кабелей: коаксиальный Витая пара Волоконно-оптический

Коаксиальный кабель Медный проводник Изоляция Пропускная способность Оплетка до 10 Мбит/с Оболочка

Витая пара с экранированием

Витая пара • Нумерация уровней • Уровень 3 – до 16 Мбит/с • Уровень 4 – до 20 Мбит/с • Уровень 5 – до 100 Мбит/с

Волоконно-оптический кабель Производительность до 10 Гбит/с Оптический сердечник Защитный указатель Внешняя пластиковая оболочка

Волоконно-оптический кабель Одномодовый кабель Многомодовый кабель

Локальные сети Базовые технологии Системное ПО ВС

Базовые технологии Канальный уровень OSI: • подуровень логической передачи данных (Logical Link Control) • подуровень управления доступом к сети (Media Access Control) Протоколы: Ethernet (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet) Token Ring FDDI

Ethernet Имеет модификации в зависимости от типа используемой физической среды Длина сегментов – менее 100 м … 2000 м Пропускная способность до 10 Мбит/с Топологии – общая шина, звезда, смешанные структуры.

Ethernet С Е Р В Факс Е Р Ethernet Концентратор Принтер

Ethernet Концентратор С Е Концентратор Р В Факс Е Р Принтер Модем

Token Ring и FDD Изучить самостоятельно 0

Системное ПО ВС В модели OSI Сетевые ОС выполняют функции с сетевого уровня и выше Сетевая ОС включает: Средства управления локальными ресурсами (средства локальных ОС) Серверная часть или сервер (предоставление ресурсов и услуг в общее пользование) Клиентская часть, или редиректор (удаленный доступ к удаленным ресурсам и услугам)

Системное ПО ВС Сетевая оболочка Локальная ОС

Отношения Клиент-Сервер «Чистые» (Распределенные) С Запрос Е Р В Ответ Е Р

Отношения Клиент-Сервер «Сешанные» Запрос С Е Ответ Р В Запрос Е Ответ Р

Классификация сетевых ОС • ОДНОРАНГОВЫЕ ОС (каждый компьютер может выполнять как функции клиента, так и функции сервера) Базовые сетевые функции взаимодействия Просты, но низкопроизводительны

Классификация сетевых ОС • ОС С ВЫДЕЛЕННЫМ СЕРВЕРОМ На серверы устанавливаются специальные серверные варианты сетевых ОС. Обычно в них отсутствует клиентская часть. Использование сервера в качестве локального компьютера ограничено.

Классификация сетевых ОС • ОС С ВЫДЕЛЕННЫМ СЕРВЕРОМ Преимущества: Высокая производительность сети; Наличие развитых аппаратных и программных средств связи удаленных сегментов сети и рабочих станций; Наличие развитых средств управления и администрирования в сети; Распределенный режим работы «Клиент- сервер»

Глобальные сети Основные принципы построения сети Internet Основные протоколы Internet Службы Internet Защита информации в Internet Поиск информации в Internet

1. Основные принципы поcтроения сети Internet Основные глобальные сети: Sprint, FIDO, S. W. I. F. T Internet- это глобальная информационная структура – лидер по размерам и возможностям Internet распространяется не только на телекоммуникации, но и на общество в целом

История создания 50 -е годы – опытный характер 1958 г. , США, решение о создании глобальной сети национального масштаба (Реакция на запуск ИСЗ) Повод – разработка системы раннего оповещения о пусках ракет 1965 г. Массачусетский технологический институт, Калифорния, телефонные линии, коммутация каналов.

История создания Недостатки коммутации каналов, коммутация пакетов. 1969 г. DARPA (Агентство перспективных разработок США) – ARPANET = 4 удаленных компьютера. Взаимодействие узлов, протоколы. 1971 -1972 гг. – протокол NCP (Network Control Program) для ARPANET, программа электронной почты.

История создания NCP не предполагает взаимодействия с сетями другой архитектуры. Нужны принципы построения новой сети.

История создания NCP не предполагает взаимодействия с сетями другой архитектуры. Нужны принципы построения новой сети.

История создания Принципы: Для включения в Internet отдельной сети не должно производиться никаких дополнительных изменений; Пакеты в Internet передаются на основе принципа негарантированной доставки, если пакет не смог достигнуть пункта назначения, то через короткое время он должен быть передан снова;

История создания Принципы: Для соединения сетей используются специальные устройства – маршрутизаторы, которые должны максимально упростить прохождение потока пакетов; Не должно существовать единого, централизованного управления объединенной сетью

История создания 1973 г. – протокол межсетевого взаимодействия ТСР (Transmission Cоntrol Protocol), обеспечение доставки сообщений. , широкий диапазон транспортных услуг Потеря пакетов – исправление средствами приложений – разделение TCP на два протокола: IP – для адресации и передачи отдельных пакетов, TCP- для разделения сообщений на пакеты, обеспечения целостности и восстановления потерянных пакетов. Альтернативный протокол UDP прямого доступа к IP.

История создания 1983 г. – передача управления сетью Национальному научному фонду США (NFS), образование NFSNET. Конец 80 -х - система доменных имен (DNS, Domain Name System). Домены по принципу принадлежности: gov - правительство, sci - наука, edu - образование, com – коммерция , uk - Великобритания, su – Советский Союз, ru - Россия.

История создания Конец 80 -х - саморазвивающаяся децентрализованная иерархическая структура – Internet.

2. Основные протоколы TCP/IP – стек протоколов TCP – протокол транспортного уровня. Определяет КАК ПРОИСХОДИТ ПЕРЕДАЧА. Деление сообщения на пакеты, маркировка, передача, сбор по мере поступления.

2. Основные протоколы IP – адресный протокол. Каждый участник сети имеет уникальный адрес, содержащий 4 байта. Возможно 2564 адресов. 223. 255. 1. 66 Несколько специальных адресов: 127. 0. 0. 1 – для тестирования

2. Основные протоколы Порты и соединения. Номер порта – идентификатор процесса, которому нужно доставить сообщение. Сокет – номер порта и IP-адрес компьютера однозначно определяют процесс. 21 - порт удаленного доступа к файлам FTP. 23 – служба удаленного управления.

3. Службы Internet Служба – пара программ (клиент - сервер), взаимодействующих между собой согласно определенным протоколам. Разные службы имеют разные протоколы. Для использования службы, необходимо установить программу, способную работать по протоколу данной службы.

Telnet Служба удаленного управления компьютером Консольное или ьерминальное управление Удаленные вычисления telnet. exe

Электронная почта (e-mail) Почтовые серверы (ПО) Протокол SMTP – отправка корреспонденции Протокол POP 3 – прием поступивших сообщений Программы: Microsoft Outlook Express, Microsoft Outlook, The Bat!, Eudora Pro.

Электронная почта (e-mail) Система адресов базируется на доменном адресе ASDF@mail. ru ASDF – имя пользователя, Mail. ru – адрес, доменное имя почтового сервера.

Электронная почта (e-mail) Работа с почтовой программой

Списки рассылки (Mail List) Подписка Специальные тематические серверы Передача сообщений e-mail. Решение проблемы регулярной доставки данных.

Телеконференции (Usenet) Сообщение большой группе пользователей (телеконференция или группа новостей). Сообщение, направленное на сервер группы новостей, отправляется на все серверы, с которыми он связан, если на них еще нет этого сообщения.

Телеконференции (Usenet) Огромный объем сообщений Цель – вопрос и ответы Программа – Microsoft Outlook Express.

WWW (World Wide Web) WWW- единое информационное пространство взаимосвязанных электронных документов, хранящихся на Web-серверах. Web-страница – отдельный документ Web-сайт или Web-узел – группа тематически объединенных web-страниц. Web- сервер может содержать много web- узлов.