Среда распространения

Средами распространения могут считаться линии передачи и открытая среда (эфир). Рассмотрим некоторые существующие линии передачи:

• Коаксиальный кабель (К) - co-axis (со-осный, то есть проводники имеют общую ось).

• Витая пара (В) - TP -Twisted Pair STP - Shielded Twisted Pair - экранированная витая пара. UTP - Unshielded Twisted Pair - неэкранированная витая пара (обычно используется для локальных сетей). В современных сетях используется несколько пар проводников. В каждой паре проводники скручены между собой с определенным шагом скрутки для уменьшения помех. Важной характеристикой является максимальная частота сигнала. Витые пары бывают нескольких категорий: Cat.1 - выпускалась для телефонных сетей (сейчас уже не используется). Cat.2 - максимальная частота 4МГц. Cat.3 - 16МГц. Cat.4 - 20МГц. Скорость предачи - 20Мбит/c. Cat.5 - 100МГц. - 100Мбит/с. Появилась в 1994 году. Cat.5E - 155МГц. - 155Мбит/с (однако можно создавать сети и с 1Гбит/с). Появилась в 1995 году. Cat.6 - 250МГц.

• Волоконно-оптический кабель. Основан на передаче светового сигнала с высокой частотой. По волоконно-оптической линии связи можно передавать данные со скоростью 10¹²бит/c (одновременно 10 млн. телефонных разговоров). Кварцевая стеклянная нить. Высокопрозрачный сердечник, покрытый прозрачной оболочкой, имеющей более высокий коэффицент преломления. Волоконно-оптические кабели бывают многомодовые (MultiMode - MM) и одномодовые (SingleMode - SM). Диаметр оптической жилы в MM (50-100 мкм) больше, чем в SM (5-15 мкм). В MM передается несколько лучей. Затухание сигнала может определяться потерями на поглощение и рассеивание. Потери на поглощение зависят от чистоты материала. Потери на рассеивание - от неоднородности коэффициента преломления. 850 - 1310 - 1550нм - частоты прозрачности (кварц имеет повышенную прозрачность). Кримповка - обжим проводов для закрепления контактов. ВОК используются парами - один для одного направления, другой для приема. Источником света раньше являлись мощные лазеры, так как были сильные затухания. Сейчас используются менее дорогие и менее мощные светодиоды. ВОК обычно используются, когда нужны болбшие скорости передачи. Одномодовые обеспечивают передачу на большие расстояния с большой скоростью. Многомодовые ВОК используются, так как изготовить волокно диаметром 5-10мкм сложнее, чем 62.5мкм.

Открытая среда. Для организации систем связи между удаленными пунктами используются радиорелейные системы.

Организация взаимодействия удаленных процессов

Любую компьютерную сеть можно представить как сеть взаимодействия процессов. Процесс:

• прогарамма

• данные

• ресурсы (время Центрального Процессора - ЦП, Оперативная Память - ОП, Внешняя Память - ВП)

Процессы бывают прикладные и служебные. Пусть нам необходимо организовать взаимодействие процессов находящихся на некотором расстоянии. 1. Пусть выполняются две программы на одном компьютере (например, локальный веб-сервер и браузер). В этом случае в ОП выделяется область, доступная как для процесса A, так и для процесса B. В эту область помещается запрос от процесса A. Теперь необходимо проинформировать B о том, что для него поступили данные, и тогда он смог бы их забрать. Рассмотрим случай, когда программы А и В написаны двумя разными разработчиками, то есть они друг с другом не согласованы и ничего друг о друге не знают. Они, например, могут использовать разные форматы хранения данных. Следовательно, необходимы некие службы, которые бы и следили за корректностью общения и преобразование различных форматов. Функции организации взаимодействия можно вынести в отдельный модуль Управление Сетевым Соединением (Управление Сеансом Связи) - УСС. Session Control. А функции для преобразования форматов в модуль Упраления ПРедставлением - УПР. Presentation Control. Управление информационным каналом обеспечивает передачу целых блоков (кадр - frame). Из рисунка видно, что запись пользователя как бы запечатывается в конверт, в таком виде она передается по каналу, затем на другом конце конверты последовательно раскрываются. Выбором маршрутов занимается отдельный модуль - Управления Сетью (Network Control) - УС. Для идентификации машины-получателя в заголовок сообщения включается номер порта. Следовательно необходимо добавление еще одного модуля - Управления Передачей - УП (Transmission Control). Так как в физической среде примерно 1 символ из 10000 приходит с ошибкой, передавать большие сообщения становится неэффективно, потому что в этом случае такие сообщения приходилось бы передавать бесконечно (в случае ошибки получатель просит повторную передачу сообщения). Для этого необходима сегментация сообщения - разбиение большого сообщения на множество маленьких, тогда вероятность ошибочности передачи каждого из маленьких сегментов падает в разы. Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем. OSI (Open System Interconnection) - ISO (International Organization for Standartization).

• Уровень 7 - уровень приложений.

• Уровень 6 - уровень представления данных.

• Уровень 5 - сеансовый уровень.

• Уровень 4 - транспортный уровень.

• Уровень 3 - сетевой уровень.

• Уровень 2 - канальный уровень.

• Уровень 1 - физический уровень.

Интерфейс - это согласованное и сопряженное общение между двумя конечными станциями. Например, на сетевой уровень поступает некий "черный ящик" с уровня, находяшегося выше. Ему необходимо каким-то образом выделить у него IP-адрес получателя. Эта задача возлагается на протокольные интерфейсы, которые помимо основной информации, могут передавать и некоторую служебную (параметры передачи). На рисунке изображены 3 уровня отправителя и соответствующие им 3 уровня получателя. Уровень N+1 точно знает, что информация (не важно каким образом) дойдет до N+1 уровня получателя. При этом он действует через уровень N, а тот в свою очередь через N-1. Получается, что действительно важными (влияющими) для какого-то конкретного уровня являются два прилежащих к нему уровня. Вся информация, передаваемая по сети делится на основную (само сообщение) и управляющую (заголовки, концевики). Протоколы физического уровня описывают:

• Виды сред

• Физические разъемы

• Характеристики сигнала (амплитуда, частота и т.д.)

• Последовательность предачи

В сети часто возникают помехи. Для решения этой проблемы каждый вышележащий уровень может подстраховывать нижележащий (проверять контрольную сумму после передачи, например). Надо заметить, что соединения почти всех уровней являются виртуальными, исключением является физическое соединения первого уровня. Можно сказать, что все 7 уровней - это область взаимодействия прикладных процессов. Эту область можно разделить на 3 группы:

• Обсуживающая группа (7, 6, 5 уровни). Они ничего не знают о существовании нижних уроней

• Физическая группа (1, 2, 3 уровни). Их характеристика зависит от передающей среды. Например, если соединение идет по аналоговому проводу, необходим очень жесткий контроль за правильностью передачи.

• Транспортная группа (4 уровень). Здесь происходит согласование параметров физических уровней. Рассмотрим пример: УК - выполняют функцию выбора маршрута для пакетов, т.е. реализуют уровни физической группы. УК представляется здесь, как устройство имеющее несколько портов и внутреннюю таблицу маршрутизации, исходя из которой он и выбирает дальнейшее направление движения пакета. Важно отметить, что такими распределенными сетями одновременно пользуются сотни тысяч абонентов. Поэтому пришедшая информация может иметь самые разные размеры, преследуюцая самые различные задачи (чаты, закачки файлов и т.д.). Транспортный уровень обеспечивает согласованность с учетом размеров информации, которую нужно передать (может произвести фрагментацию, если необходимо)

Любой моделью предусматривается два режима передачи данных:

• с установлением соединения

• без установления соединения (это может относиться к разным уровням)

Если соединение устанавливается, тогда оно имеет некоторое время жизни. В принципе, каждый уровень предусматривает возможность устанавливать соединение. Например, в сетях Ethernet не устанавливается соединение. Если передача идет с установлением соединения, то можно обеспечить согласование параметров на этапе установления соединения. Это обеспечивает некоторую гибкость передачи. Обеспечивается идентификация соединения. Нет необходимости при передаче передавать управляющую информацию (только по минимуму типа: адрес отправителя, получателя, промежуточных узлов). Без установления соединения - например дейтаграммовый режим, в каждой из которых передается максимум управляющей информации.

В начале сети строились по принципу терминалы-центральная система. Такая система имела очень большую уязвимость, т.к. выведение из строя центральной системы влечет за собой полную неработоспособность всей сети. Поэтому Военное Министерство США потребовало создать распределенную сеть и протоколы общения для нее, которая могла бы работать даже в случае войны, когда часть или сегмент сети может быть уничтожен. Сейчас сеть Интернет является примером распределенной сети. Модель OSI разделения на уровни - пример декомпозиции сложной общей задачи, когда она разбивается на несколько подзадач. Уровни являются независимыми друг от друга. В качестве примера, допустим в рассмотренной схеме связи в физическом уровне используется коаксиальный кабель и нам необходимо перейти на витую пару. Это может затронуть только 3 нижних уровня. В сети работают миллионы компьютеров. Необходимо организовать между ними диалог. Его можно построить исключительно на основе однозачного правила. Неопределенные ситуации должны быть исключены. Наборы правил называются протоколами. Сетевой протокол - это множество правил, определяющих процедуру взаимодействия обьектов, расположенных на одном уровне. Тезис: Протокол любого уровня обеспечивает сервис для уровня расположенного непосредственно над ним. Для выполнения этой работы обьекты согласно протоколу передают различные блоки данных, называемые PDU (Protocol Data Unit)