1. Вычислительные сети. Общие положения. Виды сетей. Применение сетей. Протоколы. Службы. Топологии.

2. Модель OSI ISO. Модель TCP\IP. Уровни модели. Сравнение моделей. Критика моделей. Сеть Интернет.

OSI ISO. Протоколы -, модель + Причины такой разбивки: 1. Уровень создается по мере необходимости отдельного уровня абстракции. 2. У каждого уровня строго определённая функция. 3. Выбор функций с учетом создания стандартизированных международных протоколов. 4. Границы между уровнями выбираются так, чтобы поток данных между интерфейсами был минимален. 5. Кол-во уровней должно позволять не объединять лишний раз различные функции и не быть громоздким. Эта модель - не сетевая архитектура, она не описывает службы и протоколы. Впрочем, есть и стандарты. 7. Прикладной APDU ---интерфейс--- 6. Представления PPDU ---интерфейс 5. Сеансовый SPDU 4. Транспортный TPDU ---границы подсети--- 3. Сетевой пакет протокол хост-маршрутизатор с.у. между маршрутизат. 2. Передачи данных кадр протокол хост-маршрутизатор у.п.д. внутренний 1. Физический бит протокол хост-маршрутизатор ф.у. протокол подсети 1. Физический. Реальная передача необработанных битов по каналу связи. Проблемы при разработке: U для 0 и 1, длительность бита, как устанавливается связь итп. 2. Передача данных. Передача данных физ. уровня по надежной линии связи, безошибочной по мнению сетевого. Разбивает на кадры, получает кадры подтверждения, регуляция скорости передачи данных, механизмом обработки ошибок. В широковещательных сетях также есть проблема управления доступом к каналу. Вводят подуровень доступа к носителю. 3. Сетевой. Управление операциями подсети, разработка маршрутов (статически, динамическими), качество: задержки, время передачи, синхронизация. Объединение разнородных сетей - случаи, когда различны адресация, протоколы, размер пакета итп. Отсутствует или примитивен в широковещательных сетях из-за простоты тамошней маршрутизации. 4. Транспортный. Основная функция - принять данные сеансового, разбить на части, отдать сетевому и гарантировать, что все они в правильном виде прибудут по назначению. Определяет тип сервиса,  предоставляемого сеансовому уровню (пользователям сети). Наиболее популярен защищенный от ошибок канал, передающий байты или сообщения в исходном порядке, но возможно также несохранение порядка или одновременная передача по принципу широковещания. Тип сервиса определяется при соединении. По сути - сквозной уровень, доставляющий от источника к адресату. Программа на источнике поддерживает связь с аналогичной на адресате с помощью заголовков и управляющих сообщений. Те, что ниже - устанавливают соединение между всеми соседними машинами маршрута. 5. Сеансовый. Позволяет устанавливать сеансы связи. При этом предоставляются различные типы сервисов (управление диалогом - очередность передачи данных, управление маркерами - предотвращение выполнения критичной операции несколькими, синхронизация - служебные метки внутри длинных сообщений, позволяют после ошибки продолжить с места обрыва). 6. Представления. Синтаксис и семантика передаваемой, информации. Переводит форматы при различных представлении данных, передавая их по сети в неком стандартизированном виде. Предоставляет возможность определения и изменения структур данных более высокого уровня (записи БД, например). 7. Прикладной. Содержит набор популярных протоколов, необходимых пользователям. Наиболее распространён HTTP. (Браузер-адрес, сервер - страница). Прочие для файлов, почты, рассылок.

TCP\IP Использовалась в Arpanet. Цели: объединять различные цели в единое целое, обеспечить передачу даже если несколько промежуточных машин вышли из строя, гибкость (от передачи файлов до real-time голоса).

Потребовался не имеющий соединений межсетевой уровень (интернет-уровень), позволяющтй любому хосту отправить пакеты в любую сеть, причем они будут двигаться сами по себе, не следя за порядком. Опеределен формат пакета и протокол - IP. Задачи - решить, как, и доставить. Близок по сути к сетевому OSI. Транспортный уровень: Над межсетевым. Для связи между одноранговыми на приемнике и передатчике. 2 сквозных протокола: TransportControlP - надежный протокол с установкой соединений,позволяет без ошибок доставлять байтовый поток с одной машины на любую другую. Разбивает входной поток байтов на сообщения и передает межсетевому. В пункте назначения собирает из сообщений выходной поток.  Осуществляет управление потоком (скоростью). UserDataP - ненадежный протокол без установки соединения, не использует последовательное управление потоком TCP, предоставляя своё. Используется, когда скорость важнее качества, передача видео и речи, например. Прикладной уровень: Сеансового и представления нет, т.к. почти на потребности. Протоколы: Уровни OSI TELNET FTP SMTP DNS RIP SNMP | прикладной TCP UDP | транспортный IP | сетевой

ARPANET, SATNET, пакетное радио, локалка | физический+передачи данных Содержит все протоколы высокого уровня. Старые - TELNET (виртуальный терминал, позволяет работать на удалённом), FTP(перемещение файлов), SMTP(электронная почта). DNS появился позже, преобразовывает имена хостов в сетевые адреса. NNTP - передача новостей HTTP .. Хост-сетевой уровень: Хост соединяется с сетью с помощью любого протокола, позволяющего посылать IP-пакеты по сети. Протокол не определяется, может меняться от сети к сети и от хоста к хосту. Под межсетевым, подробно не описан.

Сравнение. Общее. Обе основаны на концепции стека независимых протоколов. Начиная с транспортного уровня вверх и там, и там уровни представляют собой не зависящую от сети транспортную службу для процессов, желающих обмениваться информацией - поставщик транспорта. Они же - потребитель транспортных сервисов. Различия: Для OSI главное - службы, интерфейсы, протоколы. Каждый уровень предоставляет сервисы для верхнего, сервис определяет, что делает уровень, не рассказывая как и что с доступом к нему. Интерфейс определяет способ доступа, описывает параметры и результат. Протоколы - внутреннее дело уровня, он может менять их, не затрагивая работу верхних. В TCP\IP всех этих различий изначально нет. Единственные настоящие сервисы - SEND IP PACKET, RECEIVE IP PACKET. Протоколы OSI скрыты лучше, могут быть легко заменены. OSI разработана до протоколов под неё - универсальна, но не точна в выборе функций. Не предусматривала объединение различных  сетей. Для устранения недостатков со временем ввели подуровни. TCP\IP создали после протоколов, так что им она идеально соответствовала, а другие сети не описывала. Разное количество уровней. прикладной - прикладной представления сеансовый транспортный - транспортный сетевой - межсетевой передачи данных - от хоста физический - к сети Связь на основе соединения и без установления соединения: OSI оба на сетевом, только соединения на транспортном (его службы видны пользователю), TCP\IP без на сетевом, оба на транспортном. Критика. OSI - несвоевременность (исследования, стандарты, вложения - конкуренция с TCP), неудачные технология (пустые 5 и 6 уровень, перегруженные 2 и 3, повтор функций), реализация (сложно), политика (TCP\IP считали частью Unix,  а их - детищем чиновников). TCP\IP - не разграничены концепции служб, интерфейса, протоколов, нет четкого разделения между спецификацией и реализацией, плохо описыват чужой стек протоколов (bluetooth не описать вообще), хост-сетевой -  скорее интерфейс между сетью и уровнями передачи данных, не различаются физический (хар-ки кабеля) и уровень передачи данных (определения начала, конца кадра, передача с требуемой надежностью). Из-за свободного распространения многие не идеальные протоколы приобрели популярность (TelNet не знает о графическом интерфейсе) и теперь не искореняются.

3. Теоретические основы передачи данных. Спектр сигналов. Скорость передачи данных по каналу связи.

Характеристики физ. Уровня:

- предложенная нагрузка

- емкость канала

- скорость передачи данных

Сигнал всегда можно разложить в ряд, состоящий из сумм косинусов и синусов. Зная T, a и b можно восстановить сигнал.

g(t) = ½*c +SUM(n=1..inf) {a_n*sin(2*pi*nft+b_n*cos(2*pi*nft)}

a_n=(2/T)*INT(0..T){g(t)*sin(2*pi*nft dt)}

b_n=(2/T)*INT(0..T){g(t)*cos(2*pi*nft dt)}

c=(2/T)*INT(0..T){g(t)dt)}

Чем больше гармоник, тем точнее сигнал.

Каналы связи в разной степени искажают гармоники, поэтомувосстановленный сигнал искажен. Поэтому передают от 0 до f – полоса пропускания. В эту полосу включают частоты, передаваемые с потерей мощности не более 50%. Полоса зависит от технических характеристик. Режут фильтром (телефонные – раза в 3).

По Найквисту: Vmax=2Hlog(2)(V) бит/с, где H – ширина полосы, V – количество уровней

Уровень шума – сигнал/шум

По Шеннону: Vmax=Hlog(2)(1+S/N) бит/с, где H – ширина полосы, S – шум, N – сигнал.

4. Витая пара. Коаксиальный кабель. Волоконная оптика.

2 изолированный медных провода диаметром около миллиметра, когда они не свиты, они образуют простейшую антенну. Используются в телефонии, спокойно передают на несколько тысяч километров, затем можно продублировать сигнал и продолжить. Низкая стоимость, до нескольких мегабит в секунду.

Категория 3 – два свитых изолированных провода, четыре пары в пластиковой оболочке 16МГц.

Категория 5 – больше оборотов на см, лучше качество. 100МГц.

UTP

STP – (экранированные) существенно дороже, не популярны за пределами IBM

К.к. лучше экранирован, два типа кабеля: 50 Ом (цифровые данные) и 75 Ом (аналоговые). Медный провод – изоляция – внешняя проводящая оплетка – защитный пластик.

1ГГц, постепенно вытесняется оптоволокном, но ещё существует в кабельном телевидении. Различные по жёсткости.

Оптоволокно – источник света, носитель, приемник. Многомодовое – способное передавать сразу несколько лучей. Одномодовое – дороже, в нём луч движется по прямой. До 50 Гб/с. Ослабление=10*lg(передаваемая мощность/принимаемая). 0.85, 1.30, 1.55 мкм – последние 2 лучше по ослаблению, первый позволяет делать лазер и электронику из одного материала.25-30 тыс. ГГц.

5. Цифровое кодирование. Требования к методам цифрового кодирования. Коды.

Способ представления битов в физическом канале.

Требования:

Малая полоса цифрового сигнала

Невысокий уровень постоянного напряжения

Высокие перепады (для синхронизации)

Неполяризованность

Возможность распознавания ошибок

Простота реализации

NRZ

0 – 0

1 – +V

-: высокий уровень постоянного напряжения, широкая полоса сигнала?, возможность длительных периодов одного уровня, поляризованность

+: простота, распознаваемость ошибок (большая разница в потенциалах

AMI

0 – 0, 1 – +-V

+: простота

-: синхрон в 1, асинхрон в 0

NRZI:

0: тот же уровень

1: перепад

+:неполярен

-:асинхрон

PE (манчестер):

0: +-

1: -+

+: синхрон

-: поляризован, широк

2B1Q:

Каждой паре свое напряжение

Сложнее реализован

6. Логическое кодирование. Синхронизация.