Архитектура сетей

Учебные вопросы

1. Архитектура сетей;
2. Аппаратные средства ЛВС;
3. Структурная организация ЛВС
4. Глобальные сети и средства связи

Сетью называется совокупность компьютеров, объединенных средствами передачи данных. Средства передачи данных в свою очередь в общем случае могут состоять из следующих элементов: связных компьютеров, каналов связи (спутниковых, телефонных, цифровых, волоконно-оптических, радио и других), коммутирующие аппаратуры, ретрансляторов, различного рода преобразователей сигналов и других элементов и устройств.

Архитектура сетей ЭВМ охватывает принципы построения и функционирования аппаратного и программного обеспечения элементов сети.

Современные сети можно классифицировать по различным признакам: удаленности компьютеров, топологии, назначению, перечню предоставляемых услуг, принципам управления (централизованные и децентрализованные), методам коммутации (без коммутации, телефонная коммутация, коммутация цепей, сообщений, пакетов и дейтаграмм.), видам среды передачи и т.д.

В зависимости от удаленности компьютеров сети условно разделяют на локальные и глобальные.

Произвольная глобальная сеть может включать другие глобальные сети, локальные сети, а также отдельно подключаемые к ней компьютеры (удаленные компьютеры) или отдельно подключаемые устройства ввода-вывода.

Глобальные сети (Wide Area Networks, WAN), которые также называют территориальными компьютерными сетями, служат для того, чтобы предоставлять свои сервисы большому количеству конечных абонентов, разбросанных по большой территории - в пределах области, региона, страны, континента или всего земного шара. Ввиду большой протяженности каналов связи построение глобальной сети требует очень больших затрат, в которые входит стоимость кабелей и работ по их прокладке, затраты на коммутационное оборудование и промежуточную усилительную аппаратуру, обеспечивающую необходимую полосу пропускания канала, а также эксплуатационные затраты на постоянное поддержание в работоспособном состоянии разбросанной по большой территории аппаратуры сети.

Типичными абонентами глобальной компьютерной сети являются локальные сети предприятий, расположенные в разных городах и странах, которым нужно обмениваться данными между собой. Услугами глобальных сетей пользуются также и отдельные компьютеры. Крупные компьютеры класса мэйнфреймов обычно обеспечивают доступ к корпоративным данным, в то время как персональные компьютеры используются для доступа к корпоративным публичным данным.

В локальных вычислительных сетях компьютеры расположены на расстоянии нескольких километров и обычно соединены при помощи скоростных линий связи со скоростью от 10 до 100 Мбит/с. ЛВС обычно разворачивают в рамках некоторой организации. Поэтому их иногда называют корпоративными системами или сетями.

Независимо от того, в какой сети работает некоторый компьютер, функции установленного на нем программного обеспечения условно можно разделить на две группы: управление ресурсами самого компьютера и управление обменом с другими компьютерами (сетевые функции).

Собственными ресурсами традиционно управляет ОС. Функции сетевого управления реализует сетевое ПО, которое может быть выполнено как в виде пакетов сетевых программ, так и в виде сетевой ОС.

Работа сети заключается в передаче данных от одного компьютера к другому. В процессе можно выделить следующие задачи:

- распознавание данных

- разбивка данных на управляемые блоки;

- добавить информацию к каждому блоку, чтобы указать местонахождение данных и указать получателя;

- добавить информацию синхронизации;

- добавить информацию для проверки ошибок;

- поместить информацию в сеть и отправить их по заданному адресу.

Сетевая операционная система при выполнении всех задач следует строгому набору процедур. Эти процедуры называются правилами поведения или протоколами. Протоколы регламентируют каждую сетевую операцию.

Стандартные протоколы позволяют программному и аппаратному обеспечению различных производителей нормально взаимодействовать.

Для упорядочивания разработки сетевого ПО и обеспечения взаимодействия любых вычислительных систем, Международная организация по Стандартизации (ISO) разработала эталонную модель взаимодействия открытых систем (модель OSI).

Понятие «Открытая система»

В широком смысле открытой системой может быть названа любая система (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), которая построена в соответствии с открытыми спецификациями.

Использование при разработке систем открытых спецификаций позволяет третьим сторонам разрабатывать для этих систем различные аппаратные или программные средства расширения и модификации, а также создавать программно-аппаратные комплексы из продуктов разных производителей.

В модели OSI сетевые функции распределены между семью уровнями. Каждому уровню соответствуют различные сетевые операции, оборудование и протоколы.

На рисунке представлена многоуровневая архитектура модели OSI. На каждом уровне выполняются определенные сетевые функции, которые взаимодействуют с функциями соседних уровней, лежащих выше и ниже. Например, Сеансовый уровень должен взаимодействовать только с Представительским и Транспортным уровнями.

7. Прикладной уровень

6. Представительский уровень

5. Сеансовый уровень

4. Транспортный уровень

3. Сетевой уровень

2. Канальный уровень

1. Физический уровень

Нижние уровни – 1 и 2-й – определяют физическую среду передачи данных и сопутствующие задачи (такие как передача битов данных через плату сетевого адаптера и кабель). Самые верхние уровни определяют, каким способом осуществляет доступ приложений к услугам связи. Чем выше уровень, тем более сложную задачу он решает.

Каждый уровень предоставляет несколько услуг, (то есть выполняет несколько операций), которые готовят данные для доставки по сети на другой компьютер. Уровни отделяют друг от друга границами – интерфейсами. Все запросы от одного уровня к другому передаются через интерфейс. Каждый уровень при выполнении своих функций использует услуги нижележащего уровня.

Задача каждого уровня - предоставить услуги вышележащему уровню.

Перед подачей в сеть данные разбиваются на пакеты. Пакет это единица информации, передаваемой между устройствами как единое целое. Пакет проходит последовательно через все уровни ПО. На каждом уровне к пакету добавляется некоторая информация, форматирующая или адресная, которая необходима для успешной передачи данных по сети.

На принимающей стороне пакет проходит через все уровни в обратном порядке. Программное обеспечение на каждом уровне читает информацию пакета, затем удаляет информацию добавленную к пакету на этом же уровне отправляющей стороной, и передает пакет следующему уровню. Когда пакет дойдет до Прикладного уровня, вся адресная информация будет удалена и данные примут свой первоначальный вид.

Таким образом, за исключением самого нижнего уровня сетевой модели, никакой иной уровень не может непосредственно послать информацию соответствующему уровню другого компьютера.

Рассмотрим семь уровней модели OSI.

Прикладной уровень. Самый верхний уровень модели OSI. Он обеспечивает доступ прикладных процессов к сетевым услугам. Этот уровень обеспечивает услуги, напрямую поддерживающие приложения пользователя, такие как ПО для передачи файлов, просмотра Web-страниц, доступа к базам данных и электронная почта.

Представительский уровень. Определяет формат, используемый для обмена данными между сетевыми компьютерами. Этот уровень можно назвать переводчиком. На представительском уровне компьютера-отправителя данные, поступившие от Прикладного уровня, переводятся в общепринятый промежуточный формат. На этом же уровне компьютера-получателя происходит обратный перевод: из промежуточного формата в тот, который используется Прикладным уровнем данного компьютера.

Сеансовый уровень. Позволяет двум приложениям на разных компьютерах устанавливать, использовать и завершать соединение, называемое сеансом. На этом уровне выполняются такие функции, как распознавание имен и защита, необходимые для связи двух приложений в сети. Сеансовый уровень обеспечивает синхронизацию между пользовательскими задачами посредством расстановки в потоке данных контрольных точек. Таким образом, в случае ошибки потребуется заново передать только данные, следующие за последней контрольной точкой. Этот уровень управляет диалогом между взаимодействующими процессами, то есть регулирует, какая из сторон, когда, как долго должна осуществлять передачу.

Транспортный уровень. Гарантирует доставку пакетов без ошибок, в той же последовательности, без потерь и дублирования. На этом уровне компьютера-отправителя сообщения переупаковываются: длинные разбиваются на несколько пакетов, короткие объединяются в один. Это увеличивает эффективность передачи пакетов по сети.

Сетевой уровень. Отвечает за адресацию сообщений и перевод логических адресов и имен в физические адреса. Одним словом, исходя из конкретных сетевых условий, приоритета услуги и прочих факторов здесь определяется маршрут от компьютера-отправителя к компьютеру-получателю. На этом уровне решаются также такие задачи и проблемы, связанные с сетевым трафиком, как коммутация пакетов, маршрутизация и перегрузки.

Канальный уровень. Осуществляет передачу кадров данных от С етевого уровня к Физическому. Кадры это логически организованная структура, в которую можно помещать данные. Канальный уровень компьютера-получателя упаковывает «сырой» поток битов, поступающих от Физического уровня, в кадры данных.

Физический уровень. Самый нижний в модели OSI. Этот уровень осуществляет передачу неструктурированного потока битов по физической среде. Здесь реализуются электрический, оптический, механический и функциональный интерфейсы с кабелем.

На этом уровне определяется способ соединения сетевого кабеля с платой сетевого адаптера, в частности, количество контактов в разъемах и их функции. Кроме того, здесь определяется способ передачи сигналов по сетевому кабелю.

Физический уровень предназначен для передачи битов (нулей и единиц) от одного компьютера к другому. Содержание самих битов на данном уровне значения не имеет.

Представленная семиуровневая модель описывает лишь общие принципы объединения разделенных средой передачи данных компьютеров.

Дата добавления: 2014-01-20