1 Компьютерные сети



Скачать 434.2 Kb.
Pdf просмотр
Дата11.02.2017
Размер434.2 Kb.
Просмотров347
Скачиваний0


1
Компьютерные сети
Широкое применение информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) со второй половины ХХ века является глобальной тенденцией мирового развития и научно- технической революции. Применение ИКТ имеет решающее значение для повышения конкурентно способности экономики, расширения возможностей еѐ интеграции в миро- вую систему хозяйства, для роста эффективности государственного управления и местно- го самоуправления.
Учитывая большую роль телекоммуникационных технологий для формирования сете- вой инфраструктуры информационного общества, в литературе и в официальных докумен- тах при обсуждении технологического базиса информационной индустрии иногда применя- ется понятие информационные коммуникационные/телекоммуникационные техноло-
гии. Введѐнное организацией ISO (International Standard Organization) определение для ИТ как области, определяющей технологические основы информационной отрасли экономики и использующей многие виды специальных индустрий, включая телекоммуникационную, является вполне самодостаточным и не требует такого дополнения.
В общем случае компьютерная сеть (или коммуникационная сеть, вычислительная сеть, сеть ЭВМ) — это объединение двух или более компьютеров, соединѐнных каналами передачи данных (линиями проводной, спутниковой, радиосвязи или оптоволоконными линиями связи). Сеть представляет собой механизм, позволяющий отдельным компьюте- рами и пользователям взаимодействовать друг с другом и совместно использовать общие ресурсы.
Информационно-коммуникационная сетьэто совокупность программных, технических и коммуникационных средств, обеспечивающих интерактивный информационный обмен, эффективное распределение и совместное использо- вание вычислительных ресурсов сети.
Являясь одновременно и продуктом, и мощным стимулом развития интеллекта че- ловека, информационно-коммуникационная сеть позволяет: построить распределѐнные хранилища информации (базы данных); расширить перечень решаемых задач по обработке информации; повысить надѐжность информационной системы за счѐт дублирования работы ПК; создать новые виды сервисного обслуживания, например электронную почту; снизить стоимость обработки информации.
Ресурсы сети представляют собой компьютеры, данные, программы, сетевое обору- дование, различные устройства внешней памяти, принтеры, сканеры и другие устройства, называемые компонентами сети. Компьютеры, входящие в сеть, называются узлами (кли-
ентами или рабочими станциями сети).
Под архитектурой сети понимаются компоненты, методы доступа, технология и топология еѐ построения.
Методы доступа регламентируют процедуры получения узлами сети доступа к сре- де передачи данных.
По методам доступа различают сети:

со случайным доступом СSМА/СS ((Carrier Sense Multiple Access with Collision
Avoidance — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением кон- фликтов);

с маркерными кольцамина основе маркерной шины и маркерного кольца.
Существует две разновидности метода случайного доступа СSМА/СS: множествен- ный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов, и приоритетный доступ.


2
К маркерным методам доступа относятся два типа передачи данных: маркерная шина
(стандарт IEEE 802.4) и маркерное кольцо (стандарт IEEE 802.5). При этом под маркером понимается управляющая последовательность бит, передаваемая компьютером по сети.
Под топологией вычислительной сети понимается изображение сети в виде графа, вершинам которого соответствуют узлы сети, а рѐбрам — связи между ними.
Существуют четыре основные топологии: шина (Bus), кольцо (Ring), звезда (Star)
полносвязная (PackedLiason) и ячеистая топология (Mesh). Другие виды топологий пред- ставляют различные виды комбинаций этих типов.
В качестве современных технологий построения и функционирования компьютерных сетей используются следующие:

технология Х.25 является одной из самых распространѐнных, за счѐт возможности работы на ненадѐжных линиях передачи данных благодаря использованию прото- колов с установленным соединением и коррекцией ошибок на канальном и сете- вом уровнях открытой модели OSI (Open System Interconnection);

технология Frame Relay (ретрансляция кадров) предназначена для передачи ин- формации с неравномерным потоком. Поэтому чаще используется при передаче цифровых данных между отдельными локальными сетями или сегментами терри- ториальных или глобальных сетей. Технология не позволяет передавать речь, ви- део или другую мультимедиа-информацию;

технология ISDN (Integrated Services Digital Network — цифровая сеть с интегра- цией услуг), позволяет осуществить одновременную передачу данных, речи и мультимедиа-информацию;

ATM (Asynchronous Transfer Mode — асинхронный режим передачи): технология расширяет возможности сетей ISDN по передачи мультимедиа-данных за счѐт по- вышения скорости передачи до 2,5 Гбит/с.;

VPN (Virtual Private Network — виртуальная частная сеть): технология позволяет организовать частную сеть, функционирующую как туннель через большую сеть, например Internet.
Компьютерные сети классифицируются по следующим признакам: размеру сети, ве- домственной принадлежности, методам доступа, топологии построения, способам комму- тации абонентов сети, типам передающей среды, интеграции услуг, типу используемых компьютеров в сети, правам собственности.
В зависимости от функционального назначения и территориального расположения абонентских систем вычислительные сети можно разделить на четыре основных класса
(см. рисунок 1):
I.
глобальные компьютерные сети (WAN — Wide Area Network);
II.
региональные компьютерные (территориально-распределѐнные) сети (MAN —
Metropolitan Area Network);
III.
корпоративные компьютерные сети (CAN — Corporation Area Network);
IV.
локальные компьютерные сети (LAN — Local Area Network).
Глобальная вычислительная сеть (ГВС) объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спут- никовой связи. Глобальные вычислительные сети позволят решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам.
Региональная вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на значи- тельном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов внутри большого города, экономического региона, отдельной страны. Обычно расстояние между абонентами регио- нальной вычислительной сети составляет десятки — сотни километров. Такая сеть обеспе- чивает обмен данными между имеющими доступ к ресурсам сети абонентами по телефон- ным каналам сети общего назначения, каналам сети «Телекс», а также по радио- и спутни- ковым каналам связи. Количество абонентов сети не ограничено. Им гарантируется надѐж-


3
ный обмен данными в режиме «реального времени», передача факсов и телефонных (теле- ксных) сообщений в заданное время, телефонная связь по спутниковым каналам. Террито- риальные сети строятся по идеологии открытых систем. Их абонентами являются отдель- ные ПК, локальные вычислительные сети (ЛВС), телексные установки, факсимильные и те- лефонные установки, сетевые элементы (узлы сети связи).
Рисунок 1 – Общая схема взаимодействия локальных, региональных и глобальных вычислительных сетей
Частным случаем региональной сети является корпоративная вычислительная сеть, которая объединяет в единую сеть ЛВС предприятия (корпорации).
Локальная вычислительная сеть своѐ название получила за то, что все еѐ компоненты
(ПК, каналы коммуникаций, средства связи) физически размешаются на небольшой терри- тории одной организации или еѐ отдельных подразделений для объединения абонентов. В настоящее время не существует чѐтких ограничений на территориальный разброс абонентов локальной вычислительной сети. Обычно такая сеть привязана к конкретному месту (отде- ла, цеха, лаборатории, учебного класса, учреждения и т.д.). К классу локальных вычисли- тельных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов и т.д. Протя- жѐнность такой сети можно ограничить пределами 2-2,5 км.
По ведомственной принадлежности различают компьютерные сети: отраслей, объединений, организаций. В качестве примеров таких сетей выступают компьютерные сети «РАО ЕС», объединения «Сургутнефтегаз», Сберегательного банка России и др.
По способам коммутации абонентов сети выделяют:

сети с разделяемой средой передачи;

коммутируемые сети.
По типу среды передачи данных различают:

проводные компьютерные сети;

кабельные компьютерные сети;

беспроводные компьютерные сети.
К проводным компьютерным сетям относятся компьютерные сети с проводами без какой-либо изолирующей или экранирующей защиты и проложенными по воздушной среде.
Кабельные линии связи включают три вида кабелей: кабели типа витая пара, коакси- альный кабель и волоконно-оптический кабель.
Беспроводные линии связи представляют различные радиоканалы наземной и спут- никовой связи.
WAN
LAN
LAN
LAN
MAN
LAN
LAN
CAN
LAN
CAN
LAN
LAN
LAN
LAN
LAN
MAN
CAN
LAN
LAN
LAN
LAN
LAN
MAN
CAN
LAN
LAN
CAN


4
Сети с интеграцией услуг ISDN ориентированы на оказание услуг по использова- нию телефакса, телекса, видеотекса, организации конференц-связи и передачи мультиме- диа-информации.
В зависимости от типа используемых компьютеров различают гомогенные сети, имеющие в своѐм составе только однотипные компьютеры, и гетерогенные сети, узлами которых могут быть компьютеры разных типов (платформ).
В зависимости от прав собственности сети могут являться сетями общего пользова-
ния (public) или частными (private).
Архитектура сетей имеет набор характеристик, которые представлены на рисунке 2.
Важнейшей характеристикой сети является топология, определяемая структурой со- единения ПК в сети. Различают два вида структурной топологии — физическая и логиче- ская. Под физической топологией понимается реальная схема соединения узлов сети кана- лами связи, а под логической — структура маршрутов потоков данных между узлами. Фи- зическая и логическая топологии не всегда совпадают.
При разработке протоколов и интерфейсов учитывается свойство открытости с це- лью их дальнейшего развития и обеспечения взаимодействия с другими средствами и або- нентами. Эту работу проводит Международная организация по стандартизации (ISO) в содружестве с организациями различных стран.
Существует несколько методов передачи информации при организации взаимодей- ствия между абонентами компьютерной сети. Основной современный метод передачи данных по компьютерным сетям — коммутация пакетов сообщений. Абонентские данные, например сообщения, разделяют на порции — пакеты.
Пакетэто независимый блок данных информации, передаваемый по сети.
Каждый пакет упаковывается, т.е. снабжается служебной информацией, содержащей адреса получателя и отправителя, номер и статус пакета, поля контроля и проверки и т.д.
(см. рисунок 3). Пакеты направляются через компьютерные сети как независимые объек- ты. Сетевые устройства и их управляющие программы ориентированы на передачу и при-
ѐм именно пакетов. Каждому компьютеру присваивается уникальный сетевой адрес, по которому можно посылать сообщения. Компьютеры в сети анализируют эти заголовки и передают пакет данных следующему узлу. При этом каждый раз пакет оказывается ближе к месту своего назначения. В пункте назначения поступившие пакеты избавляются от
«упаковки», и содержавшиеся в них порции данных соединяются, образуя исходные со- общения. Главное преимущество коммутации пакетов состоит в том, что компьютеры, оп- ределяющие пути доставки этих пакетов, могут выбрать другие маршруты, если указанное сетевое соединение прервѐтся. Если для перемещения пакетов по компьютерным сетям есть несколько путей, то выбирают маршруты с минимально возможными задержками и равномерной загрузкой линии связи, повышая тем самым общую пропускную способ- ность вычислительной сети. Компьютеры на обоих концах пакетного сетевого соединения могут работать с разной скоростью, а сеть сама действует в качестве буфера, сглаживаю- щего эту разницу.
Структуры пакетов в различных сетях могут быть разными, но некоторые разделы присутствуют во всех вариантах. К ним относятся: сетевой адрес отправителя; сетевой адрес получателя; идентификатор содержимого пакета; данные или сообщение; контрольная сумма или код CCR (Cyclic redundancy Check — циклический избы- точный код) для обнаружения возможных ошибок при передаче.


5
Рисунок 2 – Характеристики архитектуры сетей
Идентификатор
отправителя
Идентификатор
получателя
Тип пакета
Данные/
сообщение
Контроль CRC
Рисунок 3 – Схема представления одного пакета
Другой метод, называемый коммутацией каналов, заключается в том, что сначала ус- танавливаются связи между двумя объектами, а ГВС и ЛВС отличаются своими конструк- цией, функционированием и характеристиками коммуникационных подсистем. Они при- званы обслуживать разные сферы человеческой деятельности и не взаимозаменяемы.
Одна из основных проблем развития компьютерных систем — это объединение раз- личных вычислительных сетей в интерсети. Это обеспечивает взаимодействие абонентов независимо от их местоположения, способа подключения и особенностей конкретных вы- числительных сетей. Например, внутренние (Internal) глобальные сети, использующие
Характеристики информационно
-
коммуникационных

сетей

Открытость. Заключается в обеспечении возможности подключения в контур сети любых типов современных компьютеров (ЭВМ)
.
Ресурсы
.
Значимость и ценность сети должны определяться набором хранимых в ней знаний, данных и способностью технических средств оперативно их представлять либо обрабатывать.
Надёжность
.
Трактуется как обеспечение высокого показателя «наработки на отказ» за счѐт оперативных сообщений об аварийном режиме, тестирования, программно
- логического контроля и дублирования техники.
Динамичность. Заключается в минимизации времени отклика сети на запрос пользователя.

Автономность.

Понимается как возможность независимой работы сетей различных уровней.

Коммуникации.
Это слово происходит от латинского «
communication
» (сообщение, связь, передача) и подразумевает пути и средства передачи.

Интерфейс. При подключении компонентов сети друг к другу должны быть однозначно определены правила их стыковки. Их принято называть интерфейсами. Интерфейс —
свод правил по взаимодействию между функциональными компонентами, расположен- ными в смежных уровнях и входящими в одну и ту же систему. Предполагается, что сеть обеспечивает широкий набор сервисных функций по обслуживанию пользователя и предоставлению ему запрашиваемых информационных ресурсов.
Протокол информационной сети

это документ, однозначно определяющий пра- вила взаимодействия одноименных уровней работающих друг с другом абонентов, т.е. должны выполнять требования сеансового протокола —
стандарта.
При разработке про- токола учитываются все проблемы связи и вырабатываются стандартные алгоритмы доставки информации. Это требование определяет список команд, которыми могут об- мениваться программы, порядок передачи команд, правила взаимной проверки, разме- ры передаваемых блоков данных и т. д.


6
протокол IP, теперь называются интрасетями (Intranet), которые, как правило, внедряются в корпоративные сети. Интрасети являются полнофункциональными уменьшенными ко- пиями Internet, укомплектованными специфическими для данной компании приложения- ми и Web-содержимым. Интрасети также имеют ответвления, называемые экстрасетями
(Extranets). Экстрасети являются «агентами» одной корпоративной сети в других интрасе- тях и способствуют деловому сотрудничеству между двумя или больше компаниями.
Передача данных осуществляется как аналоговыми (непрерывными), так и дискрет- ными сигналами. При аналоговой передаче информация, представленная аналоговыми
(непрерывными) сигналами, передаѐтся без каких либо изменений, а информация, запи- санная как цифровой код — последовательностью битов, преобразуется в последователь- ность модулированных непрерывных сигналов, которая на другом (приѐмном) конце ли- нии связи восстанавливается (демодулируется) снова в последовательность дискретных сигналов (цифровой компьютерный код).
Проблема взаимосвязи открытых систем чрезвычайно сложна. Она охватывает весь спектр механизмов взаимосвязи распределѐнных систем, включая как обмены дан- ными на физическом уровне, так и обмены информацией между прикладными процесса- ми. Для того, чтобы справиться с этой сложностью, в основу построения функциональной архитектуры OSI положен принцип иерархической декомпозиции, т.е. все функции взаи- мосвязи разбиты на отдельные уровни, таким образом, чтобы сгруппировать в рамках од- ного уровня логически тесно связанные функции и минимизировать, тем самым, межу- ровневые взаимодействия. При этом также достигается взаимная независимость реализа- ций уровней друг от друга при сохранении неизменности межуровневых интерфейсов.
В коммуникационных протоколах модели OSI, разработанной Международной ор- ганизацией по стандартам ISO предусмотрено семиуровневая модель архитектуры (см. рисунок 4). В большинстве современных сетевых операционных систем используются три или четыре уровня, поскольку при технической реализации процесса обмена данными в одном устройстве, например сетевом адаптере, сразу формируются физические сигналы и происходит управление линией связи. В целом это напоминает почтовую переписку, когда отправитель и адресат, обмениваясь информацией, не вступают в непосредственный кон- такт друг с другом, а запрашивают услуги почты, которая, в свою очередь, запрашивает услуги транспортных компаний.
7 уровень
Уровень прикладных программ
(прикладной уровень — Application)
6 уровень
Уровень представления данных
(представительный уровень — Presentation)
5 уровень
Сеансовый уровень — Session
4 уровень
Транспортный уровень — Transport
3 уровень
Сетевой уровень— Network
2 уровень
Уровень линии передачи
(канальный уровень — Сanal level)
Управление линией связи
(Logical Link Control — LLC)
Доступ к носителю информации
(Media Access Control — MAC)
1 уровень
Физический уровень (Physical media for OSI)
Рисунок 4 – Семиуровневая модель представления архитектуры открытых систем OSI
На каждом из уровней единицы информации называются по-разному. На физиче- ском уровне минимальная единица — бит. На канальном уровне информация объединена


7
во фреймы (или пакеты). На сетевом уровне единицы измерения — дейтограммы. На транспортном уровне единицей измерения является сегмент. Прикладные уровни обме- ниваются сообщениями.

На физическом уровне определены физические и электрические параметры коммуни- кационных устройств сети (витых пар, волоконно-оптических и коаксиальных кабелей, разъѐмов, буферных усилителей, устройств радиопередачи и т.п.). Это чисто аппаратный уровень, который предоставляет возможность осуществлять передачу электрических сигна- лов по каналу связи между двумя абонентами. Данный уровень обеспечивает механические, электрические, функциональные и процедурные средства активации, поддержания и деак- тивации физических соединений для передачи бит между канальными абонентами. Специ- фикации физического уровня определяют тип разъѐма, уровни сигналов, скорость передачи и т.д. (примеры спецификации физического уровня — RS-232, RS449) Несмотря на то, что операции на остальных уровнях могут быть реализованы как схемотехнически, так и про- граммно, всѐ же они считаются программными по отношению к первому уровню.

На уровне линии передачи (канальных соединениях) определяются те электрические сигналы (импульсы), которые поступают в сеть или принимаются из неѐ. Канальный сер- вис обеспечивает надѐжную передачу массивов (пакетов) данных между сетевыми уров- нями открытых систем, которые непосредственно связаны некоторой физической средой передачи данных. Здесь, и только здесь формируются структура и способы электрическо- го представления передаваемой информации (последовательности битов, способы коди- рования, эстафеты) (см. рисунок 5).
Рисунок 5 – Структура электрического представления информации на канальном уровне
На этом же этапе обнаруживаются и корректируются ошибки (организуются запро- сы на повторную передачу ошибочно переданной информации). Поскольку этот уровень достаточно сложен, его разделяют на две ступени: управления доступом к носителю информации (MAC — Media Access Control); управления линией связи (LLC — Logical Link Control).
Процедуры подуровня МАС касаются непосредственной организации доступа к сети и управления сетью, а именно: управление процедурами инициализации и прекращения соединений (связи); расщепление канальных соединений на несколько физических соединений; управление последовательностью пакетов; передача и приѐм подтверждений о приѐме пакетов; передача эстафеты; повторная передача потерянных или неправильно переданных пакетов; управление потоком; управление скоростью передачи; контроль столкновений; управление соединениями физического уровня.
На уровне LLC, более высоком, чем MAC, происходят передача и приѐм сообщений пользователей (упаковка передаваемой информации в пакеты перед еѐ передачей и распаков- ка информации после еѐ передачи по физическому каналу).

На сетевом уровне осуществляется адресация и определение оптимальных маршру- тов прохождения пакетов данных через топологию подсистем связи (см. рисунок 6). Дан- ный уровень обеспечивает установление, поддержание и разъединение сетевых соедине-
Физический уровень
1011000111101010110101
Канальный уровень
00111101010 1
Заголовок
Конец


8
ний между транспортными уровнями и обмен данными (пакетами) между ними. Процеду- ры этого уровня ответственны за «доставку» сообщений по необходимым адресам. Алго- ритм, определяющий маршрут, может учитывать достижимость отдельных узлов сети, частоту ошибок при передаче данных, длины очередей сообщений к выходящим каналам, оценки времени задержки информации на различных маршрутах.
Основными функциями данного уровня являются: маршрутизация и ретрансляция, организация сетевых соединений, мультиплексирование N-соединений на канальные со- единения, сегментирование и блокирование, обнаружение и исправление ошибок, органи- зация последовательности (упорядоченности передачи пакетов), управление потоком, пе- редача нормальных и срочных данных, возврат в исходное состояние.
Рисунок 6 – Сетевой уровень


Транспортный уровень, используя маршруты, созданные на сетевом уровне, осущест- вляет управление передачей (транспортировкой) информации от еѐ источника к потребите- лю (см. рисунок 7). Транспортный сервис обеспечивает прозрачную передачу данных меж- ду сеансовыми уровнями оконечных систем, осуществляет оптимизацию использования се- тевых ресурсов, а также обеспечивает надѐжность передачи данных, компенсируя ошибки, которые могли возникнуть при работе нижележащих уровней. Надѐжность не означает, что данные попадут к адресату в любом случае: оборванный кабель, отстыкованный разъѐм, не- исправная сетевая плата — все это приведѐт к недоставки пакетов. Однако надѐжные реали- зации протоколов транспортного уровня обеспечивают подтверждение успеха или неуспеха доставки, информируя вышележащие уровни, которые передают сообщение потребовавше- му обслуживания программному приложению. Гарантированная доставка осуществляется при помощи различных механизмов, среди которых — установление и разрыв соединения, механизм подтверждения и контроль скорости потока.
Рисунок 7 – Транспортный уровень
Транспортный уровень реализует сквозную межконцевую передачу данных, где кон- цами являются оконечные (т.е. не являющиеся ретрансляторами подсети связи) открытые
Маршрутизатор
Маршрутизатор
Сервер
Сервер
Сервер
Сервер
Маршрутизатор
Сеть
A
Сеть
B
Сеть
C
Сеть
D
Сервер
Сеть
A
Сервер
Сеть
B


9
системы, содержащие взаимодействующие транспортные корреспонденты, поэтому транс- портные протоколы используются только между оконечными открытыми системами.
Поскольку сетевой уровень обеспечивает сетевые соединения между любыми двумя транспортными корреспондентами, включая использование подсетей, соединѐнных по- следовательно, транспортный уровень освобождается от необходимости заниматься мар- шрутизацией и ретрансляцией.
Систему передачи данных принято разбивать на две логические подсистемы:

коммуникационную;

транспортную.
Коммуникационная подсистема состоит из узлов сети, связанных друг с другом ка- налами связи. Этой подсистемой управляют протоколы сетевого уровня.
Транспортная подсистема обеспечивает создание входов и выходов транспортной се- ти и управление всей сетью (в том числе и коммуникационной подсистемой). Если в сети пересылается одновременно более одного пакета, процедуры этого уровня управляют оче- рѐдностью их передачи и движением данных в сети. Одной из операций выполняемых на уровне транспортировки, является поиск и исключение «двойников» — дублирующих друг друга пакетов.

Функции, реализованные на сеансовом уровне позволяют скоординировать работу приложений, выполняющихся на двух рабочих станциях, в единый процесс (сеанс), т.е. организовать сложный по своей структуре диалог — организация, структуризация и син- хронизация диалога и управления обменом данными взаимодействующим представитель- ным уровням. Его также называют сервисом управляемой надѐжной сквозной (т. е. осу- ществляемой между оконечными открытыми системами) передачи данных.
На сеансовом уровне, так же как и на сетевом уровне и на уровне транспортировки, сохраняются функции соединения, но уже сеансового. Сеансовый уровень предоставляет услуги по установлению сеансового соединения между двумя представительными уров- нями и поддержания упорядоченного взаимодействия при обмене данными между ними по этому соединению. Для осуществления передачи данных между представительными уровнями сеансовое соединение отображается на транспортное соединение. Это значит, что, используя маршруты транспортного уровня по одноразовой пересылке информации, сеансовый уровень организует использование выделенного маршрута для обмена инфор- мацией между абонентами на все время сеанса. Сеансовое соединение существует до тех пор, пока не будет расторгнуто представительными или сеансовыми уровнями. Оно рас- ширяет функциональные возможности услуг транспортного уровня для режима обмена с соединением. Для режима без соединения услуги сеансового уровня не используются, так как необходимый для передачи дейтаграмм сервис обеспечивается соответствующим сер- висом транспортного уровня.
Основными функциями сеансового уровня являются:

установление и расторжение сеансового соединения;

обмен нормальными и срочными данными (управление пересылкой пакетов, имею- щих отношение к сеансу);

управление взаимодействием;

синхронизация сеанса;

восстановление сеанса;

завершение сеанса.

Уровень представления данных. Если в сети должны совместно работать компьюте- ры разных типов (например, фирм IBM, Apple, DEC и др.), то, как правило, приходится прибегать к преобразованию данных в форматы, принятые в этих компьютерах. Процеду- ры данного уровня предназначены именно для этих целей, т.е. их основная задача — оп- ределить единый протокол, который позволял бы применять любой синтаксис (правила написания) сообщений, независимо от того, является он стандартным или нет. Если сис- темы, обменивающиеся информацией, заранее уведомлены о синтаксисе и правилах обра-


10
ботки информации, им достаточно обменяться только наименованием данного синтаксиса и правил. В том случае, когда в одной из систем нет таких сведений, ей необходимо их направить. Уровень представлений гарантирует, что данные, которыми обмениваются устройства, поступают к процессорам и к пользователям в понятном для них виде.
Таким образом, на этом уровне решается проблема представления данных, подле- жащих передаче между прикладными уровнями, а именно представление структур дан- ных, которыми прикладные уровни обмениваются, вместе с описанием совокупности дей- ствий, которые могут быть выполнены над этими структурами данных. Представитель- ский уровень занимается преобразованиями формата, упаковкой, распаковкой, шифрова- нием и дешифрованием.
Представительный уровень имеет дело с синтаксисом, т.е. с представлением данных, а не с их семантикой, известной только прикладным уровням: здесь осуществляется пре- образование исключительно формата, а не логической структуры данных. Представление данных с помощью общего синтаксиса освобождает прикладные уровни от необходимо- сти заботиться о проблеме унифицированного представления информации. Таким обра- зом, обеспечивается независимость прикладных уровней от синтаксиса представления прикладных данных, благодаря чему прикладные уровни могут использовать любой ло- кальный синтаксис, а представительный уровень выполняет необходимые преобразования между этими синтаксисами и общим синтаксисом.
Функции представительного уровня включают: запрос на установление сеансового соединения и его разъединение (в случае режима обмена с соединением), передачу дан- ных, согласование и пересогласование выбора синтаксиса, преобразование синтаксисов, кодирование структур данных в битовые представления и декодирование из битовых представлений в структуры данных в заданном синтаксисе, специальные преобразования
(например, сжатие и шифрация передаваемых данных).

Уровнем прикладных программ. Главная его задача — обеспечение различных форм взаимодействия прикладных процессов. Данный уровень отвечает за доступ прикладных процессов к среде OSIE (Open System Interconnection Environment — Окружение (среда) взаимосвязи открытых систем) для обеспечения их взаимодействия при решении совмест- ных задач. В частности, в его задачу входит установление прикладной ассоциации (связи) между взаимодействующими прикладными процессами и согласование прикладного кон- текста, определяющего единые для взаимодействующих объектов условия взаимосвязи
(функциональность, режимы и параметры работы, способы представления информации).
Также он предоставляет прикладным процессам высокоуровневые сетевые сервисы обще- го назначения такие, как, например, электронная почта, передача файлов, функции сетево- го справочника.
Прикладные программы работают именно с этим уровнем. Здесь сообщение, которое должно быть передано по сети, «входит» в модель, «спускается» вниз до физического уровня, передаѐтся на другую рабочую станцию, а затем «поднимается» по уровням вверх до тех пор, пока не дойдет до программы-приложения на другом компьютере.
Таким образом, самым верхним уровнем является прикладной уровень, который со- стоит из прикладных объектов, а нижележащие уровни представляют услуги этим при- кладным объектам, посредством которых и осуществляется взаимодействие между при- кладными объектами.
Так как не все открытые системы являются оконечными, т.е. источниками и потре- бителями передаваемой информации (например, промежуточные узлы подсетей связи или ретрансляторы (relay systems), то такие системы могут не использовать верхние уровни архитектуры модели OSI. В частности, для открытых систем-ретрансляторов сетевого уровня, называемых также маршрутизаторами, архитектура модели OSI будет иметь вид, показанный на рисунке 8.
Нижние уровни протоколов. В институте IEEE (Institute of Electrical and Electronic
Engineers — Институт инженеров по электротехнике и электронике) был разработан ряд


11
стандартов на характеристики и параметры сигналов в ЛВС. Эти стандарты известны как
IEEE 802.3 (сеть типа Ethernet) и IEEE 802.5 (сеть типа Token Ring), а также радиостан- дарты — Radio-Ethernet — 802.15 (технология WPAN), 802.11 (технологии WLAN и BWA, более известные как технология Wi-Fi) и 802.16 (WiMAX).
Многоуровневое построение протоколов обмена позволяет максимально эффектив- но организовать взаимодействие компьютеров в сети. На нижнем уровне определяется, как заставить, например, сетевой адаптер ЛВС передать сообщение, но в нѐм нет таких понятий, как файл-сервер или перенаправление файлов. На высшем уровне, напротив, оперируют этими понятиями, но совершенно не интересуются устройством и даже назва- ниями сетей. Только сочетание этих уровней позволяет создать сеть. Структура пакета также оказывается разбитой на ряд уровней (см. рисунок 9).
Рисунок 8 – Архитектура взаимосвязи открытых систем OSI с использованием сетевых маршрутизаторов


Данные/сообщение


Заголовок 1 Данные/сообщение Заключение 1
Заголовок 2 Заголовок, 1 Данные/сообщение Заключение 1 Заключение 2
Рисунок 9 – Схема многоуровневой структуры пакета
Когда на высшем уровне протокола принимается решение о передаче сообщения или файла, оно (сообщение или файл) передаѐтся на средний уровень (инструментом реализа- ции этого уровня протокола может быть, например, сетевая BIOS) с указанием передать это сообщение другому компьютеру в сети (возможно, файл-серверу). На среднем уровне оно помещается в «конверт» (envelope) и передаѐтся на нижний уровень протокола, который обычно реализуется сетевой программой и платой сетевого адаптера. На этом нижнем уровне «конверт», созданный NetBIOS, вкладывается еще в один «конверт», и в таком виде
Открытая система
Прикладной

уровень

Представительный
уровень

Сеансовый

уровень

Транспортный

уровень

Сетевой

уровень

Канальный

уровень

Физический

уровень
Открытая система
Физическое соединение

для
OSI


12
сообщение передаѐтся в сеть. Каждый «конверт» представляет собой сочетание заголовка
(header) и заключения (trailer, дословно — «прицеп»). При приѐме сетевая программа в компьютере-адресате сначала «распечатывает» внешний «конверт» и передаѐт результат этой операции на следующий, более высокий уровень протокола. На среднем уровне отбра- сывается очередной «конверт» и сообщение (теперь это точная копия сообщения отправи- теля) передаѐтся на самый высокий уровень протокола принимающего компьютера.
Наиболее важными функциями протоколов на всех уровнях сети являются: защита от ошибок; управление потоками данных в сети; защита еѐ от перегрузок; выполнение операций по маршрутизации сообщений и оптимизации использова- ния ресурсов в сети, обеспечивающее большую степень доступности услуг сети путѐм образования нескольких маршрутов между двумя абонентами.
Многообразие сетевых технологий вызывает необходимость их классификации по каким-либо ключевым признакам. Примерная классификация сетевых технологий дана в таблице 1.
Выделяемые по способу организации двухуровневые технологии имеют кроме ПК, с которыми непосредственно общаются пользователи и которые называются рабочими станциями, специальные компьютеры, называемые серверами (англ. to serve — обслужи- вать). Задачей сервера и является обслуживание рабочих станций с предоставлением им своих ресурсов, которые обычно существенно выше, чем ресурсы рабочей станции. Их взаимодействие можно представить следующим образом. По мере необходимости рабочая станция отправляет серверу запрос на выполнение каких-либо действий: прочитать дан- ные, напечатать документ, передать факс и др. Сервер выполняет требуемые действия и посылает «отчѐт о проделанной работе». В зависимости от вида работы, для которой предназначен сервер, он и называется по-разному: файловый сервер, если он выполняет простые операции чтения-записи данных из файлов; принт-сервер, если он выполняет операции печати;
SQL-сервер, если он выполняет сложные операции поиска и извлечения данных из баз данных (запросы к такому серверу формируются на специальном языке Struc- tured Query Language — структурированном языке запросов).
Таблица 1 – Классификация сетевых технологий
Признаки классификации
Специализа-
ция
Способ
организации
Способ
связи
Состав ПК
Охват
территории
Универсаль- ные
Специализиро- ванные
Одноранговые
(одноуровне- вые)
Двухуровне- вые
Кабельные
(проводные)
Беспровод- ные
Спутниковые
Однородные
Неоднород- ные
Локальные
Территориаль- ные
(региональные)
Глобальные
В одноранговой технологии (одноуровневой, равноправной) функции рабочей стан- ции и сервера совмещены — пользовательский ПК может быть одновременно и сервером, и рабочей станцией. Каждый ПК в состоянии предоставлять другому ПК свои ресурсы или, наоборот, запрашивать их у другого.
В системе « файл-сервер» и «клиент-сервер» за счѐт специализации работ достигает- ся более высокая производительность сети, шире еѐ спектр и качество услуг. Однако од- норанговые сети дешевле и проще в эксплуатации.


13
По способу связи осуществляется классификация коммуникаций (каналов передачи данных), обеспечивающих движение информации между элементами сети. В кабельных тех- нологиях в качестве физической среды в каналах используются: плоский двухжильный кабель; витая пара проводов; коаксиальный кабель (например, различают тонкий ThinNet или CheaperNet и тол- стый ThickNet Ethernet); оптоволокно (световод).
Беспроводные сетевые технологии, использующие частотные каналы передачи дан- ных (средой является эфир), представляют в настоящее время развивающую альтернативу обычным проводным сетям и становятся все более привлекательными. Самое большое преимущество беспроводных технологий — это возможности, предоставляемые пользова- телям портативных компьютеров.
В спутниковых технологиях физической средой передачи данных также является эфир. Использование спутников оправдано в случае значительного удаления абонентов друг от друга при чрезмерном ослаблении посылаемых электромагнитных сигналов с большими посторонними шумами. Чтобы сигналы, направленные отправителем, не сме- шивались с аналогичными к получателю, при работе со спутником прокладываются два частотных канала — один для отправителя, другой для получателя, что позволяет избе- жать ошибок при передаче информации. Расположенные на геостационарных орбитах на высоте более 25 000 километров над экватором, спутники связи обладают преимущества- ми при сверхдальней связи. Ретрансляторы на борту спутников получают сигналы от на- земных станций и ретранслируют их на Землю. В качестве приѐмной антенны использу- ются терминалы сверхмалой аппаратуры VSAT (Very Small Aperture Terminal).
Сравнительно просто классифицируются сетевые технологии по составу ПК. Одно- родные сетевые технологии предполагают увязку в сети однотипных средств, разрабаты- ваемых одной фирмой. Подключение к такой сети средств других производителей возмож- но только при условии соблюдения в них стандартов, принятых в однородной архитектуре.
Другой подход состоит в разработке единой универсальной сетевой технологии независи- мо от типов применяемых в ней средств. Такие технологии называются неоднородными.
При выборе информационно-вычислительной сети пользователь, в первую очередь, решает вопрос о прикладной системе, т.е. о комплексе задач предметной области. Выбор прикладной системы предполагает, что она будет функционировать в некоторой про- граммной и технической среде. Поэтому прикладная система сразу накладывает ограни- чения на выбор общесистемного программного обеспечения и компьютеров, а также оп- ределяет требования к пропускной способности сети.



Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал