Ответы к экзамену гпт
.docВОПРОСЫ АКС
Оглавление
Общие понятия компьютерных сетей.
Компьютерная сеть — это система взаимосвязанных вычислительных устройств, которая позволяет различным устройствам обмениваться данными и ресурсами. Эти сети могут быть реализованы с использованием различного оборудования и программного обеспечения и могут иметь различные масштабы — от небольших домашних сетей до глобальных сетей типа Интернета.
К основным концепциям и элементам компьютерных сетей относятся:
1. Сетевые узлы (Nodes): Компьютеры, принтеры, сетевые хранилища и другие устройства, подключенные к сети.
2. Среда передачи данных (Transmission Medium): Кабельное (такое как витая пара, коаксиальный кабель, оптоволокно) или беспроводное (Wi-Fi, инфракрасное, сотовое) соединение, по которому передаются данные.
3. Сетевые интерфейсы (Network Interfaces): Устройства или программное обеспечение, которое позволяет узлам сети подключаться и обмениваться информацией (сетевые карты, модемы и т. д.).
4. Протоколы (Protocols): Набор правил и стандартов, определяющих как данные передаются, получаются и интерпретируются (например, TCP/IP, HTTP, FTP).
5. Топология сети (Network Topology): Физическая или логическая структура сети, описывающая как сетевые узлы соединены между собой (звезда, шина, кольцо, смешанная и другие).
6. Интернет-протоколы (Internet Protocols): Набор протоколов, позволяющих различным сетям работать вместе, создавая глобальную сеть (Интернет). Самым известным из них являются протоколы IP для адресации и маршрутизации, TCP для контроля передачи и HTTP для взаимодействия веб-сервисов.
7. Средства для обеспечения безопасности (Security Tools): Программное и аппаратное обеспечение, обеспечивающее защиту данных в сети (брандмауэры, антивирусы, шифрование).
8. Клиент-серверная модель (Client-server model): Метод распределения функций между клиентами (устройствами на стороне пользователя, запрашивающими данные) и серверами (мощными компьютерами или системами, предоставляющими данные и ресурсы).
9. Масштабируемость (Scalability): Свойство сетей быть гибко расширяемыми без потери качества связи и функциональности.
10. Качество услуг (Quality of Service, QoS): Способность обеспечить приоритетность и гарантированный уровень обслуживания для определенных типов трафика.
Эти понятия формируют основу для понимания и управления компьютерными сетями, а их грамотное использование позволяет эффективно осуществлять обмен данными и интеграцию ресурсов в различных сетевых средах.
Аппаратное, информационное и программное обеспечение вычислительных сетей.
Аппаратное, информационное и программное обеспечение - это основные компоненты вычислительных сетей, каждый из которых играет свою роль в обеспечении надёжной и эффективной работы сети.
1. Аппаратное обеспечение (Hardware) – физические компоненты, которые составляют сетевую инфраструктуру. В эту категорию входят:
- Сетевые устройства: такие как роутеры (маршрутизаторы), коммутаторы (свитчи), хабы, мосты, трансиверы, модемы, беспроводные точки доступа.
- Серверное оборудование: сервера для хостинга веб-сайтов, приложений, баз данных и файлов.
- Конечные устройства: компьютеры, ноутбуки, смартфоны и любые другие устройства, подключаемые к сети.
- Кабельная инфраструктура: кабели витой пары, коаксиальные, оптоволоконные кабели и соединительная аппаратура.
- Аппаратные средства защиты сети: брандмауэры, системы бесперебойного питания, противоударные системы и другие.
2. Программное обеспечение (Software) – программы и операционные системы, которые управляют аппаратными средствами и сетевым взаимодействием.
- Системное ПО: операционные системы сетевых устройств (например, Cisco IOS, Juniper Junos).
- Службы и приложения: серверные программы (например, веб-серверы, почтовые серверы), антивирусы, системы мониторинга сети, средства для удалённого управления.
- Протоколы и службы сетевого уровня: такие как DHCP для динамического присвоения IP-адресов, DNS для разрешения доменных имен и т. д.
- Инструменты безопасности: программные брандмауэры, системы обнаружения вторжений, шифрование данных, VPN.
3. Информационное обеспечение (Information Resources) – данные и информационные ресурсы, доступ к которым обеспечивается сетью.
- Базы данных: собрание структурированных данных, которое может быть доступно пользователям сети.
- Файлы: документы, медиафайлы, программное обеспечение и другие виды файлов, которые размещаются и передаются через сеть.
- Информационные службы: веб-сайты, онлайн-сервисы, облачные хранилища данных и приложения.
Грамотная интеграция всех этих компонентов создаёт надёжную и функциональную вычислительную сетевую инфраструктуру, которая способствует повышению производительности и эффективности работы как отдельных пользователей, так и целых организаций.
Классификация компьютерных сетей.
Компьютерные сети можно классифицировать по нескольким критериям, таким как масштаб, дизайн, протоколы связи и их функциональное использование.
По масштабу:
1. Локальные сети (Local Area Network, LAN): Ограниченные одним зданием или кампусом, они обычно характеризуются высокой скоростью передачи данных и низкой задержкой.
2. Городские сети (Metropolitan Area Network, MAN): Обслуживают большую территорию, чем LAN, часто город или несколько соседних зданий, и используют технологии, аналогичные LAN.
3. Глобальные сети (Wide Area Network, WAN): Соединяют устройства, физически разделенные большими расстояниями, даже в разных странах и континентах, часто используя арендованные телекоммуникационные линии.
4. Персональные сети (Personal Area Network, PAN): Очень маленькая сеть для личного использования в пределах одного помещения или нескольких ближайших устройств, например, Bluetooth-связь между компьютером и смартфоном.
5. Кампусные сети (Campus Area Network, CAN): Больше LAN, но меньше WAN; сети предприятий, занимающие несколько близлежащих строений.
6. Сети хранения данных (Storage Area Network, SAN): Специализированные сети, предназначенные для подключения серверов к высокопроизводительным системам хранения данных.
По пространственному распределению:
1. Топология сети звезда: Все устройства подключаются к одному центральному устройству, которое управляет сетевым трафиком.
2. Топология сети шина: Все устройства подключаются к общей передающей среде (например, кабелю).
3. Топология сети кольцо: Каждое устройство подключено к двум другим, формируя замкнутый круг (или кольцо).
4. Топология сети смешанная: Комбинация двух или более разных топологий.
По используемому протоколу связи:
- Ethernet: Наиболее распространенный тип сетей LAN.
- Token Ring: Менее распространенный, использует кольцевую или звездочку-кольцо топологию.
- Wi-Fi: Беспроводные LAN сети.
- Cellular: Мобильные сети, такие как 3G, 4G и 5G.
По функциональному назначению:
- Сети передачи данных: Основное использование — передача данных между устройствами.
- Сети обработки данных: Объединяют ресурсы обработки данных, распространенные для кластерных вычислений.
- Сети хранения данных (SAN): Специализируются на подключении систем хранения данных.
Эти классификации не взаимоисключающие, и одна сеть может соответствовать нескольким классификациям одновременно. Например, корпоративная сеть может быть WAN (по масштабу), использовать Ethernet и Wi-Fi (по протоколам) и иметь звёздочную топологию.
Управление взаимодействием прикладных процессов.
Управление взаимодействием прикладных процессов в компьютерных сетях – это комплекс задач, направленных на координирование работы различных приложений, работающих на разных устройствах в сети. Оно включает в себя:
1. Взаимодействие между сетевыми приложениями (Inter-process communication, IPC): создание и использование механизмов передачи данных между процессами, которые могут выполняться на одном или на разных устройствах.
2. Синхронизация: координация действий множества приложений, отрабатывающих параллельно, для избежания конфликтов и "гонки" за ресурсы.
3. Управление сессиями: поддержка постоянного соединения между двумя приложениями во время обмена данными, что включает в себя установление сессии, управление её состоянием и корректное завершение.
4. Транзакционная обработка: гарантия целостности данных в случае совместного доступа к общим ресурсам и внесения изменений.
5. Обработка ошибок и исключений: проверка данных на наличие ошибок, обработка потери пакетов, переполнения буферов, неожиданных разрывов соединений, и так далее.
6. Контроль доступа: механизмы аутентификации и авторизации, обеспечение конфиденциальности и доступа к ресурсам и службам только для уполномоченных пользователей.
7. Шифрование: защита информации, передаваемой между приложениями, чтобы предотвратить ее перехват или модификацию посторонними.
8. Маршрутизация сообщений: определение путей передачи сообщения от источника к получателю через одну или несколько сетей, включая выбор наилучшего маршрута, балансировку нагрузки и переадресацию трафика в случае сбоев или перегрузок в сети.
9. Протоколы прикладного уровня: такие как HTTP, FTP, SMTP, которые обеспечивают стандартные процедуры и форматы для обмена данными между приложениями.
Корректно настроенное управление взаимодействием прикладных процессов обеспечивает эффективную и надежную работу сети, минимизирует возможные сбои, облегчает разработку сетевых приложений и повышает безопасность передаваемой информации.
Управление доступом к передающей среде.
Управление доступом к передающей среде (Media Access Control, MAC) – это способ регулирования того, как конечные устройства сети и узлы могут передавать данные по сетевым каналам связи, таким как витая пара, оптоволокно, беспроводные каналы и т.д. Это необходимо, чтобы избежать коллизий и обеспечить эффективную передачу данных в среде с множественным доступом. Вот некоторые из ключевых методов и протоколов MAC:
1. CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection): Используется в Ethernet сетях на основе кабельной передающей среды. Устройства "слушают" канал перед началом передачи и, если обнаруживают коллизию, прекращают передачу и пытаются повторить попытку спустя случайный промежуток времени.
2. CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance): Применяется в беспроводных сетях для уменьшения вероятности коллизий. Перед передачей данных устройства проверяют канал на занятость и используют механизмы отсрочки для предотвращения коллизий.
3. Token Ring: Сети с топологией "кольцо" используют специальный token (маркер), который передается по кольцу от одного устройства к другому. Только устройство, захватившее token, может отправлять данные.
4. Token Bus: Похож на Token Ring, но используется в сетях с топологией "шина". Маркер передается строго по очереди между устройствами, что определяется их физическим расположением на шине.
5. TDMA (Time Division Multiple Access): Разделяет доступ к среде по времени, выделяя каждому устройству фиксированный временной слот для передачи.
6. FDMA (Frequency Division Multiple Access): Разделяет частотную полосу на несколько непересекающихся частотных каналов и предоставляет каждому устройству один или несколько таких каналов для коммуникации.
7. CDMA (Code Division Multiple Access): Позволяет нескольким устройствам передавать данные одновременно на одной и той же частоте, используя уникальные коды для разделения передач.
Эти методы MAC обеспечивают эффективное использование передающей среды, защищают от столкновений данных и обеспечивают более справедливый доступ к сетевым ресурсам для всех устройств. Четко настроенное управление доступом к передающей среде является ключевым фактором эффективности и стабильности сети.
Методы кодирования информации при передаче в ЛВС
В локальных вычислительных сетях (ЛВС) применяются различные методы кодирования информации для передачи данных по сети. Кодирование информации помогает в обеспечении эффективности передачи данных и уменьшении ошибок, связанных с помехами и искажениями сигнала. Вот несколько распространенных методов кодирования:
1. NRZ (Non-Return to Zero): Простой метод, при котором значения 1 и 0 представлены двумя различными уровнями напряжения. Основная проблема NRZ – это синхронизация, так как отсутствие изменения состояния сигнала может вызвать проблемы с определением границ битов.
2. Manchester Encoding: Каждый бит данных кодируется наличием или отсутствием перехода напряжения в середине периода каждого бита. Это обеспечивает синхронизацию, так как каждый бит содержит переход, и это гарантирует, что данные могут быть точно восстановлены на приемной стороне.
3. Differential Manchester Encoding: Вариант кодирования Manchester, при котором направление перехода определяет битовое значение. Это делает код более устойчивым к помехам и позволяет легче восстанавливать исходные данные.
4. 4B/5B Encoding: Каждому 4-битному слову данных ставится в соответствие 5-битный код. Это позволяет внедрить дополнительную информацию для управления сетью и обеспечить наличие достаточного количества переходов в сигнале для синхронизации.
5. MLT-3 (Multi-Level Transmit 3): Использует три уровня напряжения (положительное, нулевое, отрицательное) и изменяет уровень напряжения на каждой следующей единице, что обеспечивает меньше изменений в сигнале по сравнению с NRZ и, следовательно, меньшее количество помех.
6. PAM5 (5-Level Pulse Amplitude Modulation): Метод, используемый в Gigabit Ethernet, который кодирует 2 бита информации с помощью пяти уровней амплитуды сигнала. Это позволяет более эффективно использовать пропускную способность канала.
7. 8b/10b Encoding: Каждые 8 бит данных кодируются в 10-битный символ, что обеспечивает балансировку потока электрических зарядов и устранение длинных последовательностей нулей и единиц, что улучшает синхронизацию и восприятие сигнала.
Эти и другие методы кодирования информации позволяют легче обнаруживать и исправлять ошибки на физическом уровне, обеспечивают достаточную однородность сигнала для поддержания синхронизации и позволяют эффективно использовать пропускную способность канала.
Коммутация в сетях. Коммутация цепей.
Коммутация в сетях – это процесс установления пути для передачи данных от источника к получателю. Существуют три основных типа коммутации: коммутация пакетов, коммутация сообщений и коммутация каналов (или цепей).
Коммутация цепей – это традиционный метод, используемый в телефонных сетях, где путь от отправителя к получателю устанавливается на время всего соединения, и эта цепь остается зафиксированной в течение всей сессии связи. Коммутация цепей обеспечивает непрерывное физическое соединение и посвящает определенный путь исключительно для этого соединения, независимо от того, передаются данные или нет.
Ключевые характеристики коммутации цепей:
1. Установление соединения: Перед началом передачи данных необходимо установить соединение, через которое будет проходить коммуникация.
2. Непрерывное соединение: Данные передаются по установленной цепи без задержек на коммутацию в процессе передачи.
3. Выделенные ресурсы: Для всего времени соединения выделяется отдельный набор ресурсов, которые не доступны для использования другими сессиями.
4. Разрыв соединения: По окончании передачи данных соединение разрывается, и ресурсы освобождаются для использования другими соединениями.
5. Гарантированная пропускная способность: Зафиксированная цепь обеспечивает постоянную, гарантированную пропускную способность для соединения.
6. Задержка установления соединения: Процесс установления соединения требует времени, что вносит начальную задержку перед началом передачи данных.
Этот метод идеально подходит для сервисов, требующих постоянного и гарантированного потока данных, таких как традиционные телефонные звонки или видеоконференции в реальном времени. Однако из-за необходимости постоянного выделения ресурсов, коммутация цепей может быть неэффективной при неравномерном или порывистом потоке данных, присущем большинству интернет-приложений. С развитием компьютерных сетей коммутация пакетов стала более популярной методикой, так как она более гибка и эффективна для цифровых данных.
Коммутация в сетях. Коммутация с промежуточным хранением. Коммутация сообщений.
Коммутация с промежуточным хранением и коммутация сообщений — это два термина, которые описывают разные аспекты процесса передачи данных в сетях, особенно в тех, что работают с коммутацией пакетов.
Коммутация с промежуточным хранением относится к процессу, при котором данные временно сохраняются на коммутационных узлах сети до тех пор, пока не будет возможно их дальнейшая передача. Это может происходить по нескольким причинам — из-за занятости канала, ожидания приоритетного трафика или из-за необходимости обработки данных. В сетях с коммутацией пакетов коммутаторы и маршрутизаторы используют очереди для управления пакетами, ожидающими отправки.
Коммутация с промежуточным хранением обеспечивает несколько преимуществ:
1. Гибкость: Способность сети адаптироваться к периодам высокой загрузки, временно сохраняя данные.
2. Устойчивость к ошибкам: Пакеты могут быть повторно переданы в случае ошибки.
3. Оптимизация пропускной способности: Данные могут быть буферизованы и переданы, когда сеть менее занята.
Коммутация сообщений — это метод, при котором вся передача данных рассматривается как единое целое (сообщение), вне зависимости от его размера. Сообщения сохраняются целиком на каждом коммутационном узле и передаются к следующему узлу, когда это возможно.
Основными характеристиками коммутации сообщений являются:
1. Целостная передача: Весь блок данных (сообщение) передается от одного узла к другому.
2. Промежуточное хранение: Сообщение может быть сохранено на коммутационном узле до тех пор, пока не освободится путь для его дальнейшей передачи.
3. Отсутствие фиксированного пути: Не требуется устанавливать заранее фиксированный путь от отправителя к получателю; путь может меняться в процессе передачи.
4. Подходит для ненадежных сетей: Так как данные не теряются при отказе одного из узлов, коммутация сообщений подходит для сетей с высоким риском сбоев.
Этот метод менее эффективен для больших объемов данных по сравнению с коммутацией пакетов, так как требует, чтобы весь объем данных был получен на коммутационном узле перед передачей следующему узлу, что может создавать задержки на сетевых узлах. Кроме того, он требует больших ресурсов по памяти для хранения сообщений целиком. В современных ЛВС коммутация сообщений используется редко и преимущественно в системах передачи сообщений и электронной почты.
Коммутация в сетях. Коммутация пакетов. Символьная коммутация.
Коммутация пакетов — это метод коммутации, используемый в компьютерных сетях, где трафик разделяется на маленькие части, называемые пакетами. Каждый пакет содержит часть данных, а также информацию для маршрутизации (такую как адрес назначения). Пакеты передаются через сеть от одного коммутационного узла (например, маршрутизатора) к другому, и каждый узел определяет оптимальный маршрут для каждого пакета независимо. Пакеты одного сообщения могут следовать разными путями к конечному пункту назначения, где они собираются в исходном порядке для восстановления оригинального сообщения.
Преимущества коммутации пакетов включают:
1. Эффективность использования пропускной способности: Поскольку каждый пакет может быть отправлен по самому свободному маршруту, это позволяет более эффективно использовать пропускную способность сети.
2. Гибкость и масштабируемость: Сети, использующие коммутацию пакетов, могут обрабатывать большое количество трафика и легко адаптироваться к изменяющимся условиям нагрузки.
3. Устойчивость к повреждениям: Если один из маршрутов становится недоступен, то пакеты автоматически перенаправляются через другие маршруты.
4. Минимизация задержек: Данные начинают отправляться, как только формируется первый пакет, не дожидаясь отправки всей передачи целиком.
Символьная коммутация (или коммутация знаков, character switching) — это менее распространенный и считающийся устаревшим метод, при котором данные коммутируются посимвольно. В системе символьной коммутации каждый символ или байт данных передается от коммутационного узла к узлу отдельно. Это аналогично коммутации сообщений или пакетов, но в еще более мелких частях. Символьная коммутация имела ограниченное применение и обычно использовалась в старых телетайпных и некоторых специализированных сетях. Современные сетевые технологии значительно опережают символьную коммутацию по скорости и эффективности.
В контексте коммутации пакетов современные сетевые протоколы обеспечивают намного более гибкое и масштабируемое взаимодействие по сравнению с символьной коммутацией, которая не соответствует темпам и объемам современных потребностей передачи данных.
Маршрутизация пакетов в сетях.
Маршрутизация пакетов в сетях – это процесс определения наилучшего пути для передачи пакетов данных от источника до назначения. Этот процесс осуществляется с помощью специализированных устройств называемых маршрутизаторами (роутерами), которые используют различные протоколы и алгоритмы для определения оптимального пути для каждого пакета данных.
Вот ключевые аспекты маршрутизации пакетов в сетях:
1. Таблицы маршрутизации: Маршрутизаторы поддерживают таблицы маршрутизации, которые содержат информацию о направлениях для передачи пакетов. Эти таблицы могут быть сконфигурированы вручную или автоматически заполнены с помощью протоколов динамической маршрутизации.
2. Протоколы маршрутизации: Существуют разные протоколы маршрутизации, включая RIP (Routing Information Protocol), OSPF (Open Shortest Path First), BGP (Border Gateway Protocol) и другие. Они используются для обмена информацией между маршрутизаторами и для обновления таблиц маршрутизации.
3. Алгоритмы маршрутизации: Маршрутизаторы используют алгоритмы, такие как Dijkstra или Bellman-Ford, для расчета кратчайшего или наиболее эффективного пути до пункта назначения.
4. Метрики маршрутизации: Для выбора пути маршрутизаторы используют метрики, такие как количество прыжков (hop count), задержка, пропускная способность, надежность и стоимость.
5. Адресация: Маршрутизация пакетов требует, чтобы каждое устройство в сети имело уникальный сетевой адрес, который используется для передачи данных.
6. Надежность и избыточность: Маршрутизация пакетов позволяет использовать несколько альтернативных маршрутов для передачи данных, что повышает надежность сети и снижает вероятность простоя из-за отказа одного из маршрутов.
7. Разделение пакетов и повторная сборка: Пакеты могут быть разделены на более мелкие фрагменты для передачи по сети и затем собраны в исходном порядке на стороне получателя.
8. Безопасность и политики маршрутизации: Маршрутизаторы могут использовать политики маршрутизации для управления трафиком и обеспечения безопасности сетевых данных, фильтруя пакеты и предотвращая несанкционированный доступ.
Эффективная маршрутизация является ключевым элементом для поддержания быстродействия, стабильности и масштабируемости сетевых инфраструктур. С развитием сетевых технологий маршрутизация продолжает эволюционировать, чтобы адаптироваться к увеличивающимся объемам данных и изменяющимся требованиям пользователей.
Методы маршрутизации.
Методы маршрутизации в сетях определяют, как маршрутизаторы выбирают путь для передачи пакетов от отправителя к получателю. Существует несколько методов маршрутизации, каждый из которых имеет свои особенности и область применения. Вот основные из них:
1. Статическая маршрутизация: Пути для доставки пакетов настраиваются вручную. Статическая маршрутизация не требует обмена информацией маршрутизации между роутерами, что делает метод относительно простым, но неэффективным для больших, динамически изменяющихся сетей.
2. Динамическая маршрутизация: Пути выбираются автоматически с использованием протоколов маршрутизации. Протоколы маршрутизации могут быть протоколами вектора расстояния, такими как RIP (Routing Information Protocol), или протоколами состояния канала, такими как OSPF (Open Shortest Path First) и IS-IS (Intermediate System to Intermediate System).
- Вектор расстояния: Определяют направление и расстояние до пунктов назначения. Примеры включают RIP и BGP (Border Gateway Protocol).
- Состояние канала: Реконструируют точную топологию сети, позволяя вычислить наилучший маршрут с использованием алгоритма кратчайшего пути, например алгоритма Дейкстры. Примеры включают OSPF и IS-IS.
3. Адаптивная маршрутизация: Маршрутизаторы адаптируются к изменениям в сети, таким как перегрузка трафика или выход из строя устройств, и могут изменять маршруты в реальном времени.
4. Гибридная маршрутизация: Комбинирует элементы статической и динамической маршрутизации, используя статически конфигурируемые пути для известных сетей и динамическую маршрутизацию для остальных маршрутов.
5. Иерархическая маршрутизация: Использует несколько уровней маршрутизаторов для упрощения управления трафиком и уменьшения размеров таблиц маршрутизации, что важно для масштабирования крупных сетей.
6. Политико-основанная маршрутизация (PBR): Использует определенные правила или политики для принятия решений о маршрутизации, что позволяет управлять трафиком более гибко, чем просто выбор наилучшего пути на основе стандартных метрик.
7. Мультипротокольная маршрутизация: Включает использование нескольких разных протоколов маршрутизации внутри одной и той же сети для удовлетворения различных требований подсетей или сегментов.
Выбор метода маршрутизации зависит от размера сети, требований к производительности, стабильности сети, удобства управления и других факторов. В современных сетях часто используется комбинация различных методов для достижения оптимальной производительности и гибкости.
Сети и технологии ISDN. Службы ISDN.
ISDN (Integrated Services Digital Network — Цифровая сеть интегрированных услуг) — это международный стандарт телефонной связи, который позволяет одновременную передачу голоса, видео и данных через обычные телефонные линии медной пары. ISDN предоставляет цифровое соединение от пользователя до телефонной компании, предлагая более высокую скорость и лучшее качество связи по сравнению с традиционными аналоговыми телефонными системами.