14. Определение компьютерной сети. Обзор вычислительных сетей. Классификация компьютерных сетей. Сетевые топологии. Понятие сетевых протоколов.

Система связи компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрических сигналов, световых сигналов или электромагнитного излучения.

Элементы компьютерных систем:

• Компьютеры

• Коммуникационное оборудование

• Операционные системы

Задача совместимости всех элементов сети разработана Международным институтом стандартов ИСО.

Классификация компьютерных сетей по территориальной распространенности:

PAN- персональная сеть, предназначенная для взаимодействия различных устройств, принадлежащих одному владельцу. Примеры: блютус, ZigBee.

Особенности PAN: Малое число абонентов, небольшой радиус действия, до 30 метров, некритичность к наработке на отказ, все устройства входящие в Пан-сеть можно контролировать, отсутствие арбитража среды

•LAN (Local)-локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг.

•CAN (Campus)-объединяет локальные сети близко расположенных зданий.

•MAN (Metropolitan)-городские сети между учреждениями в пределах одного или нескольких городов, связывающие много локальных вычислительных сетей.

•WAN (Wide)-глобальна сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя локальные и прочие телекоммуникационные сети и устройства.

Крупнейшие ГКС:

•Internet •FidoNet (Международная любительская компьютерная сеть, построенная по технологии «из точки в точку»)

Классификация по типу функционального взаимодействия:

•Клиент-сервер•Смешанная сеть•Одноранговая сеть•Многоранговые сети

Клиент-сервер

• Вычислительная или сетевая архитектура, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг, называемыми клиентами.

• Многоуровневая архитектура клиент-сервер – разновидность архитектуры клиент-сервер, в которой функция обработки данных вынесена на один или несколько отдельных серверов.

• Неработоспособность сервера может сделать неработоспособной всю сеть.

• Необходимо затрачивать средства на содержания сервера (зарплата рабочим, оплата оборудования).

Однаранговая сеть – это оверлейная компьютерная сеть, основанная на равноправии участников.

Многоранговые сети – гибридные сети, в которых существуют серверы, используемые для координации работы, поиска, или предоставления информации о существующих машинах сети и их статусе.

По типу сетевой топологии (способ организации связей компьютеров между собой):

•Шина - общий кабель, к которому присоединены все рабочие станции.

•Кольцо•Звезда•Ячеистая•Решётка•Дерево

Плюсы и минусы шинной топологии

Достоинства:

•Небольшое время передачи•Дешевизна (меньше кабеля и сетевых устройств)•Простота настройки

•Выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети

Недостатки:

•Неполадки в сети, такие как обрыв кабеля и выход из строя терминатора, полностью блокирует работу всей сети•Сложная локализация неисправностей•С добавлением новых рабочих станций падает производительность сети.

Топология Кольцо

Кольцо – это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передает.

Достоинства и недостатки кольцевой топологии:

Достоинства:

•Простота установки•Практически полное отсутствие дополнительного оборудования•Возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивно загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий.

Недостатки:

•Выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки(обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети•Сложность конфигурирования настройки•Сложность поиска неисправностей•Необходимость иметь две сетевые платы, на каждой рабочей станции

Топология Двойное кольцо

- это топология, построенная на двух кольцах.

Первое кольцо – основной путь передачи данных.

Второе – резервный путь, дублирующий основной.

Топология Звезда

- Базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу, образу физический сегмент сети.

Достоинства и недостатки топологии звезда:

Достоинства:

•Выход из строя одной рабочей станции неотражается на работе всей сети в целом•Хорошая масштабируемость сети•Легкий поиск неисправностей и обрывов в сети•Высокая производительность при условии правильного проектирования•Гибкие возможности администрирования

Недостатки:

•Выход из строя центрального концентратора обернется неработоспособностью сети в целом

•Для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топология

•Конечное число рабочих станций в сети или сегменте сети ограничено количеством портов в центральном концентраторе

Ячеистая топология

- Базовая полносвязная топология компьютерной сети, в которой каждая рабочая станция сети соединяется с несколькими другими рабочими станциями этой же сети. Характеризуется высокой отказоустойчивостью, сложностью настройки и переизбыточным расходом кабеля.

Топология Решетка

- Это топология, в которой узлы образуют регулярную многомерную решетку. При этом каждое ребро решетки параллельно ее оси и соединяет два смежных узла вдоль этой оси.

Достоинство – высокая надежность

Недостаток – сложность реализации

Топология активного дерева

В центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры.

Топология пассивное дерево

Топология утолщенное дерево – связи более широкие (производительные по пропускной способности) с каждым уровнем по мере приближения к корню дерева.

Протоколы

Протокол передачи данных – набор соглашений интерфейса логического уровня, которые определяют обмен данными между различными программами.

Сетевой протокол – набор правил и действий, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включенными в сеть устройствами.

Модель OSI:

На физическом уровне определяют физические характеристики линий связи;

На канальном уровне опред. Правила использования физ. Уровня узлами сети;

Сетевой уровень отвечает за адресацию и доставку сообщений

Транспортный - контролирует очередность прохождения компонентов

Задача сеансового уровня

Уровень представления

Прикладной уровень

Уровни TCP-IP в рамках модели OSI

Прикладной уровень

Транспортный уровень

Межсетевой уровень

Базовые протоколы прикладного уровня:

•HTTP - передача гипертекста•FTP – загрузка файлов•SMTP – передача сообщений•Telnet•DNS•RIP•SNMP

Средства Winsock

Сокет – компьютер (точка стыковки связываемого компьютера).

Установление связи между двумя компьютерными средствами Winsock:

•Регистрация номера портов

•Предоставление протокола, IP-адреса и номера порта (для установления канала связи)

•Winsock определяет тип связи и создает двунаправленный канал связи

•Передача информации Winsock (нижней osi)

•Получение информации (вверх osi)

Net BT протокол – объединяют два протокола – Net Bios и TCP/IP

Транспортный уровень модели TCP/IP отвечает за установление связи между компьютерами, за прием и отсылку данных. Принадлежит к семейству логического соединения. Устанавливает TCP заголовки. Письма разбиваются на сегменты и упаковываются в дополнительные сегменты (поля протокола TCP)

•Исходный порт•Порт назначения•Порядковый номер•Номер подтверждения•Управляющие биты•Окно•Контрольная сумма

Протокол UDP в отличие от TCP не отвечает за информирование в передаче сообщения, значит быстрее TCP.

Межуровневый уровень TCP/IP – адресация, маршрутизация, фрагментация и восстановление пакетов.

Протокол IP – отсылка данных другому компьютеру через маршрутизаторы (с помощью таблицы маршрутизации обновляются устаревшие данные, каждые 30 секунд с помощью физического соединения).

Протокол ICMP, IGMP – последний поддерживает многоадресную передачу данных.

Протокол ARP – исполняет адрес MAC на канальном уровне, задающем формат кадров, методы доступа и способы адресации в сетях TCP/IP. Указывается ближайший маршрутизатор на физическом уровне.

Уровень сетевого интерфейса TCP/IP

15. Модель взаимодействия открытых систем. Линии связи и их компоненты. Типы линий связи: проводные, кабельные, радиоканалы. Локальные компьютерные сети, топология локальных сетей. Понятие рабочей станции. Программное обеспечение для работы в сети.

Открытой системой может быть названа любая система (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), которая опубликована, общедоступна, соответствует стандартам и принята в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.

Unix, Novell NetWare, Open Driver Interface (ODI).

Чем больше открытых спецификаций использовано при разработке системы, тем более открытой она является.

Модель OSI определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень. Модель OSI была разработана на основании большого опыта, полученного при создании компьютерных сетей, в основном глобальных, в 70-е годы. Полное описание этой модели занимает более 1000 страниц текста.

В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств.

Модель взаимодействия:

7 Прикладной - Обеспечивает прикладным процессам пользователя средства доступа к сетевым ресурсам; является интерфейсом между программами пользователя и сетью. Имеет интерфейс с пользователем

6 Представления - Устанавливает стандартные способы представления данных, которые удобны для всех взаимодействующих объектов прикладного уровня. Имеет интерфейс с прикладными программами

5 Сеансовый - Обеспечивает средства, необходимые сетевым объектам для организации, синхронизации и административного управления обменом данных между ними

4 Транспортный - Обеспечивает надежную, экономичную и «прозрачную» передачу данных между взаимодействующими объектами сеансового уровня

3 Сетевой - Обеспечивает маршрутизацию передачи данных в сети, устанавливает логический канал между объектами для реализации протоколов транспортного уровня

2 Канальный - Обеспечивает непосредственную связь объектов сетевого уровня, функциональные и процедурные средства ее поддержки для эффективной реализации протоколов сетевого уровня

1 Физический - Формирует физическую среду передачи данных, устанавливает соединения объектов сети с этой средой

Для построения компьютерных сетей применяются линии связи, использующие различную физическую среду. В качестве физической среды в коммуникациях используются: металлы (в основном медь), сверхпрозрачное стекло (кварц) или пластик и эфир. Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель "витая пара", коаксиальные кабель, волоконно-оптический кабель и окружающее пространство. Линии связи или линии передачи данных - это промежуточная аппаратура и физическая среда, по которой передаются информационные сигналы (данные).

(Источник сообщения – канал передачи данных – ПД – Приемник сообщений - Преобразователь сообщения в сигнал – физическая среда передачи данных - преобразователь сигнала в сообщение.)

Классификация линий связи

По типу передачи:

Проводные (телефонный провод, кабель, витая пара)

Беспроводные (передача информации по радиоволнам в определенном частотном диапазоне)

Витая пара – вид кабеля связи, одна или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой, покрытых пластиковой оболочкой

Неэкранированная и экранированная витая пара предназначена для защиты от помех.

Коксионный кабель (толстенький, четырехслойный)

Волоконно-оптический кабель – нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик) используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.

Скорость передачи по проводным линиям "простой старой телефонной линии" (POST - Primitive Old Telephone System) является очень низкой. Кроме того, к недостаткам этих линий относятся помехозащищенность и возможность простого несанкционированного подключения к сети.

Кабельные линии связи имеют довольно сложную структуру. Витая пара является достаточно помехоустойчивой. Характерным для этого кабеля является простота монтажа. Данный кабель является самым дешевым и распространенным видом связи. Кабель используется для передачи данных на скорости 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Витая пара обычно используется для связи на расстояние не более нескольких сот метров. К недостаткам кабеля "витая пара" можно отнести возможность простого несанкционированного подключения к сети.

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. Стоимость коаксиального кабеля выше стоимости витой пары и выполнение монтажа сети сложнее, чем витой парой.

Коаксиальный кабель более помехозащищенный, чем витая пара и снижает собственное излучение. Пропускная способность – 50-100 Мбит/с. Допустимая длина линии связи – несколько километров. Несанкционированное подключение к коаксиальному кабелю сложнее, чем к витой паре.

Кабельные оптоволоконные каналы связи. Оптоволоконный кабель (fiber optic) –передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон. На передающем конце оптоволоконного кабеля требуется преобразование электрического сигнала в световой, а на приемном конце обратное преобразование. Основное преимущество этого типа кабеля – чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно. Скорость передачи данных 3Гбит/c. Основные недостатки оптоволоконного кабеля – это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям.

Радиоканалы наземной (радиорелейной и сотовой) и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн и относятся к технологии беспроводной передачи данных.

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.

Целесообразнее использовать спутниковую связь для организации канала связи между станциями, расположенными на очень больших расстояниях, и возможности обслуживания абонентов в самых труднодоступных точках. Пропускная способность высокая – несколько десятков Мбит/c.

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).

Базовые станции подключаются к центру коммутации, который обеспечивает связь, как между базовыми станциями, так и с другими телефонными сетями и с глобальной сетью Интернет. По выполняемым функциям центр коммутации аналогичен обычной АТС проводной связи.

Топология локальных сетей

Топология - это конфигурация сети, способ соединения элементов сети (то есть компьютеров) друг с другом. Чаще всего встречаются три способа объединения компьютеров в локальную сеть: "звезда", "общая шина" и "кольцо".

Соединение типа "звезда". Каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству. При необходимости можно объединить вместе несколько сетей с топологией "звезда", при этом конфигурация сети получается разветвленной.

Достоинства: При соединении типа "звезда" легко искать неисправность в сети.

Недостатки: Соединение не всегда надежно, поскольку выход из строя центрального узла может привести к остановке сети.

Соединение "общая шина". Все компьютеры сети подключаются к одному кабелю; этот кабель используется совместно всеми рабочими станциями по очереди. При таком типе соединения все сообщения, посылаемые каждым отдельным компьютером, принимаются всеми остальными компьютерами в сети.

Достоинства: в топологии "общая шина" выход из строя отдельных компьютеров не приводит всю сеть к остановке.

Недостатки: несколько труднее найти неисправность в кабеле и при обрыве кабеля (единого для всей сети) нарушается работа всей сети.

Соединение типа "кольцо". Данные передаются от одного компьютера к другому; при этом если один компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера, то он передает их дальше (по кольцу).

Достоинства: балансировка нагрузки, возможность и удобство прокладки кабеля.

Недостатки: физические ограничения на общую протяженность сети.

Рабочая станция — комплекс аппаратных и программных средств, предназначенных для решения определённого круга задач.

Рабочая станция как место работы специалиста представляет собой полноценный компьютер или компьютерный терминал.

Стационарный компьютер в составе локальной вычислительной сети (ЛВС) по отношению к серверу. (В локальных сетях компьютеры подразделяются на рабочие станции и серверы.