ГИА 2024 Ответы УТС (НЕ ВСЕ)

Информационные сети и телекоммуникации

1.Понятие о способах коммутации в распределенных вычислительных системах (коммутация каналов, коммутация

пакетов).

Соединение конечных узлов через сеть транзитных узлов называют коммутацией. Последовательность узлов, лежащих на пути от отправителя к получателю, образует маршрут.

Коммутация каналов. Способ коммутации каналов заключается в установлении физического канала связи для передачи данных непосредственно между абонентами сети. При использовании коммутируемых каналов тракт (путь) передачи данных образуется из самих каналов связи и устройств коммутации, расположенных в узлах связи.

Установлениесоединениязаключаетсявтом, чтоабонентпосылаетвканалсвязизаданный набор символов, прохождение которых по сети через соответствующие узлы коммутации вызываетустановкунужногосоединениясвызываемымабонентом. Этоттранзитныйканал образуется в начале сеанса связи, остается фиксированным на период передачи всей информации и разрывается только после завершения передачи информации.

Кдостоинствам данного способа организации соединения абонентов сети следует отнести:

•гибкость системы соединения в зависимости от изменения по-требностей;

•высокую экономичность использования каналов, достигаемую за счет их эксплуатации только в течение времени установления связи и непосредственно передачи данных;

•невысокие расходы на эксплуатацию каналов связи (на порядок

меньше, чем при эксплуатации некоммутируемых линий связи).

Коммутация сообщений. При коммутации сообщений поступающая на узел связи информация передается в память узла связи, после чего анализируется адрес получателя. В зависимости от занятости требуемого канала сообщение либо передается в память соседнего узла, либо становится в очередь для последующей передачи. Таким образом, способкоммутациисообщенийобеспечиваетпоэтапныйхарактерпередачиинформации. В этом случае сообщения содержат адресный признак (заголовок), в соответствии с которым осуществляется автоматическая передача информации в сети от абонента-передатчика к абоненту приемнику. Все функции согласования работы отдельных участков сети связи, а также управление передачей сообщений и их соответствующую обработку выполняют центры (узлы) коммутации сообщений.

Основное функциональное назначение центра коммутации сообщений — обеспечить автоматическую передачу информации от абонента к абоненту в соответствии с адресным признаком сообщения и требованиями к качеству и надежности связи.

Метод коммутации сообщений обеспечивает:

•независимость работы отдельных участков сети, что значительно повышает эффективность использования каналов связи при передаче одного и того же объема информации;

•сглаживание несогласованности в пропускной способности ка-налов и более эффективную передачу многоадресных сообще-ний (так как не требуется одновременного освобождения всех каналов между узлом-передатчиком и узлом-приемником);

• передача информации может производиться в любое время, так как прямая связь абонентов друг с другом не обязательна.

Для более полной загрузки каналов и их эффективного использования возможно совместное применение перечисленных методов коммутации.

Коммутация пакетов сочетает в себе ряд преимуществ методов коммутации каналов и коммутации сообщений. При коммутации пакетов перед началом передачи сообщение разбивается на короткие пакеты фиксированной длины, которые затем передаются по сети. В пункте назначения эти пакеты вновь объединяются в первоначальное сообщение, а так как их длительное хранение в запоминающем устройстве узла связи не предполагается, пакетыпередаютсяотузлакузлусминимальнойзадержкойво времени. Вэтом отношении указанный метод близок методу коммутации каналов.

При коммутации пакетов их фиксированная длина обеспечивает эффективность обработки пакетов, предотвращает блокировку линий связи и значительно уменьшает емкость требуемой промежуточной памяти узлов связи. Кроме того, сокращается время задержки при передаче информации, т. е. скорость передачи информации превышает аналогичную скорость при методе коммутации сообщений.

Проблема маршрутизации пакетов решается программно-аппаратными способами. Наиболее распространенными способами являются фиксированная маршрутизация и маршрутизация способом кратчайшей очереди.

Фиксированная маршрутизация предполагает наличие таблицы маршрутов, в которой закрепляется маршрут от одного клиента к другому.

Это обеспечивает простоту реализации, но неравномерную загрузку сети.

В методе кратчайшей очереди используется несколько таблиц, в которых каналы расставлены по приоритетам. Передача начинается по первому свободному каналу с высшим приоритетом. При использовании этого метода задержка передачи пакета минимальная.

Сети, обеспечивающие коммутацию каналов, сообщений и пакетов, называются интегральными. Они объединяют несколько коммутационных сетей. Часть интегральных каналовиспользуетсямонопольно, т. е. дляпрямогосоединения. Прямыеканалысоздаются на время проведения сеанса связи между различными коммутационными сетями. По окончании сеанса прямой канал распадается на независимые магистральные каналы.

.

2. Структурыраспределенных вычислительных систем (топология, физические и логические элементы сетей ЭВМ).

Распределенные вычислительные системы — это физические компьютерные, а также программные системы, реализующие тем или иным способом параллельную обработку данных на многих

вычислительных узлах.

Абонентские установки соединяются с системой передачи данных с помощью физической средыпередачиданных, асопряжениелогическихслоеввЭВМосуществляетсяспомощью логической среды, реализуемой работой специальных программ.

Физическая среда передачи данных включает:

●линии связи – физическое устройство, позволяющее передачу сигналов. Электрический кабель, оптический кабель, радиоканал, оптическая беспроводная связь;

●сетевые адаптеры – устройство, позволяющее подключить компьютер к линии связи. Обычно выполнен в виде устройства, подключающегося к шине данных компьютера (PCI) или универсальному интерфейсу (COM, USB) и к линии связи (разъём для кабеля, радиоантенна, инфракрасный излучатель с приёмником и т.п.). Нередко сетевой адаптер смонтирован на общей плате компьютера (встроенные

Ethernet, Bluetooth, Wi-Fi адаптеры);

●повторители (repeater) – устройство, соединяющее две линии связи, усиливающее сигнал или изменяющее среду передачи (соединение электрического и оптического кабеля) (mediaconverter);

●концентраторы (hub) – устройство, соединяющее несколько линий связи. Часто является также коммутатором.

Логическая среда передачи данных определяется:

●коммутаторами (switch) – в отличие от концентратора передаёт полученный сигнал не всем линиям связи, а только той, для которой он предназначен;

●маршрутизаторами (router) – программно-аппратный комплекс, анализирующий приходящие пакеты и направляющий их по правилам, определённым в таблице маршрутизации. В отличие от коммутатора работает не с физическими, а с логическими адресами устройств (IP-адресами) и имеет гибкие возможности управления передачей пакетов. Может быть объединён в одном устройстве с концентратором или выполнен как отдельное устройство. Функции

маршрутизатора может выполнять компьютер с сетевой операционной системой и соответствующим программным обеспечением;

шлюзами (gateway) – программно-аппратный комплекс, связывающий между собой две сети. В отличие от маршрутизатора, меняет заголовки пакетов таким образом, чтобы они подходили для сети назначения.

3. Модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection, OSI).

Базовая основополагающая модель, описывающая структуру передачи данных от одного приложения другому. Используется как абстрактная схема описания уровневого подхода описания работы.

Модель OSI состоит из семи концептуальных уровней:

Уровень 0. Среда. Данный уровень представляет посредников, соединяющих конечные компоненты сетевой структуры: кабели, радиолинии и т.д. Поскольку этот уровень де-факто не является элементом схемы, он указывает только на среду.

Уровень 1. Физический. Включает физические аспекты передачи двоичной информации по линии связи. Детально описывает, например, напряжения, частоты, природу передающей среды. Этому уровню вменяется в обязанность поддержание связи и приём-передача битового потока. Безошибочность желательна, но не требуется.

Уровень 2. Канальный. Обеспечивает безошибочную передачу блоков данных первый через уровень, который при передаче может искажать данные. Этот уровень должен определять начало и конец кадра в битовом потоке, формировать из данных, передаваемых физическим уровнем, кадры или последовательности кадров, включать процедуру проверки наличия ошибок и их исправления. Этот уровень (и только он) оперирует такими элементами, как битовые последовательности, методы кодирования, маркеры. Он несёт ответственность за правильную передачу данных (пакетов) на участках между непосредственно связанными элементами сети. Обеспечивает управление доступом к среде передачи.

Уровень 3. Сетевой. Этот уровень пользуется возможностями, предоставляемыми вторым уровнем, дляобеспечениясвязилюбыхдвухточекв сети. Этотуровеньосуществляетпроводку сообщений по сети, которая может иметь много линий связи, или по множеству совместно работающих сетей, что требует маршрутизации, т.е. определения пути, по которому следует пересылать данные. Маршрутизация производится на этом же уровне. Выполняет обработку адресов, а также мультиплексирование и демультиплексирование. Основной функцией программного обеспечения на этом уровне является выборка информации из источника, преобразование её в пакеты и правильная передача в точку назначения.

Уровень 4. Транспортный. Регламентирует пересылку данных между процессами, выполняемыми на компьютерах сети. Завершает организацию передачи данных: контролирует на сквозной основе поток данных, проходящий по маршруту, определённому третьим уровнем: правильность передачи блоков данных, правильность доставки в нужный пункт назначения, их комплектность, сохранность, порядок следования. Собирает информацию из блоков в её прежний вид. Или же оперирует с дейтаграммами, то есть ожидает отклика-подтверждения приёма из пункта назначения, проверяет правильность доставки и адресации, повторяет посылку дейтаграммы, если не пришёл отклик.

Уровень 5. Сеансовый. Координирует взаимодействие связывающихся процессов: устанавливает связь, взаимодействует, восстанавливает аварийно оконченные сеансы. Он координирует не компьютеры и устройства, а процессы в сети, поддерживает их взаимодействие. То есть управляет сеансами связи между процессами прикладного уровня. Этот же уровень ответственен за картографию сети. Фактически он преобразовывает адреса, удобные для людей, в реальные сетевые адреса, например, в Internet это соответствует преобразованиюрегиональных(доменных) компьютерныхимёнвчисловыеадресаглобальной, и наоборот.

Уровень 6. Представления данных. Этот уровень имеет дело с синтаксисом и семантикой передаваемой информации. Здесь устанавливается взаимопонимание двух сообщающихся компьютеров относительно того, как они представляют и понимают по получении

передаваемую информацию. На данном этапе решаются такие задачи, как перекодировка текстовой информации и изображений, сжатие и распаковка, поддержка сетевых файловых систем (NFS), абстрактных структур данных.

Уровень 7. Прикладной. Обеспечивает интерфейс между пользователем и сетью, делает доступными для человека всевозможные услуги. На этом уровне реализуется, по крайней мере, пять прикладных служб: передача файлов, удалённый терминальный доступ, электронная передача сообщений, справочная служба и управление сетью. В конкретной реализации определяется пользователем согласно его необходимости и требованиям.

Протоколы связи позволяют структуре на одном хосте взаимодействовать с соответствующей структурой того же уровня на другом хосте.

На каждом уровне два объекта обмениваются блоками данных с помощью протокола данного уровня на соответствующих устройствах. Каждый блок данных содержит блок служебных данных, связанный с верхним или нижним протоколом.

4. Стек протоколов TCP/IP.

Стек протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol, протокол управления передачей/протокол интернета) — сетевая модель, описывающая процесс передачи цифровых данных. Она названа по двум главным протоколам, по этой модели построена глобальная сеть интернет.

Канальный уровень (link layer)

Предназначение канального уровня — дать описание тому, как происходит обмен информацией на уровне сетевых устройств, определить, как информация будет передаваться от одного устройства к другому. Информация здесь кодируется, делится на пакеты и отправляется по нужному каналу, т.е. среде передачи.

Этот уровень также вычисляет максимальное расстояние, на которое пакеты возможно передать, частоту сигнала, задержку ответа и т.д. Все это — физические свойства среды передачи информации. На канальном уровне самым распространенным протоколом является Ethernet, который мы рассмотрим в конце статьи.

Межсетевой уровень (internet layer)

Глобальная сеть интернет состоит из множества локальных сетей, взаимодействующих между собой. Межсетевой уровень используется, чтобы описать обеспечение такого взаимодействия.

Межсетевое взаимодействие — это основной принцип построения интернета. Локальные сети по всему миру объединены в глобальную, а передачу данных между этими сетями осуществляют магистральные и пограничные маршрутизаторы.

Именно на межсетевом уровне функционирует протокол IP, позволивший объединить разные сети в глобальную. Как и протокол TCP, он дал название модели, рассматриваемой в статье.

Транспортный уровень (transport layer)

Постоянные резиденты транспортного уровня — протоколы TCP и UDP, они занимаются доставкой информации.

TCP (протокол управления передачей) — надежный, он обеспечивает передачу информации, проверяя дошла ли она, насколько полным является объем полученной информации и т.д. TCP дает возможность двум конечным устройствам производить обмен пакетами через предварительно установленное соединение. Он предоставляет услугу для приложений, повторно запрашивает потерянную информацию, устраняет дублирующие

пакеты, регулируя загруженность сети. TCP гарантирует получение и сборку информации у адресата в правильном порядке.

UDP (протокол пользовательских датаграмм) — ненадежный, он занимается передачей автономных датаграмм. UDP не гарантирует, что всех датаграммы дойдут до получателя. Датаграммы уже содержат всю необходимую информацию, чтобы дойти до получателя, но они все равно могут быть потеряны или доставлены в порядке отличном от порядка при отправлении.

UDP обычно не используется, если требуется надежная передача информации. Использовать UDP имеет смысл там, где потеря части информации не будет критичной для приложения, например, ввидеоиграхилипотоковойпередачевидео. UDP необходим, когда делать повторный запрос сложно или неоправданно по каким-то причинам.

Протоколы транспортного уровня не интерпретируют информацию, полученную с верхнего или нижних уровней, они служат только как канал передачи, но есть исключения. RSVP (Resource Reservation Protocol, протокол резервирования сетевых ресурсов) может использоваться, например, роутерами или сетевыми экранами в целях анализа трафика и принятия решений о его передаче или отклонении в зависимости от содержимого.

Прикладной уровень (application layer)

В модели TCP/IP отсутствуют дополнительные промежуточные уровни (представления и сеансовый) в отличие от OSI. Функции форматирования и представления данных делегированы библиотекам и программным интерфейсам приложений (API) — своего рода базамзнаний, содержащимсведенияотом, какприложениявзаимодействуютмеждусобой. Когда службы или приложения обращаются к библиотеке или API, те в ответ предоставляют набор действий, необходимых для выполнения задачи и полную инструкцию, каким образом эти действия нужно выполнять.

Протоколы прикладного уровня действуют для большинства приложений, они предоставляют услуги пользователю или обмениваются данными с «коллегами» с нижних уровней по уже установленным соединениям. Здесь для большинства приложений созданы свои протоколы. Например, браузеры используют HTTP для передачи гипертекста по сети, почтовые клиенты — SMTP для передачи почты, FTP-клиенты — протокол FTP для передачи файлов, службы DHCP — протокол назначения IP-адресов DHCP и так далее.

Протокол IP (Internet Protocol) используется маршрутизатором, чтобы определить, к какой подсети принадлежит получатель. Свой уникальный IP-адрес есть у каждого сетевого устройства, при этом в глобальной сети не может существовать два устройства с одинаковым IP. Протокол имеет две действующие версии, IPv4 и IPv6.

В протоколе IPv4 каждому узлу сети ставится в соответствие IP-адрес длиной 4 октета (4 байта). При этом компьютеры в подсетях объединяются общими начальными битами адреса. Количество этих бит, общее для данной подсети, называется маской подсети IPv6 позволяет адресовать значительно большее количество узлов, чем IPv4. Адресное пространство IPv6 составляет 2128. Такое большое адресное пространство было введено ради иерархичности адресов (это упрощает маршрутизацию). Тем не менее, увеличенное пространство адресов сделает NAT необязательным. Классическое применение IPv6 (по сети /64 на абонента; используется только unicast-адресация) обеспечит возможность использования более 300 млн IP-адресов на каждого жителя Земли. Эта версия отличается повышенной разрядностью адреса, встроенной возможностью шифрования и некоторыми другими особенностями.

Маска подсети помогает маршрутизатору понять, как и куда передавать пакет. Подсетью может являться любая сеть со своими протоколами. Маршрутизатор передает пакет напрямую, если получатель находится в той же подсети, что и отправитель. Если же подсети получателя и отправителя различаются, пакет передается на второй маршрутизатор, со второго на третий и далее по цепочке, пока не достигнет получателя.