сеть передачи данных

Сети ЭВМ, литература
Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети
(принципы, технологии, протоколы). - Спб: Изд. "Питер",
1999.- 672 с.
Казаков С.И. Основы сетевых технологий. - М.:
Микроинформ, 1995.
Компьютерные сети. Учебный курс/ Перевод с англ.- М.:
Издательский отдел «Русская редакция».- 1997. – 696 с.
Бэрри Нанс. Компьютерные сети: Пер. с англ. - М.:
БИНОМ, 995.
Администрирование сети на основе MS Windows 2000.
Учебный курс MCSE. – М.: Издательство «Русская
редакция», 2001.
Системы телеобработки и вычислительные сети/ В.М.
Богданов, В.П. Данилочкин. - М.: Высшая школа, 1989.
Фред Халсалл. Передача данных, сети компьютеров и
взаимосвязь открытых систем: Пер. с англ. - М.: Радио и
связь, 1995.
Предмет и задачи курса

Предмет курса - вычислительные сети, их
организация, архитектура, планирование,
сопровождение и администрирование
Задачи курса:
 изучить основные понятия и наиболее важные
характеристики программных и аппаратных компонент;
 изучить принципы работы, назначение и функции
сетевого оборудования (повторители, концентраторы,
мосты, маршрутизаторы);
 типовые структуры вычислительных сетей, назначение
основных элементов сетевых операционных систем;
 принципы межсетевого взаимодействия;
 выполнить лабораторные работы с целью приобретения
навыков администрирования локальной компьютерной
сети.
Зачем нужны компьютерные сети?





Экономия дискового пространства за счет
использования одних и тех же копий файлов
и прикладного программного обеспечения
Совместное использование всеми
пользователями сети общих ресурсов
(телекоммуникации, принтеры, сканеры и
т.д.)
Уменьшение стоимости обслуживания
персональных компьютеров за счет
централизации администрирования
Использование локальной сети для
передачи информации
Растущее число программных продуктов
является многопользовательскими
(сетевым), характерный пример такого ПО СУБД
Зачем нужны компьютерные сети?


Основной вывод - вычислительные сети
помогают сэкономить деньги. Причем
экономия на аппаратных средствах
составляет (если она вообще есть) лишь
небольшую часть из общей доли, а
основной выигрыш - уменьшение
непроизводительных затрат рабочего
времени сотрудников.
Во многих случаях ЛВС просто необходима
компании для нормального
функционирования, например, если она не
может обойтись без совместного
использования информации
несколькими сотрудниками
Назначение сетей (для организации)






управление совместным использованием
информационных ресурсов предприятия (данные и
устройства) и улучшение доступа к данным
повышение надежности функционирования
предприятия за счет обеспечения защиты и
сохранности данных
повышение экономической эффективности за счет
гибкой организации работы информационных систем
(централизованное администрирование)
обеспечение групповой работы пользователей и
оперативного доступа к централизованной
информации
обеспечения взаимодействия с филиалами и
заказчиками
создание информационных систем, позволяющих
автоматизировать деятельность предприятия
Назначение сетей (для индивидуальных
пользователей
доступ к удаленной информации
(news, WWW)
 электронная коммерция
 общение с другими людьми (news, email, video conference)
 развлечение

Социальное влияние
нанесение финансового ущерба
организациям и гражданам
 интернациональный статус сетей
 использование ресурсов
организации в личных целях
(использование служебного
положения, анонимки и т.д.)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ - Вычислительная сеть
(ВС) — это совокупность компьютеров и
специализированных коммуникационных
устройств, соединенных линиями связи


С точки зрения взаимосвязи компьютеры
и коммуникационные устройства
являются узлами сети.
С точки зрения функционирования ВС,
компьютеры и коммуникационные
устройства можно объединить понятием
функциональное устройство сети.
Классификация сетей
Передача
Два общепризнанных фактора различения
сетей:
 технология передачи данных (или
установления соединения)
 пространственный масштаб сети
Масштаб
Основные технологии передачи


вещание (от одного ко многим) - единый
канал передачи данных, который
используют все узлы сети; короткое
сообщение (пакет), имеющее специальную
структуру, отправленное из одного узла,
получают все другие узлы сети
точка-точка
–
каждая
пара
узлов
соединяется индивидуальным каналом;
прежде чем пакет достигнет адресата, он
проходит через несколько промежуточных
узлов; в таких сетях возникает потребность
в маршрутизации
Вещание
Точкаточка
Масштаб сети







потоковая машина (совокупность плат в
одном шасси, например встраиваемые
системы)
многомашинный комплекс (система)
локальная сеть (комната, здание) – LAN
корпоративная сеть (несколько зданий,
район) - EAN
городская сеть (город, несколько районов) MAN
региональная сеть (область, страна) - WAN
глобальная сеть (континент, планета) Internet
ЛВС

Локальная Вычислительная Сеть
(ЛВС или LAN - Local Аrеа Network) это набор аппаратных средств и
алгоритмов, обеспечивающих
соединение компьютеров, других
периферийных устройств (принтеров,
дисковых контроллеров и т.п.) и
позволяющих им совместно
использовать общую дисковую память,
периферийные устройства,
обмениваться данными
Структура ЛВС
Т
ПК
СА
ПК
СА
Прин
тер
СА
Сервер
СА
Т
Т
МиниВМ
СА
Моноканал
Корпоративная сеть

По назначению, составу
функциональных устройств, базовому
программному обеспечению
корпоративная сеть (Enterprais Area
Network) близка к ЛВС. Основное
отличие состоит в большем масштабе
и использовании разнородных
вычислительных платформ и
физических сред для организации сети
Городская сеть


Городская вычислительная сеть (MAN Metropolitan
Area
Network)
охватывает
несколько зданий в пределах одного города
либо город целиком. Объединяет несколько
корпоративных
сетей.
Содержит
маршрутизаторы. Как правило, поддерживает
интегральные
стандарты
передачи
информации (данных, голоса, изображения).
Базируется на нескольких стандартах для
сред передачи данных.
Основная причина выделения этой категории
сетей - для них был создан специальный
стандарт IEEE 802.6 - DQDB - двойная
магистраль с распределенной очередью
(Distributed Queue Dual Bus
Региональная сеть




Региональная вычислительная сеть (WAN Wide Area Network) охватывает крупные
географические области, такие как край,
область, страна.
Сеть состоит из множества узлов, на
которых
пользователи
запускают
приложения. Эти узлы называют хостами
(host).
Хосты
подсоединены
к
коммуникационной подсети.
Подсеть состоит из коммуникационных
каналов (их также называют линиями,
магистралями)
и
маршрутизирующих
элементов.
Принцип коммутации пакетов - наиболее
часто используемый при построении WAN.
Топология соединения узлов
Глобальная вычислительная сеть
В конце 70-х годов был предложен способ построения
вычислительных
сетей, объединяющих ВМ с
помощью базовой сети передачи данных (СПД). ВМ
подключаются к узлам базовой сети передачи
данных, чем обеспечивается возможность обмена
данными между любыми парами ВМ. Совокупность
ВМ, объединенных сетью передачи данных,
образует глобальную вычислительную сеть.
Глобальная вычислительная сеть - композиция базовой
сети передачи данных, ЛВС или терминальной сети.
ВМ
УС
ВМ
СПД
УС
ВМ
УС
ВМ
Понятие архитектуры
Архитектура системы является емким понятием и
включает три вида взаимосвязанных структур:
физическую, логическую и программную.
Под архитектурой вычислительной сети
понимаются принципы построения сети,
выражающие единство физической (структура и
схема связей физических элементов), логической
(принципы установления связей, алгоритмы
организации процессов ввода-вывода, хранения,
логика взаимодействия программных средств) и
программной структур
Взаимодействие двух рабочих станций в сети
Прикладная
программа 1
Прикладная
программа 1
Протокол обмена
данными
Сетевая
операцио
нная
система
Интерфейсное
оборудование
Протокол обмена
данными
Интерфейсное
оборудование
РС1
Сеть
предачи
данных
РС2
Линия связи или Среда передачи данных
Программные и аппаратные средства для обеспечения
взаимодействия двух узлов
Простая сеть из двух узлов
В простейшем случае сеть передачи данных состоит из
устройств передачи данных, устанавливаемых на узлах и
линии связи между ними
Компоненты, необходимые для обмена данными



сеть передачи данных - обеспечивает обмен данными
между станциями на физическом уровне (уровне
сигналов);
протоколы обмена данными - обеспечивают
логическое соединение между рабочими станциями,
контролируют и управляют обменом данными между
рабочими станциями по сети передачи данных;
сетевая операционная система - контролирует и
управляет взаимодействием устройств и пользователей
в сети.
Для того, чтобы различные станции могли взаимодействовать,
интерфейсное оборудование, линия связи, протоколы обмена
данными должны быть одного типа или стандарта
АРХИТЕКТУРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ



иерархические сети;
сети клиент/сервер
гибридные
Центральный Компьютер (мейнфрейм)
Жесткие Диски
Принтер
Терминал Пользователей
ОБЪЕДИНЕНИЕ УЗЛОВ ЧЕРЕЗ HUB
Топология похожа на архитектуру с MF, а
логически совершенно иная архитектура
ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ИЕРАРХИЧЕСКИХ
СИСТЕМ
ДОСТОИНСТВА:
отработанная технология обеспечения
отказоустойчивости, сохранности данных;
 надежная система защиты информации и
обеспечения секретности;
 накоплен богатый опыт использования таких
систем.
Недостатки:
 высокая стоимость аппаратного и
программного обеспечения
 высокие эксплуатационные расходы;
 быстродействие и надежность сети зависят от
майнфрейма.

СЕТИ КЛИЕНТ-СЕРВЕР
В системах клиент/сервер нагрузка по обработке
данных распределена между клиентом и сервером,
поэтому требования к производительности
компьютеров, используемых в качестве клиента и
сервера, значительно ниже, чем в иерархических
системах
По организации взаимодействия принято выделять
три типа систем:
•равноправная сеть
•сеть с выделенным сервером
•комбинированная сеть.
РАВНОПРАВНАЯ (ОДНОРАНГОВАЯ СЕТЬ)
Равноправная Сеть (Peer-to-Peer Network) - это сеть, в
которой нет единого центра управления
взаимодействием рабочих станций, нет единого
устройства хранения данных.
Операционная система такой сети распределена по
всем рабочим станциям, поэтому каждая рабочая
станция одновременно может выполнять функции как
сервера. Пользователю в такой сети доступны все
устройства (принтеры, жесткие диски и т.п.),
подключенные к другим рабочим станциям.
СЕТИ С ВЫДЕЛЕННЫМ СЕРВЕРОМ
В сетях с выделенным сервером (Dedicated-Server
Network) один из компьютеров выполняет
функции хранения данных общего пользования,
организации взаимодействия между рабочими
станциями, выполнения сервисных услуг.
Такой компьютер принято называть сервером сети
Сервер сети (Server) - компьютер, подключенный к сети и
выполняющий для клиентов сети определенные услуги, в
зависимости от функционального назначения сервера
(например хранение данных - файловый сервер, печать
заданий - сервер печати, удаленная обработка заданий сервер удаленного доступа
ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ СЕТЕЙ С ВЫДЕЛЕННЫМ
СЕРВЕРОМ
Достоинства:
выше скорость обработки данных (быстродействие
определяется быстродействием центрального
компьютера);
 обладает надежной системой защиты информации и
обеспечения секретности;
 проще в администрировании и управлении доступом
к данным по сравнению с равноправными сетями.
Недостатки:
 требуется отдельный компьютер под сервер сети,
поэтому обычно такая сеть дороже;
 быстродействие и надежность сети зависят от
компьютера, используемого в качестве сервера сети;
 сеть с выделенным сервером менее гибкая по
сравнению с равноправной.
ГИБРИДНАЯ СЕТЬ ПРЕДПРИЯТИЯ
АДРЕСАЦИЯ УЗЛОВ В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ
Требования к адресации узлов в вычислительной сети:
 Адрес должен уникально идентифицировать узел в сети
любого масштаба
 Адрес должен иметь иерархическую структуру, удобную
для построения больших сетей
 Адреса компьютеров должны быть удобны для
пользователей сети
 Адрес должен иметь компактное представление, чтобы
обработка адреса не занимала много времени
Три схемы адресации:
 Аппаратные адреса - не имеют иерархической структуры,
используются в небольших сетях (например, физический
адрес в сетях Ethernet);
 Символьные адреса (или имена) - обычно несут смысловую
нагрузку, имеют сложную иерархическую структуру;
 Числовые адреса - для работы в больших сетях используют
числовые адреса фиксированного формата (IP- IPX-адреса)
Понятие открытой системы
Теоретическую основу современных
информационных сетей определяет Базовая
эталонная модель Международной организации
стандартов (ISO) – стандарт ISO 7498.
ЭТО основа методологии организации взаимодействия
прикладных процессов выполняемых в различных узлах
сети.
Определение. Систему, удовлетворяющую
требованиям стандартов ISO, именуют открытой
системой
Модель OSI - принцип слоистой архитектуры
В модели OSI несколько уровней протоколов образует так
называемый
стек протоколов, в котором каждый протокол работает на своем
уровне
Уровневая структура модели OSI
все
функции сети разделены на уровни, которые взаимодействуют между собой
через интерфейс
такая слоистая структура позволяет модифицировать и даже заменять любой
уровень, не затрагивая все остальные
деление на уровни дает возможность максимально упростить реализацию
каждого из них.
ИНТЕРФЕЙС И ПРОТОКОЛ
Понятия "интерфейс" и "протокол", в сущности,
обозначают одно и то же, а именно - формализовано
заданные процедуры взаимодействия компонент,
решающих задачу связи компьютеров в сети.
Понятие "протокол" чаще применяют при описании
правил взаимодействия компонент одного уровня,
расположенных на разных узлах сети
Понятие "интерфейс" - при описании правил
взаимодействия
компонентов
соседних
уровней,
расположенных в пределах одного узла.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДЕЛИ OSI
Семиуровневая Модель OSI - форма описания информационной
системы, ее структуры, входящих в нее компонентов, а также
правил и процедур взаимодействия элементов информационной
системы в процессе работы
NETWORK LAYER - СЕТЕВОЙ УРОВЕНЬ
Адрес сети АА
Адрес сети АА
Адрес узла 3
Адрес сети АC
ROUTER
Адрес сети АА
Адрес узла 10
Адрес сети АC
Адрес узла 5
Адрес сети АВ
Адрес узла 12
Адрес сети АВ
Адрес узла 10
Пример сети, состоящей из нескольких сетей (интерсеть)
DATA LINК LAYER - КАНАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ
Простой кадр данных
PHYSICAL LAYER - ФИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ
Физический уровень определяет механические и электрические
характеристики передающей среды и интерфейсного оборудования.
Уровень определяет количество и назначение контактов на сетевых
разъемах, в каком виде передаются биты, какие типы кабеля могут
использоваться и т.п.
Функции на этом уровне обеспечивают
установление, поддержку и разрыв физического соединения между
узлами сети по запросу от канального уровня.
На этом уровне посылка рассматривается как
последовательность битов
Стандартные стеки протоколов
Примеры популярных стеков протоколов:
•стек IPX/SPX фирмы Novell
•стек TCP/IP, используемый в сети Internet, UNIX
•стек
OSI
международной
стандартизации
организации
по
•стек DECnet корпорации Digital Equipment
•стек NetBEUI/SMB, применяемый в сетях Windows NT.
В коммуникационном оборудовании реализуются протоколы
нижних уровней, которые в большей степени
стандартизованы, чем протоколы верхних уровней, и это
является предпосылкой для успешной совместной работы
оборудования различных производителей
Стандартные стеки протоколов
Компьютеры реализуют коммуникационные протоколы
в виде соответствующих программных элементов
сетевой операционной системы, например, протоколы
канального уровня, как правило, выполнены в виде
драйверов сетевых адаптеров, а протоколы верхних
уровней в виде серверных и клиентских компонент
сетевых сервисов.
На нижних уровнях - физическом и канальном практически во всех стеках используются одни и те же
протоколы.
Это хорошо стандартизованные протоколы Ethernet,
Token Ring, FDDI
Стек OSI
Сервисы прикладного уровня включают передачу файлов,
эмуляцию терминала, службу каталогов и почту. Наиболее
перспективны:
- служба каталогов (стандарт Х.500)
- электронная почта (Х.400)
- протокол виртуального терминала (VT)
- протокол передачи, доступа и управления файлами (FTAM)
- протокол пересылки и управления работами (JTM)
Рекомендации Х.400 описывают модель системы обмена сообщениями,
протоколы взаимодействия между компонентами системы, а также множество
видов сообщений и возможности, которыми обладает отправитель по каждому
виду отправляемых сообщений
Стек TCP\IP
Модель TCP/IP - яркий пример открытой системы в том смысле, что, в
отличие от протоколов, используемых в коммуникационных системах
разных поставщиков, все спецификации этого стека протоколов и
многие из его реализаций общедоступны
Соответствие стека TCP\IP модели OSI
Простой кадр данных
Четыре уровня стека протоколов
TCP/IP






file transport protocol (FTP)
hypertext transfer protocol (HTTP)
simple mail transport protocol (SMTP)
domain name service (DNS)
trivial file transport protocol (TFTP)
user datagram protocol (UDP)
Уровень приложений TCP/IP
За долгие годы использования в сетях различных стран и
организаций стек TCP/IP вобрал в себя большое
количество протоколов прикладного уровня
Транспортный уровень
Как и в модели OSI, его задача — обеспечить связь точка-точка между двумя
равнозначными активностями. В рамках TCP/IP модели было разработано два
транспортных протокола
Транспортный уровень
TCP и UDP идентифицируют приложения по 16-битным номерам
портов (сокетам). Серверы приложений обычно имеют заранее
известные номера портов
Клиент приложения
обычно "не
интересуется" номером
своего порта для
транспортного уровня,
который он использует.
Ему лишь необходимо
гарантировать, что этот
номер уникален для
данного хоста
Межсетевой уровень
В качестве основного протокола межсетевого уровня в стеке используется
протокол Internet Protocol (IP), который изначально проектировался как
протокол передачи пакетов в сетях, состоящих из большого количества
локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями
Межсетевой уровень
На межсетевом уровне используются специальные протоколы разрешения
адресов ARP (Adress Resolution Protocol) и RARP (Reverse Adress Resolution
Protocol). Эти протоколы применяются только в определенных типах
физических сетей (Ethernet и Token Ring) для преобразования адресов сетевого
уровня в адреса физической сети и обратно