21.Модель сетевого взаимодействия osi

Международной организацией по стандартизации (ISO – International

Organization for Standardization) разработана система стандартных протоколов,

получившая название модели взаимодействия открытых систем (Open System

Interconnection – OSI).

Открытая система – это система, доступная для взаимодействия с другими

системами в соответствии с принятыми стандартами.

Модель OSI состоит из семи уровней, расположенных друг над другом.

Уровни взаимодействуют друг с другом (по «вертикали») посредством

интерфейсов, и могут взаимодействовать с параллельным уровнем другой

системы (по «горизонтали») с помощью протоколов. Каждый уровень может

взаимодействовать только со своими соседями и выполнять отведённые только

ему функции (таблица 5).

Прикладной уровень модели, обеспечивает взаимодействие

пользовательских приложений с сетью. Этот уровень позволяет приложениям

использовать сетевые службы (удалённый доступ к файлам и базам данных,

пересылка электронной почты) и отвечает за передачу служебной информации,

предоставляет приложениям информацию об ошибках и формирует запросы к

уровню представления. Пример протоколов: HTTP, POP3, SMTP, FTP, XMPP,

OSCAR, Modbus, SIP, TELNET.

Уровень представления отвечает за преобразование протоколов и

кодирование/декодирование данных. Запросы приложений, полученные с

прикладного уровня, он преобразует в формат для передачи по сети, а полученные

из сети данные преобразует в формат, понятный приложениям. На этом уровне

может осуществляться сжатие/распаковка или кодирование/декодирование

данных, а также перенаправление запросов другому сетевому ресурсу, если они

не могут быть обработаны локально. Это позволяет осуществлять обмен между

приложениями на разнородных компьютерных системах прозрачным для

приложений образом. Уровень представлений обеспечивает форматирование и 86

преобразование кода и выполняет перевод из одного формата данных в другой.

Стандарты уровня представлений определяют способы представления

графических изображений (PICT – формат изображений, применяемый для

передачи графики между программами для компьютеров Macintosh и PowerPC,

TIFF – используется для растровых изображений с высоким разрешением, JPEG

(Joint Photographic Expert Group) – стандарт для графических изображений, MIDI

(Musical Instrument Digital Interface) – стандарт представления звука и т. д.).

Сеансовый уровень модели отвечает за поддержание сеанса связи, позволяя

приложениям взаимодействовать между собой длительное время. Уровень

управляет созданием и завершением сеанса, обменом информацией,

синхронизацией задач, определением права на передачу данных и поддержанием

сеанса в периоды неактивности приложений. Синхронизация передачи

обеспечивается помещением в поток данных контрольных точек, начиная с

которых возобновляется процесс при нарушении взаимодействия. Пример: RTCP

(Real-time Transport Control Protocol), SMPP (Short Message Peer-to-Peer).

Транспортный уровень модели предназначен для доставки данных без

ошибок, потерь и дублирования в той последовательности, как они были

переданы. Блоки данных он разделяет на фрагменты (UDP-датаграмма, TCP-

сегмент), размер которых зависит от протокола, короткие объединяет в один, а

длинные разбивает. Существует множество классов протоколов транспортного

уровня, начиная от протоколов, предоставляющих только основные транспортные

функции (например, функции передачи данных без подтверждения приема), и

заканчивая протоколами, которые гарантируют доставку в пункт назначения

нескольких пакетов данных в надлежащей последовательности,

мультиплексируют несколько потоков данных, обеспечивают механизм

управления потоками данных и гарантируют достоверность принятых данных.

Пример: TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol).

Сетевой уровень модели предназначен для определения пути передачи

данных, отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические,

определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию,

отслеживание неполадок и «заторов» в сети. Протоколы сетевого уровня

маршрутизируют данные от источника к получателю. На этом уровне работает

маршрутизатор (роутер). Пример: IP (Internet Protocol), IPX (Internetwork Packet

Exchange, протокол межсетевого обмена), CLNP (сетевой протокол без

организации соединений), RIP (Routing Information Protocol),

Канальный уровень предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на

физическом уровне и контроля ошибок. Полученные с физического уровня

данные он упаковывает во фреймы, проверяет на целостность, если нужно,

исправляет ошибки (посылает повторный запрос поврежденного кадра) и

отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с

одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим

взаимодействием. На этом уровне работают коммутаторы, мосты.

87

IEEE 802 – группа стандартов семейства IEEE, касающихся локальных

вычислительных сетей (LAN) и сетей мегаполисов (MAN). В частности,

стандарты IEEE 802, ограничены сетями с пакетами переменной длины. Службы

и протоколы, указанные в IEEE 802 находятся на двух нижних уровнях

(канальном и физическом) сетевой модели OSI. Фактически, IEEE 802 разделяет

канальный уровень модели OSI на два подуровня:

• Media Access Control (MAC) – регулирует доступ к разделяемой физической

среде;

• Logical Link Control (LLC) – обеспечивает обслуживание сетевого уровня.

Примеры протоколов: Controller Area Network (CAN), Ethernet, IEEE 802.2,

IEEE 802.11 wireless LAN, Point-to-Point Protocol (PPP).

Физический уровень модели предназначен для передачи потока данных.

Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в

радиоэфир и, соответственно, их приём и преобразование в биты данных в

соответствии с методами кодирования цифровых сигналов, таким образом

осуществляет интерфейс между сетевым носителем и сетевым устройством.

Определяемые на данном уровне параметры: тип передающей среды, тип

модуляции сигнала, уровни логических «0» и «1» и т. д. На этом уровне работают

концентраторы (хабы), повторители (ретрансляторы) сигнала и медиаконверторы.

Функции физического уровня реализуются на всех устройствах, подключенных к

сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются

сетевым адаптером или последовательным портом. К физическому уровню

относятся физические, электрические и механические интерфейсы между двумя

системами. Физический уровень определяет виды среды передачи данных:

оптоволокно, витая пара, коаксиальный кабель, спутниковый канал передач

данных и т. п. Стандартными типами сетевых интерфейсов, относящимися к

физическому уровню, являются: V.35, RS-232C, RS-485, RJ-11, RJ-45.

22. Коммутация и маршрутизация в компьютерных сетях Для эффективного взаимодействия компьютеров в сетях используется сетевое

оборудование.

Сетевой адаптер (сетевая карта) – это плата расширения, включаемая в

разъем шины PCI, и выполняющая функции физического и канального уровней.

Сетевой адаптер для сервера может также выполнять функции сетевого и

транспортного уровней.

Коммутатор – устройство, осуществляющее поочередное подключение

нескольких входных каналов связи на один выходной канал без изменения

скорости передачи. Благодаря предоставлению общего доступа к информации и

распределению ресурсов коммутаторы повышают производительность.

Существует два основных типа коммутаторов: управляемые и неуправляемые.

Неуправляемые коммутаторы работают по стандартной схеме и не позволяют

вносить изменения в эту схему. В оборудовании для домашних сетей зачастую

используются неуправляемые коммутаторы. 88

Управляемый коммутатор предоставляет доступ для его программирования.

Это обеспечивает большую гибкость, поскольку коммутатор можно

контролировать и настраивать локально или удаленно для управления передачей

трафика по сети и доступом к сети.

Концентратор (хаб, hub) – устройство, осуществляющее переключение

потока данных из одного или нескольких каналов на другой (другие). Обычно

концентраторы переключают потоки данных от нескольких низкоскоростных

каналов на меньшее число более скоростных каналов с использованием функций

физического уровня.

Повторитель (repeater) – усилитель, восстанавливающий амплитуду и форму

сигнала при передачах на большие расстояния. Он регенерирует пакеты данных,

обеспечивая электрическую независимость сопрягаемых сетей и защиту от

действия помех.

Мост (bridge) – устройство, предназначенное для соединения идентичных

сетей. Работа моста соответствует протоколам сетевого уровня. Соединяемые

мостом сети могут иметь различия на физическом и канальном уровнях, но

должны иметь одинаковые протоколы на сетевом уровне и выше. Мост выполняет

фильтрацию сетевых пакетов в соответствии с адресами получателей.

Шлюз (gateway) – устройство, позволяющее объединять различные сети.

Шлюз выполняет протокольные преобразования всех уровней модели

взаимодействия открытых систем.

Маршрутизатор (router) – устройство, выполняющее соединение на

транспортном уровне, обеспечивает соединение логически не связанных сетей,

имеющих одинаковые протоколы на сеансовом уровне и выше, создает нужный

логический канал и передает сообщение по назначению. Маршрутизаторы могут

соединять сети с различными методами доступа, перераспределять нагрузки в

линиях связи, выбирая наилучшие маршруты, выполнять буферизацию данных.

Маршрутизация (routing) – процесс определения маршрута следования

информации в сетях связи. Маршруты могут задаваться административно

(статические маршруты), либо вычисляться с помощью алгоритмов

маршрутизации, базируясь на информации о топологии и состоянии сети,

полученной с помощью протоколов маршрутизации (динамические маршруты).

Статическими маршрутами могут быть:

• маршруты, не изменяющиеся во времени;

• маршруты, изменяющиеся по расписанию;

• маршруты, изменяющиеся по ситуации – административно в момент

возникновения стандартной ситуации.

Для обмена информацией между компьютерами сети необходимо

установление соединений, проходящий через узлы и каналы связи.

Характеристики передачи данных зависят от пропускной способности линий

связи, производительности узлов, способов организации каналов связи и способов

передачи данных по каналам связи.

Возможны три способа коммутации при передаче данных: коммутация

каналов, сообщений и пакетов. 23.Локальная вычислительная сеть Ethernet

Локальные вычислительные сети часто используются для управления и

другого информационного обслуживания в технических системах, оборудование

которых распределено в пространстве. В таких системах часто возникает

необходимость передачи больших объемов информации на небольшие

расстояния. Основная отличительная особенность локальных вычислительных

сетей – наличие единого для всех абонентов сети высокоскоростного канала

передачи данных. При этом вычислительная сеть обеспечивает более дешевый

способ комплексирования оборудования, чем глобальная сеть.

Наиболее важными характеристиками локальной вычислительной сети

являются:

• тип передающей физической среды;

• тип передачи данных (синхронный или асинхронный);

• метод доступа к среде (каналу связи), топология;

• типы компьютеров в узлах сети; • число узлов;

• тип управления в сети (одноранговая или двухранговая);

• типы протоколов, регламентирующих форматы и процедуры обмена

информацией.

В локальных вычислительных сетях используют несколько типов каналов

связи (передающих сред): витую пару, коаксиальный кабель, волоконно-

оптический кабель. Реже используют инфракрасный и микроволновый каналы. От

среды зависит ряд характеристик сети. Наиболее распространенным является

построение каналов связи с использованием витой пары. В случаях, когда

требуется обеспечить высокую помехозащищенность, либо требуется наиболее

высокая скорость передачи сигналов, используют волоконно-оптические линии

связи. Волоконно-оптические каналы сопрягаются с приемопередатчиками, фото-

и светодиодами через специальные оптические разъемы.

На выбор метода передачи данных существенно влияют два основных

требования: уплотнение канала и обеспечение надежной передачи данных.

Небольшая протяженность линий связи в локальной сети позволяет использовать

в них немодулированные сигналы, что, в свою очередь, позволяет удешевить

аппаратуру для передачи и приема сигналов. При организации обмена важной

задачей является синхронизация процессов передающей и принимающей

стороны. Приемник и передатчик сигналов в сети представляют собой

синхронные конечные автоматы, для организации взаимодействия которых

необходима синхронизация.

В локальной вычислительной сети используются различные топологии (рис.

47).

Шинная топология характеризуется использованием разомкнутого сегмента

кабеля, к которому подключаются абонентские станции. Передаваемая станцией

информация распространяется в обе стороны. Применение шин снижает

стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей,

обеспечивает возможность широковещательного обращения. Используют два ме-

тода уплотнения передачи сигналов по шине: временное и частотное разделение.

При временном разделении каждая станция использует определенный временной

интервал для передачи данных, что регламентируется используемым методом

доступа к среде. При частотном разделении несколько станций могут одновре-

менно передавать информацию по различным частотным подканалам.

При кольцевой топологии сигналы передаются по кольцу, в большинстве

случаев в одном направлении. Каждая станция непосредственно подсоединяется к

двум соседним, но «прослушивает» передачу любой станции. Все станции могут

иметь равные права доступа к среде, но иногда одна станция выделяется в каче-

стве главной. Она выполняет функцию монитора в сети: инициация и

тестирование кольца. Такую организацию (с монитором) называют «петлей».

При топологии з«везда» центральная станция выполняет функции

коммутатора в сети, соединяющего различных пользователей. Узел в центре

звезды может выполнять функции, отличные от обычной обработки данных и

коммутации каналов. Он может согласовывать скорости передачи и приема у

станций, участвующих в обмене. Передатчик и приемник в сети могут работать,

используя различные связные протоколы. В такой сети большая часть средств,

требующихся для управления сетью, может находиться в одном месте и

разделяться между всеми устройствами системы. Для доступа к каналам не

требуется специальной логики, так как каждый канал связан с одним

устройством. Для разных каналов одной сети, связывающих абонентские станции

с центральным узлом, можно использовать различную передающую среду.

Топология «дерево» представляет собой несколько шин, подключенных к

магистральной шине через повторители. Иерархическая организация такой сети

позволяет упростить программное обеспечение для управления. Одной из распространенных реализаций локальной вычислительной сети

является сеть Ethernet, которая была разработана в США в 70-х гг. XX в. Сеть использует топологии: «шина», «дерево», «звезда». В качестве передающей среды

используется коаксиальный кабель, витая пара либо волоконно-оптическая линия

связи. В простейшем случае сеть состоит из одного сегмента с топологией

«шина». Длина кабеля не должна превышать 500 м. К кабелю можно подключать

до 100 приемопередатчиков от узлов сети. Максимальное число сегментов – 15.

Максимальная скорость передачи – 10 Мбит/с.

Сеть Ethernet имеет 3-уровневую организацию (рис. 48).

Согласованный набор протоколов и реализующих их аппаратных и

программных средств, достаточных для построения сети, называют сетевой

технологией. Самой распространенной сетевой технологией является технология

IEEE802.3/Ethernet. Технология создана в 70-х гг. XX в. В первоначальном

варианте в качестве линии связи использовался коаксиальный кабель. Позже были

разработаны модификации этой технологии, рассчитанные на другие среды:

• 10 Base-2 – использует тонкий коаксиальный кабель (четверть дюйма) и

обеспечивает сегменты длиной до 185 м с числом подключаемых узлов до

30;

• 10 Base-5 – использует толстый (полдюйма) коаксиальный кабель,

обеспечивает сегменты длиной до 500 м, с числом подключаемых к

сегменту узлов до 100;

• 10 Base-T – использует витую пару, обеспечивает сегменты длиной до 100м,

с числом подключаемых к сегменту узлов до 1024;

• 10 Base-F – использует волоконно-оптический кабель, обеспечивает

сегменты длиной до 2000 м, с числом подключаемых к сегменту узлов до

1024.

Скорость передачи при этих технологиях равна 10 Мбит/с.

В развитие технологии Ethernet созданы варианты технологий Fast Ethernet со

скоростью передачи 100 Мбит/с (100Base-TX, 100 Base-T4, 100-Base-FX) и Gigabit

Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с (1000 Base-LX и 1000 Base-SX с

использованием волоконно-оптического кабеля, а также 1000 Base-CX и 1000

Base-T с использованием витой пары).

Интернет – это глобальная сеть, которая объединяет множество различных

сетей в единое информационное пространство. Интернет может обеспечить

информационный обмен между любыми компьютерами, которые входят в состав

сетей, подключенных к ней. Основные узлы сети Интернет – это локальные

вычислительные сети.

24.ОС

Операционная система — комплекс программ, обеспечивающий управление аппаратными средствами компьютера, организующий работу с файлами и выполнение прикладных программ, осуществляющий ввод и вывод данных.

Общими словами, операционная система — это первый и основной набор программ, загружающийся в компьютер. Помимо вышеуказанных функций ОС может осуществлять и другие, например предоставление общего пользовательского интерфейса и т.п.

Сегодня наиболее известными операционными системами являются ОС семейства Microsoft Windows и UNIX-подобные системы.

Функции

Интерфейсные функции:

• Управление аппаратными средствами, устройствами ввода- вывода

• Файловая система

• Поддержка многозадачности (разделение использования памяти, времени выполнения)

• Ограничение доступа, многопользовательский режим работы (если взять к примеру ДОС, то он не может быть многопользовательским)

• Сеть (взять спектрум в пример...)

Внутренние функции:

• Обработка прерываний

• Виртуальная память

• "Планировщик" задач

• Буферы ввода- вывода

• Обслуживание драйверов устройств

2 Список операционных систем

• 2.1 UNIX

• 2.2 BSD

• 2.3 GNU/Linux

• 2.4 AmigaOS

• 2.5 DOS

• 2.6 FreeDOS

• 2.7 Microsoft Windows

• 2.8 IBM OS/2

• 2.9 ReactOS

• 2.10 Plan 9

• 2.11 Inferno OS