Интернет-технологии

Рис. 5.2. Беспроводная ЛВС

Беспроводные локальные сети используют 4 способа передачи данных: инфракрасное излучение, лазерное излучение, радиопередачу в узком спектре (одночастотная передача) и радиопередачу в рассеянном спектре.

5.3.1. Инфракрасные и лазерные беспроводные ЛВС

Все инфракрасные беспроводные сети используют для передачи данных инфракрасные лучи. В подобных системах необходимо генерировать очень сильный сигнал, т. к. на него оказывают влияние другие источники, например, окна.

Этот способ обеспечивает большую скорость передачи, т. к. инфракрасный свет имеет широкий диапазон частот. Инфракрасные сети нормально функционируют на скорости 10 Мбит/с. Различают 4 типа инфракрасных сетей:

1) Сети прямой видимости (между приемником и передатчиком).

2) Сети на рассеянном излучении. Сигнал отражается от стен и потолка и, в конце концов, достигает приемника. Дальность до 30 м. Скорость передачи невелика, т. к. все сигналы отраженные.

3) Сети на отраженном излучении. Оптические трансиверы компьютеров передают сигналы в определенное место, откуда они переадресуются другому компьютеру.

4) Широкополосные оптические сети предоставляют услуги, соответствующие жестким требованиям мультимедийной среды и практически не уступают кабельным системам.

Среди основных достоинств инфракрасных сетей можно отметить:

Ø скорость;

Ø удобство использования.

К недостаткам использования этого класса сетей можно отнести:

Ø трудности при передаче сигналов на расстояние более 30 м;

Ø подверженность помехам со стороны сильных источников света, которые есть в большинстве организаций.

	Луч

:

Персональные компьютеры

Принтер

;

:

Рис. 5.3. Беспроводная ЛВС с использованием лазерного излучения

Лазерная технология (рис. 5.3) похожа на инфракрасную тем, что требует прямой видимости между приемником и передатчиком. Если по каким-либо причинам луч будет прерван, прервется и передача.

5.3.2. Беспроводные ЛВС с радиопередачей данных

При одночастотной радиопередаче пользователи настраивают передатчики и приемники на определенную частоту. Этот способ похож на вещание обычной радиостанции. Прямая видимость необязательна; площадь вещания около 4,5 км². Сигнал высокой частоты, используемый при этом методе, не проникает через металлические или железобетонные преграды. Доступ к такому способу связи достигается через поставщика услуг, например, Motorola.

При радиопередаче в рассеянном спектре сигналы передаются в некоторой полосе частот. Доступные частоты разделены на каналы (или интервалы).

Адаптеры в течение определенного промежутка времени настроены на один интервал, после чего переключаются на другой интервал. Переключение всех компьютеров в сети происходит синхронно.

Есть сети, построенные по данной технологии, работающие со скоростью до 2 Мбит/с на расстояние до 3,2 км на открытом пространстве и до 120 м – внутри здания. Это тот случай, когда технология позволяет получить по-настоящему беспроводную сеть.

Если компьютеры оснастить сетевыми адаптерами Xircom CreditCard Netware и ОС Windows 95/98 или Windows NT, то они могут без кабеля функционировать как одноранговые сети.

Хост-трансивер

r:::

:::

Рис. 5.4. Беспроводные ЛВС с радиопередачей данных

Если уже работает сеть на основе Windows NT Server, то к ней можно подключить сегмент беспроводной сети, если к одному из компьютеров добавить устройство Netware Access Point (рис. 5.4). Это устройство выполняет роль хост-трансивера.

5.4. Мобильные сети

В беспроводных мобильных сетях в качестве среды передачи выступают телефонные системы и общественные службы. Различают 3 основных способа организации таких сетей (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Способы организации мобильных сетей

Работники, которые постоянно находятся в разъездах, могут воспользоваться мобильными сетями. Имея при себе переносной компьютер, они могут обмениваться электронной почтой, файлами, и другой информацией, как с центральным офисом, так и между собой.

Такая форма связи удобна, но пока довольно медленна. Скорость передачи от 8 до 34 Кбит/с. А если запущена система коррекции ошибок, то и еще меньше. Для подключения переносных компьютеров к основной сети применяют беспроводные адаптеры, использующие технологию сотовой связи. Небольшие антенны переносных компьютеров связывают их с окружающими радио ретрансляторами.

При пакетном радио соединении данные разбиваются на пакеты (подобные сетевым пакетам), в которых содержится информация:

- адрес источника;

- адрес приемника;

- информация для коррекции ошибок.

Пакеты передаются на спутник, который их транслирует в широковещательном режиме. Затем устройства с соответствующим адресом принимают эти пакеты.

Сотовыецифровые пакеты данных используют ту же технологию, что и сотовые телефоны. Они передают данные по существующим для передачи речи сетям в те моменты, когда эти сети не заняты. Это очень быстрая технология связи с задержкой в доли секунды, что делает ее вполне приемлемой для передачи в реальном масштабе времени.

Микроволновая система (рис. 5.6) включает в себя: два радиотрансивера - один для генерации сигналов, другой для приема и две направленные антенны. Они нацелены друг на друга, чтобы осуществлять прием сигналов, передаваемых трансиверами, и работают в зоне прямой видимости либо между собой (1), либо через спутник (2).

	Рис. 5.6. Микроволновая система

На сегодня микроволновая технология - наиболее распространенный в США способ передачи данных на большие расстояния. Она позволяет организовать взаимодействия между зданиями в небольших компактных системах, например, университетских городках.

Лекция 9-10. 6. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СЕТИ

6.1. Базовая эталонная модель архитектуры сети

Аппаратное и программное обеспечение, работающие в сети, разрабатываются в разных фирмах. Для того чтобы оно было совместимо между собой, международной организацией по стандартам (ISO) была разработана базовая эталонная модель открытых систем (OSI – Open System Interconnection model).

Эта модель описывает многоуровневую архитектуру сети, при которой все сетевые функции разделены на семь уровней (рис. 6.1). Каждому уровню соответствуют определенные сетевые операции, оборудование и протоколы.

Протокол – это четко определенный набор правил и соглашений для взаимодействия одинаковых уровней сети.

Интерфейс определяет услуги, которые нижний уровень предоставляет верхнему и способ доступа к ним.

Задача каждого уровня – предоставление услуг вышестоящему уровню, «маскирую» детали реализации этих услуг. Когда два компьютера в сети работают друг с другом, каждый из сетевых уровней обменивается данными с себе подобным (на основе протокола этого уровня).

Эта логическая или виртуальная связь изображена на рис. 6.2. пунктирной линией. Однако реальная передача данных происходит на самом нижнем – физическом уровне, где находится физическая среда передачи (сетевой кабель). Т. е. на самом деле данные перемещаются:

- сверху вниз от прикладного уровня к физическому;

- в рамках физического уровня горизонтально по сетевому кабелю к компьютеру – приемнику данных;

- полученные данные затем двигаются вверх по уровням сетевой

Сетевая модель ISO/OSI определяет сеть в терминах нескольких функциональных уровней. Каждый сетевой уровень включает строго определенные функции и применяет для этого один или несколько протоколов:

· физический уровень передает данные по сетевым каналам и включает в себя аппаратные средства, необходимые для этого;

· канальный - предохраняет данные от повреждения на физическом уровне;

· сетевой - передает данные от одного сетевого компьютера к другому;

· транспортный - передает данные от одного приложения к другому;

· сеансовый – это сетевой интерфейс пользователя;

· представительский - занимается проблемами сетевого интерфейса к принтерам, мониторам и преобразованием форматов файлов;

· прикладной – это набор широко используемых сетевых приложений.

6.2. Основные функции уровней модели OSI

Каждый из семи уровней определяет перечень услуг, которые он предоставляет смежным уровням, реализуя определенный набор сетевых функций.

1. Физический уровень

- обеспечивает физический путь для передачи кодированных сигналов;

- устанавливает характеристики этих сигналов (амплитуда, частота, длительность и т.д.);

- определяет способ соединения СА с кабелем, тип разъемов, способ передачи;

- обеспечивает поддержку потока битов, содержание которых на этом уровне не имеет значения;

- отвечает за кодирование данных и синхронизацию битов.

2. Канальный уровень

- определяет правила совместного использования физического уровня узлами сети;

- передает информацию адресованными порциями – кадрами;

- определяет формат кадра и способ, согласно которому узел сети решает, когда можно передать или принять кадр. Используется два основных типа кадров (рис. 6.3).

Кадры данных содержат сообщения верхних уровней (пакеты). Другие кадры, такие как маркеры или подтверждения приема, используют методы обнаружения и коррекции ошибок. С точки зрения верхних уровней, канальный и физический обеспечивают безошибочную передачу пакетов данных.

Пример. В состав любого пакета входит информация для контроля правильности передачи. Так в трейлер пакета Интернет записывается контрольная сумма (КС) пакета. Она получается путем разбиения пакета на сегменты по 16 бит, которые представляются целыми числами, складываются и записываются в трейлер.

При приеме вычисляется новая КС и сравнивается с принятой. Если они равны, то посылается подтверждение и выдается новый пакет. Если не равны, то посылается сообщение «несовпадение» и передача пакета повторяется.

Если пакет не дошел или не дошел сигнал подтверждения, передающая станция, не получив пакет в течение некоторого времени, посылает пакет еще раз (реализую, так называемый, режим "time-out") (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Пример передачи пакетов данных

Это только иллюстрация подхода к обмену пакетами данных в ЛВС. Существуют более мощные методы защиты от ошибок, а также алгоритмы переспроса и повторения пакетов.

3. Сетевой уровень

Отвечает за буферизацию и маршрутизация в сети. Маршрутизация – существенная функция при работе в глобальных сетях (с коммутацией пакетов), когда необходимо определить маршрут передачи пакета, выполнить перевод логических адресов узлов сети в физические.

Рис. 6.5. Буферизация в сети

В ЛВС между любой парой узлов есть прямой путь (маршрут), поэтому основная функция этого уровня сводится к буферизации пакетов (рис. 6.5).

4. Транспортный уровень

- с передающей стороны переупаковывает информационные сообщения: длинные разбиваются на несколько пакетов, короткие объединяются в один;

- с принимающей стороны собирает сообщения из пакетов.

Так как сетевой уровень обеспечивает буферизацию, то несколько узлов могли передать свои сообщения в один и тот же узел сети. Моменты прибытия пакетов могут чередоваться. Задача этого уровня – правильная сборка пакетов каждого сообщения без смещения и потерь (рис. 6.6).

	сетевой

Рис. 6.6. Сборка пакетов

Транспортный уровень является границей, выше которой в качестве единицы информации рассматривается только сообщение, ниже – управляемый сетью пакет данных.

5. Сеансовый уровень

Позволяет двум приложениям на разных рабочих станциях устанавливать, использовать и завершать соединение, называемое сеансом. Сеанс создается по запросу процесса пользователя. В запросе определены: назначение сеанса связи (адрес); партнер, например, соответствующий прикладной процесс в другом узле.

Сеанс может начаться только в том случае, если прикладной процесс партнера активен и согласен связаться. На этом уровне выполняются такие функции, как распознавание имен и защита, необходимые для связи двух приложений в сети. Любой пользователь, введя имя и пароль и вошедший в сеть, создает сеанс.

6. Уровень представления

Его функция заключается в преобразовании сообщений, используемых прикладным уровнем, в некоторый общепринятый формат обмена данными между сетевыми компьютерами.

Целью преобразования сообщения является сжатие данных и их защита. В интерфейсе выше этого уровня поле данных сообщения имеет явную смысловую форму; ниже этого уровня поле данных сообщений и пакетов рассматривается как передаточный груз и их смысловое значение не влияет на обработку (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Сообщение на уровне представления

На этом уровне работает утилита ОС, называемая редиректор. Ее назначение – переадресовать операции ввода/вывода к ресурсам сервера.

7. Прикладной уровень

Представляет собой окно для доступа прикладных процессов к сетевым услугам. Он обеспечивает услуги, напрямую поддерживающие приложение пользователей, такие как программное обеспечение для передачи файлов, доступа к БД и электронной почтой. Прикладной уровень управляет:

Ø общим доступом к сети;

Ø потоком данных;

Ø обработкой ошибок.

Основная идея модели OSI заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль. Благодаря этому общая задача передачи данных расчленяется на ряд отдельных легкообозримых задач.

6.3. Назначение протоколов

Операционная система управляет ресурсами компьютера, а сетевая операционная система обеспечивает управление аппаратными и программными ресурсами всей сети. Тем не менее, для передачи данных в сети нужен еще один компонент – протокол.

Протокол – это правила и технические процедуры, позволяющие нескольким компьютерам при объединении в сеть общаться друг с другом. Отметим три основных момента, касающихся протоколов:

1. Существует множество протоколов. И хотя все они участвуют в реализации связи, каждый протокол имеет:

- различные цели;

- выполняет определенные задачи;

- обладает своими преимуществами и ограничениями.

2. Функции протокола определяются уровнем, на котором он работает. Если, например, какой-то протокол работает на физическом уровне, то это означает, что он обеспечивает прохождение пакетов через плату СА и их поступление в сетевой кабель. В общем случае каждому уровню присущ свой набор правил (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Уровень	Набор правил (протокол)
Прикладной	Инициация или прием запроса
Представительский	Добавление в сообщение форматирующей, отображающей и шифрующей информации
Сеансовый	Добавление информации о трафике – с указанием момента отправки пакета
Транспортный	Добавление информации для обработки ошибок
Сетевой	Добавление адресов и информации о месте пакета в последовательности передаваемых пакетов
Канальный	Добавление информации для проверки ошибок (трейлера пакета) и подготовка данных для передачи по физическому соединению
Физический	Передача пакета как потока битов в соответствии с определенным способом доступа

3. Несколько протоколов могут работать совместно каждый на своем уровне. Это так называемый стек или набор протоколов (например, стек TCP/IP, объединяющий транспортный и сетевой протоколы).

6.4. Работа протоколов

Протоколы реализуются через заголовки, которые добавляются к пакетам по мере того, как они передаются по уровням. Каждый заголовок связывается с конкретным уровнем и в каждом последующем уровне воспринимается как часть пакета (рис. 6.8)

Рис. 6.8. Формирование, передача и прием пакета

При поступлении пакета в принимающий узел, заголовки соответствующих уровней используются для вызова заданной функции в принимающем узле. При передаче пакета выше этот заголовок изымается. И компьютер-отправитель, и компьютер-получатель должны выполнять каждое действие одинаковым способом с тем, чтобы пришедшие по сети данные совпали с отправленными.

Если, например, два протокола будут по-разному разбивать данные на пакеты или по-разному добавлять данные (о последовательности пакетов, синхронизации и т. д.), то тогда компьютер, использующий один из протоколов, не сможет связаться с компьютером, на котором работает другой протокол.

На работу протоколов ряда уровней оказывает влияние, является ли сеть с коммутацией соединений или с коммутацией пакетов. Широкое развитие межсетевых объединений («интернет»), компонентами которых являются ЛВС, привело к тому, что данные из одной ЛВС в другую могут передаваться по одному из возможных маршрутов. Протоколы, которые поддерживают такую передачу, называются маршрутизируемыми протоколами. И их роль постоянно возрастает.

6.5. Основные типы протоколов

Существует несколько стандартных стеков протоколов, разработанных разными фирмами. Протоколы этих стеков выполняют работу, специальную для своего уровня. Однако коммуникационные задачи, которые возложены на сеть, приводят к разделению протоколов на три типа (рис. 6.9): прикладные протоколы; транспортные протоколы и сетевые протоколы.

Прикладные протоколы

Прикладной

Представительский

Транспортные протоколы

Сеансовый

Транспортный

Сетевые протоколы

Сетевой

Канальный

Физический

Рис. 6.9. Уровни модели OSI и соответствующие им типы протоколов

Прикладные протоколы работают на верхнем уровне модели OSI и обеспечивают взаимодействие приложений и обмен данными между ними.

Транспортные протоколы поддерживают сеансы связи между компьютерами и гарантируют надежный обмен данными между ними.

Сетевые протоколы обеспечивают услуги связи. Эти протоколы управляют: адресацией, маршрутизацией, проверкой ошибок и запросами на повторную передачу.

6.6. Наиболее распространенные стеки протоколов

Наиболее популярными в настоящее время являются стеки протоколов: TCP/IP разработанный более 20 лет назад по заказу МО США; IPX/SPX фирмы Novell и NETBEUI / NetBIOS фирмы IBM.

1. Стек TCP/IP включает в себя два основных протокола:

Ø TCP (Transmission Control Protocol) – протокол для гарантированной доставки данных, разбитых на последовательность фрагментов. Соответствует транспортному уровню.

Ø IP (Internet Protocol) – протокол для передачи пакетов, относится к разряду сетевых протоколов.

Стек TCP/IP является промышленным стандартным набором протоколов, которые обеспечивают связь в неоднородной среде, т. е. обеспечивают совместимость между компьютерами разных типов. Кроме того, TCP/IP:

- представляет доступ к ресурсам Интернет;

- поддерживает маршрутизацию и обычно используется в качестве межсетевого протокола.

Благодаря своей популярности TCP/IP стал стандартом де-факто для межсетевого взаимодействия. К другим специально созданным для стека TCP/IP протоколам относятся: SMTP (Simple Mail Protocol) – электронная почта; FTP (File Transfer Protocol) – обмен файлами между ЭВМ и др. Эти протоколы относятся к разряду прикладных протоколов.

2. Стек IPX / SPX (Novell) включает:

Ø IPX (Internetwork Packet Exchange) – протокол межсетевой передачи пакетов, соответствует транспортному уровню и определяет формат передаваемых по сети кадров. На уровне IPX рабочие станции обмениваются блоками данных без подтверждения.

Ø SPX (Sequenced Packet Exchange) – протокол последовательного обмена пакетами. Соответствует сетевому уровню. Перед началом обмена РС устанавливают между собой связь. На уровне протокола SPX гарантирована доставка передаваемых по сети кадров. При необходимости выполняются повторные передачи.

Стек IPX / SPX поддерживает маршрутизацию и используется в сетях Novell.

3. Протокол NetBIOS (Network Basic Input/Output System) – базовая система ввода/вывода.

Предназначен для передачи данных между РС, выполняет функции сетевого, транспортного и сеансового уровней. Этот протокол предоставляет программам средства осуществления связи с другими сетевыми программами.

NetBEIU – расширенный интерфейс NetBIOS – небольшой быстрый и эффективный протокол транспортного уровня, который поставляется со всеми сетевыми продуктами Microsoft. Основной недостаток – он не поддерживает маршрутизацию. NWLink – реализация IPX / SPX фирмой Microsoft. Это транспортный маршрутизируемый протокол.

6.7. Сетевые службы и протоколы

Каждый сетевой уровень подчиняется определенному сетевому протоколу, определяющему набор сетевых служб, присущих данному уровню. Короче говоря, сетевая служба – это набор функций, которые уровень выполняет для вышележащего уровня (например, коррекция ошибок).

С другой стороны, протокол – это правила, которым должен следовать уровень, чтобы реализовать сетевую службу.

Пример. Чтобы отправить кому-либо письмо, мы пишем адрес на конверте. Таким образом, функция адреса заключается в обеспечении правильной доставки. Формат, в котором пишется адрес, строго определен:

1-я строка – город,

2-я строка – улица, дом,

3-я строка – кому.

Почтовые работники ожидают, что на второй строке будет указана улица, а за ней – номер дома. Формат адреса на конверте следует определенному протоколу. Сетевая служба таким же образом определяет выполнение какой-либо функции или задачи (определение ошибки или доставки сообщения).

Сетевой протокол описывает формат данных или пакетов данных, т. е. правила оформления, которым данные должны подчиняться, чтобы программное обеспечение выполняло ту или иную функцию или сетевую службу (для случая коррекции ошибок протокол описывает, какие ошибки сетевая служба должна исправлять).

Набор свойств и функций, которым обладает определенный сетевой уровень, называется сетевой службой. Каждый сетевой уровень запрашивает определенную сетевую службу от нижележащего уровня. Протокол уровня определяет структуру данных и формат пакета для выполнения запрашиваемой сетевой службы.

6.8. Привязка протоколов

Процесс, который называется привязкой, позволяет с достаточной гибкостью настраивать сеть, т. е. сочетать протоколы и платы сетевых адаптеров, как того требует ситуация.

Так, например, Ваш компьютер является членом рабочей группы одноранговой сети на базе Windows 95, и обмен данными осуществляется по протоколу NetBEIU. Если помимо этого Вам необходим доступ на сервер Вашей организации, работающей под управлением Novell NetWare, то первое, что необходимо сделать – установить на Вашем компьютере соответствующий протокол – IPX/SPX.

Таким образом, два стека протоколов должны быть привязаны к одной плате сетевого адаптера – NetBEUT и IPX / SPX. При подключении к глобальной сети Интернет на Вашем компьютере дополнительно должен быть установлен еще один протокол TCP / IP.

Порядок привязки определяет очередность, с которой операционная система выполняет программы. Если с одной платой СА связано несколько протоколов, то порядок привязки определяет очередность, с которой будут использоваться протоколы при попытках установить соединение. Обычно привязку выполняют при установке ОС или добавлении и настройке протокола.

Например, если TCP/IP – первый протокол в списке привязки, то именно он будет использоваться при попытке установить связь. Если попытка неудачна, то компьютер попытается установить соединение, используя следующий по порядку протокол в списке привязки.

Привязка (binding) не ограничивается установкой соответствия стека протокола плате СА. Стек протокола должен быть привязан к компонентам, уровень которых и выше, и ниже его уровня.. Так, TCP/IP наверху может быть привязан к сеансовому уровню NetBIOS, а внизу – к драйверу платы СА. Драйвер, в свою очередь, привязан к плате СА.

6.9. Передача данных по сети

Пакет – основная единица информации в сетях. Он включает в себя: небольшие управляемые блоки, на которые разбиваются информационные сообщения, передаваемые по сети; заголовок, включающий в себя информацию протоколов всех уровней; трейлер, содержащий информацию для обнаружения ошибок. Рассмотрим пример использования пакетов в сетевых коммуникациях на примере их использования при печати (рис. 6.10).

Рис. 6.10. Пример передачи данных

1. Компьютер-отправитель устанавливает соединение с принт-сервером.

2. Компьютер-отправитель разбивает большое задание для печати на пакеты, указывая в заголовке адрес получателя и отправителя.

3. Платы СА всех компьютеров проверяют адрес получателя каждого пакета, передаваемого по сегменту сети. А так как плата СА имеет уникальный номер, то она прерывает работу компьютера лишь при обнаружении пакета, адресуемого только этому компьютеру.

4. На компьютере-получателе (у нас это принт-сервер) пакеты из кабеля поступают в плату СА.

5. Сетевое программное обеспечение обрабатывает пакет, сохраненный в приемном буфере СА. Вычислительная мощь СА достаточна для приема и проверки адреса каждого принимаемого пакета. Т. е., проверяя адрес пакета, СА ресурсы компьютера не используют.

6. Сетевая ОС получателя собирает из пакетов (восстанавливает) исходный текстовый файл и помещает в память ПС.

7. Из памяти ПС документ выдается на печать.

В данном примере рассмотрен случай использования простейшего протокола без обнаружения ошибок, когда все пакеты от источника последовательно передаются приемнику без ожидания подтверждения.

Если бы использовался более сложный протокол и соответствующие ему сетевые службы, то время передачи увеличилось бы, но зато повысилась бы достоверность передачи. Указанный в пакете адрес отправителя в этом случае использовался бы сетевой службой для формирования «подтверждения» и передачи его соответствующему приемнику.

Дата добавления: 2013-12-12