Компьютерные сети.
В некотором смысле вычислительная сеть, или сеть ЭВМ, или компьютерная сеть – это есть развитие и обобщение идей, которые были изначально заложены в терминальных комплексах. С точки зрения архитектуры, можно говорить, что архитектура очень похожа, если заменить терминальные устройства на компьютеры. В общем случае вычислительная сеть представляет собой программно-аппаратный комплекс, обладающий след характеристиками:
Сеть может состоять из значительного числа взаимодействующих друг с другом компьютеров, обеспечивающих сбор, хранение, передачу и обработку информации.
Компьютерная сеть предполагает распределенную обработку информации. Т.е. информация, поступающая к конкретному потребителю может на разных узлах этой сети обрабатываться, и результатом является комплексный результат распределенной обработки этой информации при передаче и доступе в сети.
Расширяемость сети. Возможность развития компьютерных сетей, как по протяженности, т.е. территориальному размещению, так и по расширению пропускной способности каналов связи, и по количеству, и по производительности компьютеров.
Возможность использования симметричных интерфейсов обмена информацией между ЭВМ сети. Т.е. возможность построения сети, в которой взаимодействующие компьютеры будут равноправны, т.е. в отличии от модели терминальной сети, где присутствует основной узел и вся сеть строится по доступу к этому узлу, сеть может быть достаточно равноправной и симметричной.
Компьютерная сеть – объединение компьютеров (или вычислительных систем), взаимодействующих через коммуникационную среду.
Коммуникационная среда – каналы и средства передачи данных
Рассмотрим в качестве примера некоторое отображение компьютерной сети. Компьютерная сеть будет состоять из абонентских машин, которые обеспечивают обмен содержательной информацией работы с пользователями, и абонентские машины могут осуществлять взаимодействие друг с другом через коммуникационную среду или коммуникационную сеть. Коммуникационная среда или коммуникационная сеть может включать в свой состав коммуникационные или вспомогательные компьютеры и каналы связи между абонентскими машинами или коммуникационными машинами. Абонентские или основные компьютеры еще иногда называют хосты. Соответственно коммуникационные или вспомогательные компьютеры могут иметь свое наименование в зависимости от той функции, которую они выполняют – это может быть шлюз, маршрутизаторы и т.д. и т.п. Взаимодействие в сети осуществляется между одной абонентской машиной и другой или между группами абонентских машин, по аналогии с терминальным комплексом коммуникационная сеть или коммуникационная среда обеспечивает определение соединения между этими двумя машинами, стратегию определения этого соединения и обеспечивают передачу информации в сети.
Итак, абонентские машины могут организовывать взаимодействие друг с другом. Сеанс последовательного взаимодействия – это сеанс связи. Взаимодействие можно представить в виде отправки и получения сообщения.
Компьютеры сети исторически подразделяются на три категории:
Сеть коммутации каналов Это сеть, которая обеспечивает установку канала связи на время всего сеанса связи между абонентскими машинами.
«+» 1. если канал скоммутировался, то нет накладных расходов. Передача идет со скоростью самого медленного
элемента.
«-» 1.Сеанс связи произвольной длительности, следовательно из коммуникационной среды забирается канал на
недетерминированный промежуток времени, следовательно может произойти деградация сети.
2. Занятие канала без гарантированной продуктивности (лектор молчит, лекция дет)
Сеть коммутации сообщений Сеанс связи представляется в виде последовательности сообщений. Сообщение – это порция данных произвольного размера. Сообщение отправляется в сеть по некоторой информации о маршруте. Если свободных каналов нет, то сообщение сохраняется на коммутирующей машине.
Проблемы:
1.В этих сообщениях должна быть информация о порядке сообщений, т.к. иначе 2ое сообщение может прийти первым,
если пойдет другим путем.
2. Размер сообщения может быть произвольным, следовательно недетерминированное время занятия канала.
Коммутирующие компьютеры должны обладать средствами аккумуляции произвольного количества сообщений.
«+» 1. Мы убрали промежутки молчания между сообщениями. Каналы в это время не заняты.
2. канал не устанавливается непрерывно, следовательно экономим канальный ресурс.
Сеть коммутации пакетов Все сообщения разделяются на блоки данных некоторого фиксированного размера. После этого сеть работает также, как сеть коммутации сообщений, но с пакетами. Каждая машина пытается от пакета избавится (принцип горячей картошки).
«+» Детерминированность пакета, т.е. Можно просчитать все характеристики коммуникационной среды.
Реальные сети всегда строятся на комбинации этих трех принципов.
Организация сетевого взаимодействия
Модель организации взаимодействия в сети ISO/OSI
Необходима аппаратная стандартизация. Предложена модель семиуровневого взаимодействия в сетях.
Основные проблемы: 1. Стандартизация программного обеспечения, устройств и т.д. С развитием сетей та проблема увеличивалась. Сети создавались как корпоративные, локальные. Каждое решение было уникальным. (каналы связи, формат передаваемой информации, программный интерфейс), следовательно перенос сетевой программы с одного компьютера на другой был невозможен, либо сильно затруднен. Т.к. мир существует на объединении и разделении предприятий, это было очень неудобно. Возникла необходимость стандартизации.
OSI – системы открытых интерфейсов.
1..7 – все возможные уровни взаимодействия компьютеров в сети
Каждый уровень использует логически целостный набор действий и форматов данных, предназначенных для передачи информации между взаимодействующими в сети ВС. регламентации программных или аппаратных средств.
В каждом уровне модель ISO/OSI предполагает наличие некоторого количества протоколов, каждый из которых может осуществлять взаимодействие с одноименным протоколом на другой взаимодействующей машине (возможно виртуальной).
1.Физический уровень На этом уровне однозначно определяется физическая сфера передачи данных и форматы передаваемых сигналов. На этом уровне решаются вопросы взаимосвязи в терминах сигналов. Этот уровень однозначно определяется физической средой, используемой для передачи данных и отвечает за организацию физической связи между устройствами и передачи данных в сети.
2
.
Канальный уровень
Обеспечивает управление доступом к
физической среде передачи данных, в
частности обеспечение синхронизации
передачи данных. Формализуются правила
передачи данных.Решаются задачи
обнаружения и синхронизации ошибок.
3.Сетевой уровень Решается вопрос управления связью между взаимодействующими компьютерами. Решается задача
маршрутизации. и адресацией в сети.
4. Транспортный уровень (уровень логического канала) Решаются проблемы управления и передачи данных локализация и обработка ошибок, сервис передачи данных.
5.Сеансовый уровень Управление сеансами связи. Синхронизация отправки и приема данных.Управление подтверждением полномочий. Обработка внештатных ситуаций. прерывания/продолжения работы в тех или иных внештатных ситуациях, управление подтверждением полномочий (паролей).
6.Представительский уровень Разрешается проблема унификации кодировок. Уровень представления данных. На этом уровне находятся протоколы, реализующие единые соглашения перевода из внутреннего представления данных конкретной машины в сетевое и обратно.
7. Прикладной уровень Осуществляет стандартизацию взаимодействия с прикладными системами.
Основные понятия
Протокол – формальное описание сообщений и правил, по которым сетевые устройства (вычислительные системы) осуществляют обмен информацией.
или
Правила взаимодействия одноименных уровней.
Интерфейс – правила взаимодействия вышестоящего уровня с нижестоящим.
Служба или сервис – набор операций, предоставляемых нижестоящим уровнем вышестоящему.
Стек протоколов – перечень разноуровневых протоколов, реализованных в системе
Логическое взаимодействие сетевых устройств по i-ому протоколу
Для организации взаимодействия при передаче сообщений от одного уровня к соседнему, существуют стандартизованные соглашения, которые называются интерфейсами.
Таким образом, данные от одной прикладной программы до другой прикладной программы в сети проходят путь от уровня протоколов прикладных программ до физического уровня на ВС, отправляющей данные, и далее на ВС, принимающей данные, они проходят этот путь обратном порядке.