Компьютерные сети

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 25 Марта 2011 в 23:17, реферат

Описание работы

Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) — система связи компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрических сигналов или электромагнитного излучения.

Файлы: 1 файл

Компьютерные сети.docx

— 85.17 Кб (Скачать файл)

 Особую  сложность представляет совмещение  в одной сети традиционного  компьютерного и мультимедийного трафика. Передача исключительно  мультимедийного трафика компьютерной сетью хотя и связана с определенными  сложностями, но вызывает меньшие трудности. А вот случай сосуществования  двух типов трафика с противоположными требованиями к качеству обслуживания  является намного более сложной задачей. Обычно протоколы и оборудование  компьютерных сетей относят мультимедийный трафик к факультативному,  поэтому качество его обслуживания оставляет желать лучшего. Сегодня  затрачиваются большие усилия по созданию сетей, которые не ущемляют  интересы одного из типов трафика. Наиболее близки к этой цели сети на  основе технологии ATM, разработчики которой изначально учитывали случай  сосуществования разных типов трафика в одной сети.

Управляемость         

 Управляемость  сети подразумевает возможность  централизованно  контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и разрешать  проблемы, возникающие при работе сети, выполнять анализ производительности  и планировать развитие сети. В идеале средства управления сетями  представляют собой систему, осуществляющую наблюдение, контроль и  управление каждым элементом сети - от простейших до самых сложных  устройств, при этом такая система рассматривает сеть как единое целое, а  не как разрозненный набор отдельных устройств.         

 Хорошая  система управления наблюдает  за сетью и, обнаружив проблему,  активизирует определенное действие, исправляет ситуацию и уведомляет  администратора о том, что произошло и какие шаги предприняты. Одновременно  с этим система управления должна накапливать данные, на основании которых  можно планировать развитие сети. Наконец, система управления должна быть  независима от производителя и обладать удобным интерфейсом, позволяющим  выполнять все действия с одной консоли.         

 Решая  тактические задачи, администраторы  и технический персонал  сталкиваются с ежедневными проблемами обеспечения работоспособности сети.         

 Эти  задачи требуют быстрого решения,  обслуживающий сеть персонал  должен  оперативно реагировать на сообщения о неисправностях, поступающих от  пользователей или автоматических средств управления сетью. Постепенно  становятся заметны более общие проблемы производительности,  конфигурирования сети, обработки сбоев и безопасности данных, требующие  стратегического подхода, то есть планирования сети. Планирование, кроме  этого, включает прогноз изменений требований пользователей к сети, вопросы  применения новых приложений, новых сетевых технологий и т.п.         

 Полезность  системы управления особенно  ярко проявляется в больших  сетях:  корпоративных или публичных глобальных. Без системы управления в таких  сетях нужно присутствие квалифицированных специалистов по эксплуатации в  каждом здании каждого города, где установлено оборудование сети, что в  итоге приводит к необходимости содержания огромного штата обслуживающего  персонала.         

 В  настоящее время в области  систем управления сетями много  нерешенных  проблем. Явно недостаточно действительно удобных, компактных и  многопротокольных средств управления сетью. Большинство существующих  средств вовсе не управляют сетью, а всего лишь осуществляют наблюдение за  ее работой. Они следят за сетью, но не выполняют активных действий, если с  сетью что-то произошло или может произойти. Мало масштабируемых систем,  способных обслуживать как сети масштаба отдела, так и сети масштаба  предприятия, - очень многие системы управляют только отдельными элементами  сети и не анализируют способность сети выполнять качественную передачу  данных между конечными пользователями сети.

Совместимость         

 Совместимость  или интегрируемость означает, что  сеть способна включать в  себя самое разнообразное программное и аппаратное обеспечение, то есть в  ней могут сосуществовать различные операционные системы, поддерживающие  разные стеки коммуникационных протоколов, и работать аппаратные средства и  приложения от разных производителей. Сеть, состоящая из разнотипных  элементов, называется неоднородной или гетерогенной, а если гетерогенная  сеть работает без проблем, то она является интегрированной. Основной путь   построения интегрированных сетей - использование модулей, выполненных в  соответствии с открытыми стандартами и спецификациями.

1.2. Модель ISO/OSI

Из того, что  протокол является соглашением, принятым двумя взаимодействующими объектами, в данном случае двумя работающими  в сети компьютерами, совсем не следует, что он обязательно представляет собой стандарт. Но на практике при  реализации сетей стремятся использовать стандартные протоколы. Это могут  быть фирменные, национальные или международные  стандарты.

Международная Организация по Стандартам (International Standards Organization, ISO) разработала модель, которая четко определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какую работу должен делать каждый уровень. Эта модель называется моделью взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) или моделью ISO/OSI.

В модели OSI взаимодействие делится на семь уровней или слоев (рис. 1.1). Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимодействия. Таким образом, проблема взаимодействия декомпозирована на 7 частных проблем, каждая из которых может быть решена независимо от других. Каждый уровень  поддерживает интерфейсы с выше- и  нижележащими уровнями.

Рис. 1.1. Модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI

Модель OSI описывает  только системные средства взаимодействия, не касаясь приложений конечных пользователей. Приложения реализуют свои собственные  протоколы взаимодействия, обращаясь  к системным средствам. Следует  иметь в виду, что приложение может  взять на себя функции некоторых верхних уровней модели OSI, в таком случае, при необходимости межсетевого обмена оно обращается напрямую к системным средствам, выполняющим функции оставшихся нижних уровней модели OSI.

Приложение конечного  пользователя может использовать системные  средства взаимодействия не только для  организации диалога с другим приложением, выполняющимся на другой машине, но и просто для получения  услуг того или иного сетевого сервиса, например, доступа к удаленным  файлам, получение почты или печати на разделяемом принтере.

Итак, пусть приложение обращается с запросом к прикладному  уровню, например к файловому сервису. На основании этого запроса программное  обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата, в которое помещает служебную  информацию (заголовок) и, возможно, передаваемые данные. Затем это сообщение направляется представительному уровню. Представительный уровень добавляет к сообщению  свой заголовок и передает результат  вниз сеансовому уровню, который в  свою очередь добавляет свой заголовок  и т.д. Некоторые реализации протоколов предусматривают наличие в сообщении  не только заголовка, но и концевика. Наконец, сообщение достигает самого низкого, физического уровня, который действительно передает его по линиям связи.

Когда сообщение  по сети поступает на другую машину, оно последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует, обрабатывает и удаляет заголовок своего уровня, выполняет соответствующие данному  уровню функции и передает сообщение  вышележащему уровню.

Кроме термина "сообщение" (message) существуют и другие названия, используемые сетевыми специалистами для обозначения единицы обмена данными. В стандартах ISO для протоколов любого уровня используется такой термин как "протокольный блок данных" - Protocol Data Unit (PDU). Кроме этого, часто используются названия кадр (frame), пакет (packet), дейтаграмма (datagram).

Функции уровней модели ISO/OSI

Физический  уровень. Этот уровень имеет дело с передачей битов по физическим каналам, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, такие как требования к фронтам импульсов, уровням напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме этого, здесь стандартизуются типы разъемов и назначение каждого контакта.

Функции физического  уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны  компьютера функции физического  уровня выполняются сетевым адаптером  или последовательным портом.

Примером протокола  физического уровня может служить  спецификация 10Base-T технологии Ethernet, которая  определяет в качестве используемого  кабеля неэкранированную витую пару категории 3 с волновым сопротивлением 100 Ом, разъем RJ-45, максимальную длину  физического сегмента 100 метров, манчестерский  код для представления данных на кабеле, и другие характеристики среды и электрических сигналов.

Канальный уровень. На физическом уровне просто пересылаются биты. При этом не учитывается, что в некоторых сетях, в которых линии связи используются (разделяются) попеременно несколькими парами взаимодействующих компьютеров, физическая среда передачи может быть занята. Поэтому одной из задач канального уровня является проверка доступности среды передачи. Другой задачей канального уровня является реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами (frames). Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, помещая специальную последовательность бит в начало и конец каждого кадра, чтобы отметить его, а также вычисляет контрольную сумму, суммируя все байты кадра определенным способом и добавляя контрольную сумму к кадру. Когда кадр приходит, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка.

В протоколах канального уровня, используемых в локальных  сетях, заложена определенная структура  связей между компьютерами и способы  их адресации. Хотя канальный уровень  и обеспечивает доставку кадра между  любыми двумя узлами локальной сети, он это делает только в сети с  совершенно определенной топологией связей, именно той топологией, для которой  он был разработан. К таким типовым  топологиям, поддерживаемым протоколами  канального уровня локальных сетей, относятся общая шина, кольцо и звезда. Примерами протоколов канального уровня являются протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

В локальных  сетях протоколы канального уровня используются компьютерами, мостами, коммутаторами  и маршрутизаторами. В компьютерах функции канального уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и их драйверов.

В глобальных сетях, которые редко обладают регулярной топологией, канальный уровень обеспечивает обмен сообщениями между двумя  соседними компьютерами, соединенными индивидуальной линией связи. Примерами  протоколов "точка - точка" (как  часто называют такие протоколы) могут служить широко распространенные протоколы PPP и LAP-B.

Сетевой уровень. Этот уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи информации между конечными узлами. Рассмотрим функции сетевого уровня на примере локальных сетей. Протокол канального уровня локальных сетей обеспечивает доставку данных между любыми узлами только в сети с соответствующей типовой топологией. Это очень жесткое ограничение, которое не позволяет строить сети с развитой структурой, например, сети, объединяющие несколько сетей предприятия в единую сеть, или высоконадежные сети, в которых существуют избыточные связи между узлами. Для того, чтобы, с одной стороны, сохранить простоту процедур передачи данных для типовых топологий, а с другой стороны, допустить использование произвольных топологий, используется дополнительный сетевой уровень. На этом уровне вводится понятие "сеть". В данном случае под сетью понимается совокупность компьютеров, соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи данных один из протоколов канального уровня, определенный для этой топологии.

Таким образом, внутри сети доставка данных регулируется канальным уровнем, а вот доставкой  данных между сетями занимается сетевой  уровень.

Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами (packets). При организации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие "номер сети". В этом случае адрес получателя состоит из номера сети и номера компьютера в этой сети.

Сети соединяются  между собой специальными устройствами, называемыми маршрутизаторами. Маршрутизатор - это устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на ее основании пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения. Для того, чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач (hops) между сетями, каждый раз выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут представляет собой последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет.

Информация о работе Компьютерные сети