Тема 5 – Распределённый файловые системы. Сети эвм. Мультипроцессорные системы.

1. Семиуровневая модель взаимосвязи открытых систем (ISO/OSI)И

Протокол – соглашение о том, как коммуникационные компоненты взаимодействуют друг с другом.

Node,host– узел – компьютер в сети

Local,node– Компьютер, к которому непосредственно подключен терминал пользователя.

Remote,node– Компьютер в сети, с которым взаимодействует данный компьютер.

Маршрут, Rote– последовательность узлов, через которые проходят сообщения от источника к получателю.

Шлюз – соответствующая аппаратура, либо компьютер.

Семиуровневая модель взаимосвязи открытых систем.

Обеспечивает стандартные интерфейсы между сетевыми уровнями. Каждый уровень дополняет свои возможности к услугам, которые предоставляет более низкий уровень.

Распишем уровни:

I)Физический уровень

Этот уровень имеет дело с электрическими и механическими компонентами линии связи. Только на этом уровне учитываются тонкости того, какая среда передачи данных используется. Может быть Витая пара, Оптоволокно, радиоканал и т.д. На этом уровне определяются все стандарты, связанные с ограничением расстояния.

II) Уровень звена связи, или канальный уровень

Этот уровень управляет работой с пакетами данных, на нём производится обработка адресов входящих и исходящий пакетов (не путать с адресами TCP/IP). На этом уровне обнаруживаются и по возможности исправляются ошибки, возникшие на предыдущем уровне. Так же на этом уровне возникает понятие Коллизии. Коллизия – ситуация, когда в сетяхEthernetдва и более узла одновременно начинают передачу информации.

III) Сетевой уровень управляет коммутацией и маршрутизацией сообщений между станциями сети. Он реализуется программно. Для пересылки и коммутации пакетов используется понятиеMAC-адрес – это уникальный серийный номер сетевого устройства. Существует специальное соглашение, которое выделяет каждому производителю свой диапазон адресов.

IV) Транспортный уровень - на этом уровне обеспечивается сквозная передача сообщений от источника к приёмнику. На этом уровне появляются такие понятия, какTCP/IP, а так же различные протоколы. (TCP,IPX) и только на этом уровне гарантируется доставка. Определяются протоколыTCPиUDP. ПротоколTCPотвечает за доставку сообщений с подтверждением о доставке для этого устанавливается постоянное соединение между двумя узлами. Большинство протоколов, работающих вINTERNETОриентированно на использованиеTCP. ПротоколUDPобеспечивает пересылку между двумя узлами, но доставка не гарантируется и соединение не устанавливается, за счёт этого работает быстрее , чемTCP. Служба доменных имён так же может использовать протоколUDP.

V) Уровень сеансовой связи - Предоставляются средства, с помощью которых взаимодействующие стороны устанавливают и синхронизируют свой диалог, управляют размером данных.

VI) Уровень представления Решаются проблемы различия форматов, компьютеров, терминалов, баз данных и т.д.

VII) Прикладной уровень на этом уровне работают с данными в том виде, в котором они поступают от пользовательского процесса и предоставляются в пользовательский процесс.

Одновременно с созданием семиуровневой модели создавалось семейство протоколов TCP/IP.

Протоколы ARP,RARPобеспечивают соответствиеMAC-адресаIPадресам.

Протокол ICMP– позволяет пинговать удалённые узлы.

В верхних уровнях Семиуровневой модели:

FTP– протокол передачи файлов между узлами

SMTP– протокол передачи почты между узлами

TELNET- позволяет работать с удалённым компьютером в режиме командной строки.

Routingпротоколы – все протоколы для настройки Маршрутизации.

2. Компьютерные сети

Топология сетей – При соединении нескольких сетей вместе каждой сети присваивается свой номер. И в соответствии с этим номером осуществляется доставка сообщения. Когда две, или более сетей объединяются, такой режим называется межсетевым взаимодействием (INTERNETWORKING) Сеть занимается только пересылкой пакетов, не задумываясь об их содержимом.

В то время, как термин INTERWORKINGзанимается вопросами межсетевого взаимодействия на нижнем уровне семиуровневой модели, в терминINTEOPERABILITY– входит обеспечение согласования верхних уровней стеков информационных протоколов.INTERNETWORKING– взаимодействие нескольких сетей по одному протоколу, аINTERWORKING– взаимодействие сетей на основе различных протоколов (НапримерSMP,NFS).

ФИЗИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ СЕТЕЙ

Компьютеры сети могут быть объединены между собой, используя различные топологии, или схемы.

1. ЗВЕЗДА: все станции подключаются к центральному узлу, который занимается пересылкой пакетов от одной станции к другой.

2. ОБЩАЯ ШИНА – Компьютеры подключаются к одной среде передачи данных. При этом никаких дополнительных устройств не требуется. В качестве среды передачи данных часто используется коаксиальный кабель.

3. КОЛЬЦО – Пересылка данных происходит по кольцу, часто такая схема используется для оптико – волоконных каналов связи. В случае отказа канала связи информация пересылается по резервным каналам связи.

Локальные и глобальные сети

ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ – характеризуются следующими моментами:

1. Канал локальной сети находится в монопольной собственности организации её эксплуатирующей.

2. Расстояние между рабочими станциями составляет от нескольких десятков до нескольких тысяч метров.

3. Пропускная способность локальной сети гораздо выше чем в глобальной около 100 Мбит/c, если оптимизация прижимистая..

4. Количество ошибок гораздо ниже, чем в глобальных.

Как правило, в сетях данного типа, используется стандарт передачи данных ETHERNET

ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ

Характеризуется значительным удалением станций друг от друга. Ранее для построения таких сетей использовался стандарт X25. В последнее время всё большую популярность приобретают сети на основе протоколаTCP/IP. СтандартX25 предназначен для построения сетей на основе низкоскоростных каналов связи – медной пары, при наличии большой вероятности ошибок в передаче данных. На основе этого протокола были построены такие сети, какSprint,Compuserve. Такие сети имели свои шлюзы вInternet.

ВИРТУАЛЬНЫЕ ЧАСТНЫЕ СЕТИ (VPN)

Эта технология появилась и стала популярна с 2000 года. Смысл технологии в том, что несколько офисов компании объединяются между собой, используя в качестве среды передачи данных Internet, тем более канал передачи данных Шифруется. С точки зрения пользователя и сетевого оборудования, выглядит, как будто офисы соединены выделенными каналами связи. Канал связи организует определённое устройство. Плюсы такой технологии в том, что пользователи не заботятся о том, что данные могут перехватить, т.к. технология подразумевает принудительное шифрование данных. На сегодняшний день канал можно организовывать либо с помощью аппаратных средств, либо с помощью программных, либо приобретать соответствующую услугу у провайдеровInternet. СетиVPNмогут организовывать соединения на разных уровнях этой модели. Есть возможность организовать её на втором уровне. НА верхних уровнях есть реализацияVPNнапримерHTTPS(Защищённый вариант Гипертекста.)

3. Межсетевое взаимодействие. Протоколы маршрутизации в сетях TCP/IP

Проблемы взаимодействия сетей с разными протоколами.

1) Использование Шлюзов.

Преимущества: Простота реализации, пользователю (Администратору) предоставляется некий чёрный ящик, который выполняет всю работу по переводу протокола А в протокол Б и обратно. Так же на рабочих станциях пользователей ничего настраивать не надо.

Недостатки: При отказе такого шлюза связь между сетями нарушается. А так же скорость работы ниже из за того, что существует промежуточное устройство, которое преобразовывает сигнал.

2) Мультиплексирование стеков определённых протоколов. На компьютере устанавливается дополнительный стэк протоколов, например IPX/SPX, при этом сама операционная система выбирает, какой протокол использовать при подсоединении к том , или иному компьютеру. От того, в какой комбинации будут установлены стэки протоколов, будет зависеть в каком режиме будет организовываться связь. В данном подходе есть один недостаток – на рабочих станциях и серверах нужно устанавливать несколько стэков протоколов, это может быть трудоёмко. Преимущества в том, что скорость выше, чем в предыдущем способе и как правило, дополнительные стеки протоколов поставляются вместе с ОС, не следует ничего приобретать.

Объединение сетей с одинаковыми протоколами.

В этом случае никаких технических проблем не возникает. Разработаны и продаются устройства, которые позволяют сопрягать сети на основе различных сред передачи данных.

4. Сетевые службы и протоколы (См. в Распечатке)

5. Программирование сетевого взаимодействия

Используется понятие Сокета. Сокет – конечная точка сетевого взаимодействия. Это комбинацияIp-адрес – порт на устройстве, которое однозначно определяет отдельный сетевой процесс в глобальной сети Интернет. Соответственно два сокета. Первый – отправитель, второй – получатель определяют соединение между узлами. С точки зрения реализации, Сокеты – некая абстракция, аналогичная понятию ФАЙЛ, созданная для того, чтобы упростить работу с сетью.

Для работы с сокетами определены несколько системных вызовов, поразному используя которые, можно создать лидо сокет – отправитель, либо сокет – получатель.

Sockaddr_in– структура описывает порт для работы с протоколомTCP/IP.

Sin_port– указывается номер порта, который должен использовать процесс, если значение равно нулю, система выделяет любой свободный

Sin_addr– содержитIPадрес, к которому будет привязан сокет, при этом можно указать, чтобы использовались все адреса локального узла.

Системные вызовы:

1. Socket– использует для создания сокета, у него нет ниIPадреса ни порта. Пример: S=Socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)

2. Bind– Привязка сокета к локальным именам (кIPадресу и порту). В некоторых случаях привязка осуществляется автоматически и этот системный вызов можно не использовать.

3. Connect– Установление связи- вызов необходимо использовать на сокете – отправителе (компьютере - клиенте).

4. Close– команда на закрытие сокета (разрыв соединения). В этом случае передаются все оставшиеся данные и соединение закрывается.

5. На компьютере – сервере необходимо использовать системный вызов Listen, который переводит сокет в режим ожидания входящих соединений. И системный вызовAcceptдля получения сокета для каждого соединения.

6. Write

7. Read– Системные вызовы используются для записи и чтения информации из сокета.

8. Send

9. Recv– Отличаются от 67 тем, что добавляется дополнительный атрибут флага.

ПЛАН СОЗДАНИЯ СЕТЕВЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ.

Дя начала необходимо дать системный вызов Socketдля создания сокета, далее пути расходятся:

1. Приложения – сервер: Необходимо выполнить системный вызов bindдля того, чтобы привязать сокет к требуемымIPадресу и порту, затем вызывается командаListen- для перехода в режим ожидание входящих сообщений и командаAcceptдля приёма сообщения, необходимо при этом предусмотреть некое зацикливание при обработке всех входящих соединений.

2. Приложения – клиент: Команда Bindздесь не обязательно, системный вызовConnectделает это автоматически.

Далее после установления соединения передача данных осуществляется используя команды Send,Recv,Write,Read. Последняя команда закрывает сокет –CLOSE.

Обработанным считается соединение, которое получено системным вызовом Accept

При программировании под WindowsвVisualCпользователю предоставляются не только сокеты , но и классы, основанные на сокетах:CSocketи т.д. Эти классы больше упрощают работу с сетью.