Шпора ИС_готовая

1

Топологии информационных сетей

Шинная топология

Сети с шинной топологией используют линейный моноканал (коаксиальный кабель) передачи данных, на концах которого устанавливаются оконечные сопротивления (терминаторы). Каждый компьютер подключается к коаксиальному кабелю с помощью Т-разъема (Т - коннектор). Данные от передающего узла сети передаются по шине в обе стороны, отражаясь от оконечных терминаторов. Терминаторы предотвращают отражение сигналов, т.е. используются для гашения сигналов, которые достигают концов канала передачи данных. Таким образом, информация поступает на все узлы, но принимается только тем узлом, которому она предназначается. В топологии логическая шина среда передачи данных используются совместно и одновременно всеми ПК сети, а сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления по среде передачи. Так как передача сигналов в топологии физическая шина является широковещательной, т.е. сигналы распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.

Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой Ethernet (классы 10Base-5 и 10Base-2 для толстого и тонкого коаксиального кабеля соответственно).  Преимущества сетей шинной топологии:

 отказ одного из узлов не влияет на работу сети в целом;

 сеть легко настраивать и конфигурировать;

 сеть устойчива к неисправностям отдельных узлов.  Недостатки сетей шинной топологии:

 разрыв кабеля может повлиять на работу всей сети;

 ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций;

 трудно определить дефекты соединений 

Топология типа “звезда”

В сети построенной по топологии типа “звезда” каждая рабочая станция подсоединяется кабелем (витой парой) к концентратору или хабу (hub). Концентратор обеспечивает параллельное соединение ПК и, таким образом, все компьютеры, подключенные к сети, могут общаться друг с другом. 

Данные от передающей станции сети передаются через хаб по всем линиям связи всем ПК. Информация поступает на все рабочие станции, но принимается только теми станциями, которым она предназначается. Так как передача сигналов в топологии физическая звезда является широковещательной, т.е. сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной. Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой 10Base-T Ethernet.

Преимущества сетей топологии звезда:

 легко подключить новый ПК;

 имеется возможность централизованного управления;

 сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам соединения отдельных ПК.  Недостатки сетей топологии звезда:

 отказ хаба влияет на работу всей сети;

 большой расход кабеля;

Топология “кольцо”

В сети с топологией кольцо все узлы соединены каналами связи в неразрывное кольцо (необязательно окружность), по которому передаются данные. Выход одного ПК соединяется со входом другого ПК. Начав движение из одной точки, данные, в конечном счете, попадают на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же направлении.

Принимающая рабочая станция распознает и получает только адресованное ей сообщение. В сети с топологией типа физическое кольцо используется маркерный доступ, который предоставляет станции право на использование кольца в определенном порядке. Логическая топология данной сети - логическое кольцо. Данную сеть очень легко создавать и настраивать. К основному недостатку сетей топологии кольцо является то, что повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности всей сети. Как правило,  в чистом виде топология “кольцо” не применяется из-за своей ненадёжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой топологии.

Полносвязная топология — топология компьютерной сети, в которой каждая рабочая станция подключена ко всем остальным. Этот вариант является громоздким и неэффективным, несмотря на свою логическую простоту. Для каждой пары должна быть выделена независимая линия, каждый компьютер должен иметь столько коммуникационных портов сколько компьютеров в сети. По этим причинам сеть может иметь только сравнительно небольшие конечные размеры. Чаще всего эта топология используется в многомашинных комплексах или глобальных сетях при малом количестве рабочих станций.

Сотовая топология - физическая топология сети, использующая беспроводные соединения, в которой сетевые устройства объединяются в зоны (ячейки; cells) и взаимодействуют только с приемо-передающим устройством ячейки. Между ячейками передача информации осуществляется приемо-передающими устройствами. 

2

Каналы связи в информационных сетях

1. Каналы связи в информационных сетях

Проводные линии связи

Проводные (воздушные) линии связи используются для передачи телефонных и телеграфных сигналом, а также для передачи компьютерных данных. Эти линии связи применяются в качестве магистральных линий связи. К недостаткам этих линий относятся помехозащищенность и возможность простого несанкционированного подключения к сети.

Кабельные каналы связи

Кабельные линии связи имеют довольно сложную структуру. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции. В компьютерных сетях используются три типа кабелей.  Витая пара (twisted pair) — кабель связи, который представляет собой витую пару медных проводов (или несколько пар проводов), заключенных в экранированную оболочку. Пары проводов скручиваются между собой с целью уменьшения наводок. Витая пара является достаточно помехоустойчивой. Существует два типа этого кабеля: неэкранированная витая пара  UTP и экранированная витая пара STP. Данный кабель является самым дешевым и распространенным видом связи. Кабель используется для передачи данных на скорости 10 Мбит/с и 100 Мбит/с.

Коаксиальный кабель (coaxial cable) - это кабель с центральным медным проводом, который окружен слоем изолирующего материала для того, чтобы отделить центральный проводник от внешнего проводящего экрана (медной оплетки или слой алюминиевой фольги). Внешний проводящий экран кабеля покрывается изоляцией. Существует два типа коаксиального кабеля: тонкий коаксиальный кабель диаметром 5 мм и толстый коаксиальный кабель диаметром 10 мм. Пропускная способность – 50-100 Мбит/с.

Кабельные оптоволоконные каналы связи. Оптоволоконный кабель (fiber optic) – это оптическое волокно на кремниевой или пластмассовой основе, заключенное в материал с низким коэффициентом преломления света, который закрыт внешней оболочкой. Оптическое волокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон.  Скорость передачи данных 3Гбит/c. 

Беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи) каналы связи

Радиоканалы наземной (радиорелейной и сотовой) и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн и относятся к технологии беспроводной передачи данных.  Радиорелейные каналы связи. Радиорелейные каналы связи состоят из последовательности станций, являющихся ретрансляторами. Связь осуществляется в пределах прямой видимости, дальности между соседними станциями - до 50 км. Цифровые радиорелейные линии связи (ЦРРС) применяются в качестве региональных и местных систем связи и передачи данных, а также для связи между базовыми станциями сотовой связи.  Спутниковые каналы связи.  В спутниковых системах используются антенны СВЧ-диапазона частот для приема радиосигналов от наземных станций и ретрансляции этих сигналов обратно на наземные станции. В спутниковых сетях используются три основных типа спутников, которые находятся на геостационарных орбитах, средних или низких орбитах. Спутники запускаются, как правило, группами. Разнесенные друг от друга они могут обеспечить охват почти всей поверхности Земли. Работа спутникового канала передачи данных представлена на рисунке

Сотовые каналы связи. Радиоканалы сотовой связи строятся по тем же принципам, что и сотовые телефонные сети. Сотовая связь - это беспроводная телекоммуникационная система, состоящая из сети наземных базовых приемо-передающих станций и сотового коммутатора (или центра коммутации мобильной связи).

3

Состав и характеристики линий связи

2. Состав и характеристики линий связи

Линия связи (рис. 2.1) состоит в общем случае из физической среды, по которой передаются электрические информационные сигналы, аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры. Синонимом термина линия связи (line) является термин канал связи (channel).

Рис. 2.1. Состав линии связи

Физическая среда передачи данных (medium) может представлять собой кабель, то есть набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые распространяются электромагнитные волны.

К основным характеристикам линий связи относятся:

• амплитудно-частотная характеристика;

• полоса пропускания;

• затухание;

• помехоустойчивость;

• перекрестные наводки на ближнем конце линии;

• пропускная способность;

• достоверность передачи данных;

• удельная стоимость.

В первую очередь разработчика вычислительной сети интересуют пропускная способность и достоверность передачи данных, поскольку эти характеристики прямо влияют на производительность и надежность создаваемой сети. Пропускная способность и достоверность - это характеристики как линии связи, так и способа передачи данных. Поэтому если способ передачи (протокол) уже определен, то известны и эти характеристики. Например, пропускная способность цифровой линии всегда известна, так как на ней определен протокол физического уровня, который задает битовую скорость передачи данных - 64 Кбит/с, 2 Мбит/с и т. п.

Однако нельзя говорить о пропускной способности линии связи, до того как для нее определен протокол физического уровня. Именно в таких случаях, когда только предстоит определить, какой из множества существующих протоколов можно использовать на данной линии, очень важными являются остальные характеристики линии, такие как полоса пропускания, перекрестные наводки, помехоустойчивость и другие характеристики.

Для определения характеристик линии связи часто используют анализ ее реакций на некоторые эталонные воздействия. Такой подход позволяет достаточно просто и однотипно определять характеристики линий связи любой природы, не прибегая к сложным теоретическим исследованиям. Чаще всего в качестве эталонных сигналов для исследования реакций линий связи используются синусоидальные сигналы различных частот. Это связано с тем, что сигналы этого типа часто встречаются в технике и с их помощью можно представить любую функцию времени - как непрерывный процесс колебаний звука, так и прямоугольные импульсы, генерируемые компьютером.

4

Физическая и логическая структуризация сети

№4 Физическая и логическая структуризация сети

Физическая структуризация. При проектировании сетей с большим количеством узлом учитывают ряд ограничений. Например, для для сетевой технологии Ethernet длина сегмента должна быть не более 185 метров и иметь ограниченное количество подключаемых узлов.

Простейшее из коммуникационных устройств - повторитель (repeater) - используется для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети. Повторитель передает сигналы, приходящие из одного сегмента сети, в другие ее сегменты. Повторитель позволяет преодолеть ограничения на длину линий связи за счет улучшения качества передаваемого сигнала - восстановления его мощности и амплитуды, улучшения фронтов и т. п.

Концентраторы характерны практически для всех базовых технологий локальных сетей - Ethernet, ArcNet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, l00VG-AnyLAN.

Нужно подчеркнуть, что в работе концентраторов любых технологий много общего - они повторяют сигналы, пришедшие с одного из своих портов, на других своих портах. Разница состоит в том, на каких именно портах повторяются входные сигналы. Так, концентратор Ethernet повторяет входные сигналы на всех своих портах, кроме того, с которого сигналы поступают. А концентратор Token Ring повторяет входные сигналы, поступающие с некоторого порта, только на одном порту - на том, к которому подключен следующий в кольце компьютер.

Напомним, что под физической топологией понимается конфигурация связей, образованных отдельными частями кабеля, а под логической - конфигурация информационных потоков между компьютерами сети.

Логическая структуризация – разбиение сети на сегменты с локализованным траффиком, что служит для повышения производительности сети.

Для логической структуризации сети используются такие коммуникационные устройства, как мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.

Мост (bridge) делит разделяемую среду передачи сети на части (часто называемые логическими сегментами), передавая информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача действительно необходима, то есть если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети. Тем самым мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных в сети. Локализация трафика не только экономит пропускную способность, но и уменьшает возможность несанкционированного доступа к данным, так как кадры не выходят за пределы своего сегмента и их сложнее перехватить злоумышленнику.

Коммутатор (switch, switching hub) по принципу обработки кадров ничем не отличается от моста. Основное его отличие от моста состоит в том, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором, так как каждый его порт оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок. Можно сказать, что коммутаторы - это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме

Кроме перечисленных устройств отдельные части сети может соединять шлюз (gateway). Обычно основной причиной, по которой в сети используют шлюз, является необходимость объединить сети с разными типами системного и прикладного программного обеспечения, а не желание локализовать трафик. Тем не менее шлюз обеспечивает и локализацию трафика в качестве некоторого побочного эффекта.

5

Оборудование, применяемое для логической структуризации сетей

Мосты (bridge) — регулируют тра­фик (передачу данных) между сетями, использующими одинаковые протоколы передачи данных на сетевом и выше уровнях, выполняя фильтрацию информаци­онных пакетов в соответствии с адресами получателей. Мост может соединять сети разных топологий, но работающие под управлением однотипных сетевых опера­ционных систем. 

Коммутатор (switch) по принципу обработки кадров от моста практически ничем не отличается. Единственное его отличие состоит в том, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором, так как каждый его порт оснащен специализированной микросхемой, которая обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от микросхем других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок. Можно сказать, что коммутаторы — это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме.

Маршрутизаторы (router) — обеспечивают соединение логически не связанных се­тей; они анали­зируют сообщение, определяют его дальнейший наилучший путь, выполняют его некоторое протокольное преобразование для согласования и передачи в другую сеть, создают нужный логический канал и передают сообщение по назначению. Маршру­тизаторы обеспечивают достаточно сложный уровень сервиса: они могут, например, соединять сети с разными методами доступа; могут перераспределять нагрузки в ли­ниях связи, направляя сообщения в обход наиболее загруженных линий и т. д.

Шлюзы (gateway) — устройства, позволяющие объединить вычислительные сети, использующие различные протоколы OSI на всех ее уровнях; они выполняют про­токольное преобразование для всех семи уровней управления модели OSI. Кроме функций маршрутизаторов они выполняют еще и преобразование формата инфор­мационных пакетов и их перекодирование, что особенно важно при объединении неоднородных сетей. Мосты, маршрутизаторы и шлюзы в локальной вычислительной сети — это, как правило, выделенные компьютеры со специальным программным обеспечением и дополнительной связной аппаратурой.

6

Методы доступа к среде передачи данных

В локальных сетях, использующих разделяемую среду передачи данных (например, локальные сети с топологией шина и физическая звезда), актуальным является доступ рабочих станций к этой среде, так как если два ПК начинают одновременно передавать данные, то в сети происходит столкновение.  Для того чтобы избежать этих столкновений необходим специальный механизм, способный решить эту проблему. Шинный арбитраж - это механизм призванный решить проблему столкновений. Он устанавливает правила, по которым рабочие станции определяют, когда среда свободна, и можно передавать данные.  Существуют два метода шинного арбитража в локальных сетях:

 обнаружение столкновений

 передача маркера

Обнаружение столкновений Когда в локальных сетях работает метод обнаружения столкновений, компьютер сначала слушает, а потом передает. Если компьютер слышит, что передачу ведет кто-то другой, он должен подождать окончания передачи данных и затем предпринять повторную попытку.  В этой ситуации (два компьютера, передающие в одно и то же время) система обнаружения столкновений требует, чтобы передающий компьютер продолжал прослушивать канал и, обнаружив на нем чужие данные, прекращал передачу, пытаясь возобновить ее через небольшой (случайный) промежуток времени.  Прослушивание канала до передачи называется “прослушивание несущей” (carrier sense), а прослушивание во время передачи — обнаружение столкновений (collision detection). Компьютер, поступающий таким образом, использует метод, называющийся “обнаружение столкновений с прослушиванием несущей”, сокращенно CSCD.

Передача маркера в локальных сетях

Системы с передачей маркера работают иначе. Для того чтобы передать данные, компьютер сначала должен получить разрешение. Это значит, он должен “поймать” циркулирующий в сети пакет данных специального вида, называемый маркером. Маркер перемещается по замкнутому кругу, минуя поочередно каждый сетевой компьютер. Каждый раз, когда компьютер должен послать сообщение, он ловит и держит маркер у себя. Как только передача закончилась, он посылает новый маркер в путешествие дальше по сети. Такой подход дает гарантию, что любой компьютер рано или поздно получит право поймать и удерживать маркер до тех пор, пока его собственная передача не закончится. 

7

Базовые сетевые технологии

Сетевая технология – это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения локальной вычислительной сети. Сетевые технологии называют базовыми технологиями или сетевыми архитектурами локальных сетей. Сетевая технология или архитектура определяет топологию и метод доступа к среде передачи данных, кабельную систему или среду передачи данных, формат сетевых кадров тип кодирования сигналов, скорость передачи в локальной сети. В современных локальных вычислительных сетях широкое распространение получили такие технологии или сетевые архитектуры, как: Ethernet, Token-Ring, FDDI.

Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.3/Ethernet

В настоящее время эта сетевая технология наиболее популярна в мире. Популярность обеспечивается простыми, надежными и недорогими технологиями. В классической локальной сети Ethernet применяется стандартный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий). Однако  все большее распространение получила версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витые пары, так как монтаж и обслуживание их гораздо проще. В локальных сетях Ethernet применяются  топологии типа “шина” и типа “пассивная звезда”, а метод доступа CSMA/CD. В развитие сетевой технологии Ethernet созданы высокоскоростные варианты: IEEE802.3u/Fast Ethernet и IEEE802.3z/Gigabit Ethernet. Основная топология, которая используется в локальных сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, пассивная звезда. Локальные сети Fast Ethernet и Gigabit Ethernet совместимы с локальными сетями, выполненными по  технологии (стандарту) Ethernet, поэтому легко и просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в единую вычислительную сеть.

Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.5/Token-Ring

Сеть Token-Ring предполагает использование разделяемой среды передачи данных, которая образуется объединением всех узлов в кольцо. Сеть Token-Ring имеет звездно-кольцевую топологию (основная кольцевая и звездная дополнительная топология). Для доступа к среде передачи данных используется маркерный метод (детерминированный маркерный метод). Стандарт поддерживает витую пару (экранированную и неэкранированную) и оптоволоконный кабель. Максимальное число узлов на кольце - 260, максимальная длина кольца - 4000 м. Скорость передачи данных до 16 Мбит/с. 

Сетевые технологии локальных сети FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

FDDI– стандартизованная спецификация для сетевой архитектуры высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи – 100 Мбит/с. Эта технология во многом базируется на архитектуре Token-Ring и используется детерминированный маркерный доступ к среде передачи данных. Максимальная протяженность кольца сети – 100 км. Максимальное количество абонентов сети – 500. Сеть FDDI - это очень высоконадежная сеть, которая создается на основе двух оптоволоконных колец, образующих основной и резервный пути передачи данных между узлами. 

8

Модель взаимодействия открытых систем

Международной организацией по стандартизации (ISO) разработана система стандартных протоколов, получившая название модели взаимодействия открытых систем(OSI), часто называемая также эталонной семиуровневой логической моделью открытых систем.  Открытая система — система, доступная для взаимодействия с другими система­ми в соответствии с принятыми стандартами.  Эта система протоколов базируется на разделении всех процедур взаимодействия на отдельные мелкие уровни, для каждого из которых легче создать стандартные алгоритмы их по­строения.  Модель OSI представляет собой самые общие рекомендации для построения стан­дартов совместимых сетевых программных продуктов, она же служит базой для производителей при разработке совместимого сетевого оборудования. В настоящее время модель взаимодействия открытых систем является наиболее популярной сетевой архитектурной моделью.  В общем случае сеть должна иметь 7 функциональных уровней (табл. 1.1).

Таблица 1.1.  Уровни модели OSI

9

Физический и канальный уровни модели взаимодействия открытых систем

Физический уровень

Физический уровень (Physical layer) имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или цифровой территориальный канал. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию, например, крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме этого, здесь стандартизуются типы разъемов и назначение каждого контакта.

Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.

Примером протокола физического уровня может служить спецификация l0-Base-T технологии Ethernet, которая определяет в качестве используемого кабеля неэкранированную витую пару категории 3 с волновым сопротивлением 100 Ом, разъем RJ-45, максимальную длину физического сегмента 100 метров, манчестерский код для представления данных в кабеле, а также некоторые другие характеристики среды и электрических сигналов.

Канальный уровень

На физическом уровне просто пересылаются биты. При этом не учитывается, что в некоторых сетях, в которых линии связи используются (разделяются) попеременно несколькими парами взаимодействующих компьютеров, физическая среда передачи может быть занята. Поэтому одной из задач канального уровня (Data Link layer) является проверка доступности среды передачи. Другой задачей канального уровня является реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами (frames). Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, помещая специальную последовательность бит в начало и конец каждого кадра, для его выделения, а также вычисляет контрольную сумму, обрабатывая все байты кадра определенным способом и добавляя контрольную сумму к кадру. Когда кадр приходит по сети, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка. Канальный уровень может не только обнаруживать ошибки, но и исправлять их за счет повторной передачи поврежденных кадров. Необходимо отметить, что функция исправления ошибок не является обязательной для канального уровня, поэтому в некоторых протоколах этого уровня она отсутствует, например, в Ethernet и frame relay.

К таким типовым топологиям, поддерживаемым протоколами канального уровня локальных сетей, относятся общая шина, кольцо и звезда, а также структуры, полученные из них с помощью мостов и коммутаторов. Примерами протоколов канального уровня являются протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI, l00VG-AnyLAN.

В локальных сетях протоколы канального уровня используются компьютерами, мостами, коммутаторами и маршрутизаторами. В компьютерах функции канального уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и их драйверов.

10

Сетевой и транспортный уровни модели взаимодействия открытых систем

Сетевой уровень

Сетевой уровень (Network layer) служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать совершенно различные принципы передачи сообщений между конечными узлами и обладать произвольной структурой связей.

Протоколы канального уровня локальных сетей обеспечивают доставку данных между любыми узлами только в сети с соответствующей типовой топологией, например топологией иерархической звезды. Это очень жесткое ограничение, которое не позволяет строить сети с развитой структурой, например, сети, объединяющие несколько сетей предприятия в единую сеть, или высоконадежные сети, в которых существуют избыточные связи между узлами.

Примерами протоколов сетевого уровня являются протокол межсетевого взаимодействия IP стека TCP/IP и протокол межсетевого обмена пакетами IPX стека Novell.

Транспортный уровень

Транспортный уровень (Transport layer) обеспечивает приложениям или верхним уровням стека - прикладному и сеансовому - передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется.

Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными средствами конечных узлов сети - компонентами их сетевых операционных систем. В качестве примера транспортных протоколов можно привести протоколы TCP и UDP стека TCP/IP и протокол SPX стека Novell.

Протоколы нижних четырех уровней обобщенно называют сетевым транспортом или транспортной подсистемой, так как они полностью решают задачу транспортировки сообщений с заданным уровнем качества в составных сетях с произвольной топологией и различными технологиями. Остальные три верхних уровня решают задачи предоставления прикладных сервисов на основании имеющейся транспортной подсистемы.

11

Сеансовый, представительный и прикладной уровни модели ВОС

Сеансовый уровень

Сеансовый уровень (Session layer) обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, а не начинать все с начала. На практике немногие приложения используют сеансовый уровень, и он редко реализуется в виде отдельных протоколов, хотя функции этого уровня часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.

Представительный уровень

Представительный уровень (Presentation layer) имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. За счет уровня представления информация, передаваемая прикладным уровнем одной системы, всегда понятна прикладному уровню другой системы. С помощью средств данного уровня протоколы прикладных уровней могут преодолеть синтаксические различия в представлении данных или же различия в кодах символов, например кодов ASCII и EBCDIC. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных служб. Примером такого протокола является протокол Secure Socket Layer (SSL), который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.

Прикладной уровень

Прикладной уровень (Application layer) - это в действительности просто набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением (message).

Существует очень большое разнообразие служб прикладного уровня. Приведем в качестве примера хотя бы несколько наиболее распространенных реализации файловых служб: NCP в операционной системе Novell NetWare, SMB в Microsoft Windows NT, NFS, FTP и TFTP, входящие в стек TCP/IP.

12

Стеки коммуникационных протоколов

Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей является стандартизация коммуникационных протоколов. В настоящее время в сетях используется большое количество стеков коммуникационных протоколов. Наиболее популярными являются стеки: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, DECnet, SNA и OSI. Все эти стеки, кроме SNA на нижних уровнях - физическом и канальном, - используют одни и те же хорошо стандартизованные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и некоторые другие, которые позволяют использовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим собственным протоколам. Эти протоколы часто не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. В частности, функции сеансового и представительного уровня, как правило, объединены с прикладным уровнем. Такое несоответствие связано с тем, что модель OSI появилась как результат обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не наоборот.

13

Классификация методов коммутации информации

Коммутация каналов  Между пунктами отправления и назначения устанавливается непосредственное физическое соединение путем формирования составного канала из последовательно соединенных отдельных участков каналов связи. Такой сквозной физический составной канал организуется в начале сеанса связи, поддерживается в течение всего сеанса и разрывается после окончания передачи.  Недостатки:

большое время создания канала

снижение общей пропускной способности сети

 физический канал часто бывает недогружен.

Применяется этот метод коммутации чаще всего при дуплексной передаче аудиоинформации (обычная телефонная связь — типичный пример коммутации каналов).  Коммутация сообщений  Данные передаются в виде дискретных порций разной длины (сообщений), причем между источником и адресатом сквозной физический канал не устанавливается и ресурсы коммуникационной системы предварительно не распределяются. Отправитель лишь указывает адрес получателя. Узлы коммутации анализируют адрес и текущую занятость каналов и передают сообщение по свободному в данный момент каналу на ближайший узел сети в сторону получателя. Применяется этот вид коммутации в электронной почте, телеконференциях, электронных новостях и т. п.

Коммутация пакетов  В современных системах для повышения оперативности, надежности передачи и уменьшения емкости запоминающих устройств узлов коммутации длинные сообщения разделяются на несколько более коротких стандартной длины, называемых пакетами (иногда очень короткие сообщения, наоборот, объединяются вместе в пакет). Стандартность размера пакетов обусловливает соответствующую стандартную разрядность оборудования узлов связи и максимальную эффективность его использования. Пакеты могут следовать к получателю даже разными путями и непосредственно перед выдачей абоненту объединяются (разделяются) для формирования законченных сообщений. Этот вид коммутации обеспечивает наибольшую пропускную способность сети и наименьшую задержку при передаче данных. Недостатком коммутации пакетов является трудность его использования для систем, работающих в интерактивном режиме и в реальном масштабе времени.

14

Коммутация каналов на основе частотного мультиплексирования

(Frequency-division multiplexing) канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков. Такой составной канал устанавливается до передачи данных.

Каждый канал и каждый коммутатор должны обеспечивать высокую скорость и мультиплексирование (из многих в один). Поскольку настоящее время используется два метода мультиплексирования – частотный и с разделением во времени, то рассмотрим соответственные методы коммутации каналов.

Коммутация каналов на основе частотного мультиплексирования (FDM).

В телефонии устанавливается диапазон передаваемых частот от 300 Гц до 3000 Гц. Во взаимодействии 2-х абонентов нужна полоса 3100 Гц. Частота реальных каналов достигает сотни кГц и мГц.

Для того, чтобы по такому широк-му каналу передать одновременно много сигналов и не смешивать их, используется аналоговая амплитудная модуляция высокочастотного несущего сигнала. (косинусоиды).

За счет выбора несущей частоты сигнал каждого абонентского канала переносится в собственный диапазон частот, при этом в 1-ом широкополосном канале можно одновременно передавать сигналы нескольких абонентских каналов, такой канал называется уплотненный.

15

Коммутация каналов на основе разделения времени

С цифровой телефонией 8000 отч/сек , ст. величина цифровой. Цикл составляет 125 микро/сек.

Всё аппаратура работает в режиме разделения времени работы.

Каждому выделяется 1 квант времени цикла

Выводы по общим:

Недостатки:

- Возможность отказа в соединении

- Не эффективность пульсирующего трафика

- Невозможность исп. fппаратуры работающей с разной скоростью

Достоинства:

- хорошо исп. cост. cкорости

- минимум служебной информации

16

Коммутация пакетов

Пульсирующий трафик – коэф. Пульсирующий, отн. Средней интенсивности 1 к 50, 1 к 100. Все Коммутация сообщений делятся на небольшие части. Каждый пакет передается по сети отдельно, зависимости от работы.

Дейтаграмный режим работы – каждый пакет, передаются как независимые блоки. Коммутаторы имеют буферную память для хранения пакетов. Такой способ позволяет сглаживать пульсацию трафика и повышать способность сети в целом.

Режим виртуальных каналов – до передачи данных, между 2-мя каналами. Для установки вирт. Канала передается пакет для установления соединения. Этот пакет проходит через коммутатры, тем самым прокладывая канал. Коммутаторы запоминают маршрут для данного соединения. В Вирт. Канале передача осуществляется быстрее. Менее надежный( если оборуд. На пути следования сломается, то связь выходит из троя). Затраченное время на прокл. Канала, может быть компенсировано быстрой передачей.

17

Коммутация сообщений

Коммутация сообщений передача единичного блока данных между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией каждого блока. Оно сохраняет свою целостность и более того транзитный узел. Сообщение может храниться долго.

Недостатки:

- необходимость записи на диск

Достоинства:

- Нет необходимости установки сквозного канала

- отсутствие потерь запросов на обслуживание

- возможность учёта приоритетов

- возможность сглаживания пиковых нагрузок, путём запоминания.

18

Цели и способы маршрутизации

Маршр-я решает проблему выбора оптимального маршрута передачи данных между двумя узлами составной сети.

Цели: - минимальная задержка пакетов, - максимальная пропускная способность, - максимальная защита от угроз безопасности, - минимальная стоимость доставки. Эффективность маршрутизации определяется: - временем доставки, - нагрузкой на сеть

Способы маршрутизации:

Централизованная – реализуется в сетях с централизованным управлением

Децентрализованная

Смешанная

Существует 2 больших класса маршрутизации: - Статическая (неадаптивная), - Динамическая (адаптивная).

Статическая делится на простую и фиксированную

19

Простая маршрутизация в информационных сетях. Ее разновидности

- не обеспечивает направленной передачи пакетов, низкая эффективность, но надежная и простая.

Разновидности:

1. Случайная – маршрут выбирается случайным образом, пакет блуждает по сети пока не найдет адресата.

2. Лавинная – данные отправляются по всем направлениям – обеспечивает минимальное время доставки, но сильно загружает сеть.

Маршрутизация по предыдущему опыту – адрес выбирается по таблице, которая строится по принципу моста.

20

Фиксированная маршрутизация

При выборе маршрута учитывается: изменение топологии сети, не учитывается изменение степени нагрузки. Направление передачи определяется по таблице маршрутов, которая определяет кратчайшие пути. Таблицы составляются в центре управления сетью. Применяется в сетях где неизменчивая топология,в незагруженных или где установившиеся потоки пакетов.

1 вид:однопутевая – назначается один путь от узла к узлу и по нему идет передача инф-ии (неустойчивая, при поломках выходит из строя сразу же, перегрузка одной линии)

2 вид: многопутевая – несколько путей, один из которых предпочтителен, а остальные резервные

21

Локальная адаптивная маршрутизация

используется информация имеющаяся в данном узле: таблица маршрутов, данные о состоянии выходных линий связи, длина очередей пакетов, ожидающих передачи, инф-я о состоянии других узлов не учитывается. +учитываются самые последние данные – близорукость и есть опасность передачи данных по загруженной линии

22

Распределенная адаптивная маршрутизация

используется информация локальной модификации и данные от соседних узлов. В каждом формируется таблица ко всем узлам назначения, где указан маршруты с минимальным временем задержки пакетов. Соседние узлы обмениваются такими таблицами – эта инф-я используется для коррекции расчетов и коррекции маршрутов. +учет состояния соседних узлов повышает эффективность – сеть загружена служебной информацией.

23

Централизованная адаптивная маршрутизация

Создаются серверы маршрутов, они собирают инф-ю с узлов, а затем раздают решения маршрутизаторам. Каждый узел периодически составляет сообщение о состоянии длины очередей и состоянии линии связи.

24

Гибридная адаптивная маршрутизация

используется информация длины очередей в узлах (локальная) и таблица маршрутов рассылаемых центром.

25

Алгоритмы адаптивной маршрутизации

Относится к распределенной адаптивной модификации. 1. Дистанционно-векторный(каждый маршрутизатор периодически рассылает по сети вектор, компонентами явл расстояние от маршрутизатора до всех известных ему сетей, время прохождения. Когда маршрутизатор получает такой вектор от соседнего. Он наращивает состояние до указанного в векторе сетей на расстояние от данного вектора до соседнего и добавляют инф-ю об известных ему сетях..Полученные новые значения вектора маршрутизатор рассылает по сети. Для небольших и незагруженных сетей.2. Алгоритм в состоянии связи проверяет соответствие связи.