Основные понятия и сетевая терминология

При установлении связи между компьютерами в первую очередь необходимо наличие физического соединения между компьютерами. Данные в сети могут передаваться с помощью специального кабеля, по телефону или по радио. При передаче информации происходит физическое преобразование сигнала, так как сетевой кабель или телефонный провод имеет другие электрические характеристики, чем соединения шин компьютера. Поэтому необходимо обеспечить правильное преобразование информации в точке подключения сети. Для этого в компьютере используется сетевой адаптер (в случае кабеля) или модем (в случае соединения по телефону).

Сетевой адаптер запрограммирован на выполнение некоторых элементарных функций, связанных с передачей данных. Сетевой адаптер управляется процессором при помощи своих входов, которые идентифицируются с портами компьютера. Сетевой адаптер управляется командами, присылаемыми в порты, и далее он сам формирует управляющие сообщения, передаваемые по каналам связи, например, запрос к серверу. Сетевой адаптер принимает все сообщения, передаваемые по присоединенному каналу связи, и отбирает из них только те, которые адресованы данной рабочей станции. Полученное сообщение хранится в буфере сетевого адаптера до тех пор, пока станция не примет это сообщение. Если сообщение должно быть послано рабочей станцией, оно задерживается в буфере, пока не образуется перерыв в передаче данных по сети, после чего отправляется по каналу связи. Также сетевой адаптер обеспечивает проверку правильности передачи сообщения по сети и в случае неудачи повторяет сообщение.

Отдельные компьютеры вычислительной сети называются узлами сети, а линии передачи данных – каналами связи. Более точно, узлом сети называется место входа канала связи в компьютер или в другое устройство. Поскольку в месте входа всегда стоит сетевой адаптер, обычно узел сети отождествляется с сетевым адаптером. Если к компьютеру подсоединено несколько сетевых адаптеров, этот компьютеру соответствует несколько узлов сети.

Отдельные узлы локальной сети могут играть разную роль в этой сети. Часто сеть строится в форме центрального узла большей мощности и быстродействия, на котором хранится большинство данных, и менее мощных рядовых компьютеров, которые обращаются к центральному узлу за информацией. При подобной организации сети центральный компьютер называется сервером, а остальные компьютеры – рабочими станциями. Рабочие станции общаются только с сервером и не могут непосредственно обмениваться информацией между собой.

При более сложной организации локальной сети она может содержать несколько серверов, которые могут выполнять как сходные, так и различные функции. В зависимости от функции сервер может иметь разное название. Например, сервер телекоммуникаций обеспечивает связь данной локальной сети с внешним миром. Вычислительный сервер дает возможность производить вычисления, которые невозможно выполнить на рабочих станциях из-за их небольшой мощности. Дисковый сервер обладает расширенными ресурсами внешней памяти и предоставляет их в пользование рабочим станциям и, возможно, другим серверам. Файловый сервер предназначен для хранения файлов для всех рабочих станций. Если в сети функционирует информационная система, содержащая базу данных, и эта база содержится на сервере, то этот сервер называется сервером баз данных.

Сообщения, передаваемые по сети, с логической точки зрения состоят из наборов двоичных разрядов. По содержанию наборы разделяются на основные данные и служебную информацию. Прежде, чем сообщения физически будут переданы по каналу связи, они подвергаются многократному разрезанию и другой обработке. На разных этапах обработки фрагменты сообщений могут называться по-разному: датаграммы, пакеты, кадры.

Для расшифровки полученного набора необходимо наличие заранее утвержденных соглашений о способах оформления блоков данных, передаваемых по сети. Эти соглашения носят название протоколов. Используемых протоколов очень много. Многие протоколы описывают разные уровни обслуживания процесса передачи данных и выполняют разные функции. Однако существуют разные протоколы для выполнения сходных функций, однако они делают это по-разному. Формально протокол включает описание полей служебной информации, которые добавляются к отправляемому пакету для выполнения различных функций обслуживания передачи данных, и алгоритмов заполнения этих полей. Поэтому часто под протоколом понимают как собственно соглашения о структуре передаваемого пакета, так и программные модули, которые осуществляют обработку информации согласно тому или иному протоколу.

Необходимость протокола можно проиллюстрировать на простом примере. Первым действием при получении пакета является определение его границ – начала и конца (это действие называется синхронизацией пакета). Теоретически для этого можно придумать три способа:

¨ посылать пакеты заранее оговоренной постоянной длины;

¨ помечать конец пакета определенной комбинацией битов (достаточно длинной, чтобы вероятность встретить ее в самом пакете была практически равна нулю);

¨ указывать длину пакета в его начале.

Выбор одного из способов, длина сообщения в первом случае, маркер во втором случае, количество байтов, выделенных для указания длины сообщения в третьем случае, - все эти сведения являются элементами протокола, необходимыми для обработки сообщения.

Сетевым драйвером называется программа, непосредственно взаимодействующая с сетевым адаптером. Сетевым модулем называется программа, которая осуществляет обработку пакетов согласно тому или иному протоколу. Сетевой модуль взаимодействует с сетевым драйвером, программами сетевой операционной системы или другими сетевыми модулями. Драйвер сетевого адаптера и, возможно, другие модули, специфичные для физической сети передачи данных, предоставляют сетевой интерфейс.

Инициализацией канала называется установление логического соединения между взаимодейст­вующими узлами сети по запросу.

Блокированием называется операция разбиения передаваемой информации на блоки данных строго определенной конфигурации (включая опо­знава­тельные знаки начала блока и его конца).

Адресация обеспечивает идентификацию узлов сети, которые обмениваются друг с другом информацией во время взаимодей­ствия. При межсетевой передаче передаваемый пакет проходит через несколько компьютеров и несколько каналов связи. Структура каналов связи в сети часто достаточно сложна. Пакет, адресованный некоторому абоненту (то есть компьютеру), передается по этим каналам связи от одного узла сети к другому. Потенциально пакет может быть прочитан в любом узле, через который он проследовал. Поэтому при передаче сообщения обязателен механизм, позволяющий адресату сообщения определить, что пакет адресовано именно ему. Для этого пакет снабжается адресом, составленным по определенным правилам. Эти правила входят в транспортный протокол, если адресат находится вне локальной сети, или в сетевой протокол, если передача происходит внутри локальной сети.

Обнаружение ошибок связано с установкой битов четности и вы­числением контрольных сумм до и после передачи. Несовпадение контрольных сумм свидетельствует об ошибках передачи.

Шлюзом называется компьютер локальной сети вместе со специальной программой, которые обеспечивают выход во внешнее пространство и через который проходят все сообщения, адресованные извне в данную ЛВС или вовне из данной сети. В зависимости от функционального назначения шлюз может иметь дополнительное наименование. Например, шлюз прикладного обеспечения может преобразовывать сообщения электронной почты из одного формата в другой.

Мост – это узел сети, через который соединяются две сети, построенные по одной и той же технологии. Под мостом понимается как компьютер, так и соответствующая программа. Мост анализирует адресаты всех сообщений, проходящих по обеим сетям. Те из них, которые адресованы своей сети, он не трогает, а сообщения, адресованные другой сети, он запускает в этой второй сети. Мосты могут соединять сети с различными протоколами.

Маршрутизатор (пакетный коммутатор) необходим, когда существует вариативность соединений, позволяющая отправить данные несколькими способами. Он использует таблицу, описывающую сетевую структуру. В отличие от моста он имеет свой адрес в сети и может использоваться для промежуточного хранения информации. Роль маршрутизатора исполняет один из компьютеров сети. Если мосты анализируют адреса сообщений и тратят много времени на их сортировку, то маршризаторы не способны анализировать сообщения. Зато они могут выбрать оптимальный маршрут выбора пути следования сообщения между сетями.

Брандмауэром называется такой шлюз локальной сети, который анализирует входящие и исходящие сообщения, защищая сеть от несанкционированного доступа и не давая возможности передавать вовне служебную информацию.

Трафиком сети называется собственно процесс прохождения сигналов по линиям связи. Иногда трафиком сети называют общий объем переданной по сети информации. Быстродействие сети – это максимальный объем, который может быть передан по каналу связи в единицу времени.

Шинный арбитраж – это алгоритм, задающий правила, по которым разрешаются конфликты в сети, связанные с одновременной передачей сообщений. Существует два метода шинного арбитража: метод прослушивания канала и передача маркера. При первом методе сетевой адаптер прослушивает канал и начинает передачу только тогда, когда по сети не идет сигнал. При втором методе признаком незанятости канала связи является сигнал специальной конфигурации – маркер. Когда компьютер хочет послать сообщение, он дожидается маркера, и посылает вместо маркера сообщение. После окончания передачи маркер снова посылается по сети.

Часто сообщение от модуля более высокого уровня разбивается на более мелкие пакеты. Это разбиение называется коммутацией пакетов. Отдельные пакеты сообщения отправляются по отдельности. При этом возникает естественная проблема образования сообщения из составляющих его пакетов. Для этого пакет снабжается информацией о его месте в сообщении.

Текущая нумерация блоков позволяет установить ошибочно переда­ваемую или поте­рявшуюся информацию.

Управление потоком данных служит для распределения и синхрони­зации ин­формаци­онных потоков. Передача данных в сети требует управления потоками данных. Дело в том, что разные каналы в сети и разные узлы сети могут иметь разные скорости передачи и обработки данных. В этом случае более медленное устройство (например, принтер) должно иметь буфер для хранения порций данных. В результате данные в некоторых узлах могут накапливаться. Необходимо предусмотреть механизм такого накапливания и дальнейшей передачи.

Необходим механизм защиты сообщений, передаваемых по каналу связи и предназначенных определенному адресату, от прочтения его другим адресатом. Для этого аппаратное и программное обеспечение, управляющее распределением и контролем передачи данных в сети, должно иметь механизм обеспечения доступа к приему и передаче сообщений. Распределение, контроль и управление ограничениями доступа к данным вме­няются в обязанность пункта разрешения доступа (например, "только передача" или "только прием").

Методы восстановления используются после прерывания процесса передачи данных вследствие сбоя для того, чтобы вернуться к определенному положению для повтор­ной передачи инфор­мации.

Дата добавления: 2014-10-17