 |
Модели сетевого взаимодействия
|
|
|
|
Введение
Возникновение и развитие сетей дало новый, надёжный и высокоэффективный способ взаимодействия между людьми. Так же, как и другие ресурсы в сфере информационных технологий, сети первоначально использовались для научных целей, затем получив распространение во всех областях человеческой деятельности. Первоначально сети существовали независимо друг от друга, каждая сеть решала конкретные задачи для конкретных групп пользователей. Со временем, возникла идея объединить множество локальных сетей в единую глобальную сеть (Internet), что дало новые требования к её организации (в том числе и её стандартизации).
Таким образом, сеть Internet никому не принадлежит, точнее, она принадлежит любому, кто может оплатить адресное пространство в ней. Сегодня десятки миллионов пользователей подключаются к сети Internet и десятки тысяч компаний уже не могут обходиться без ее услуг. Администраторы и разработчики сетей вынуждены учитывать при проектировании сетей новые требования. В настоящее время понимание структуры сети, современных стандартов (технологий и протоколов) является необходимым условием создания сетей. [3]
Известны следующие модели сетевого взаимодействия: модель OSI имеет семиуровневую структуру, модель DOD (TCP/IP) имеет 4 уровня, таким образом, я посчитал целесообразным подробно рассмотреть функции каждого из уровней моделей, а так же познакомить читателя с наиболее известными протоколами и технологиями в области передачи данных по сети.
Целью компьютерной сети является соединение различного оборудования, таким образом, проблемы совместимости здесь наиболее остры. Для создания и развития сетевой инфраструктуры необходимо согласование всеми производителями общепринятых стандартов для оборудования и протоколов. Поэтому все развитие компьютерной отрасли, в конечном счете, отражено в стандартах - любая новая технология только тогда приобретает "законный" статус, когда ее содержание закрепляется в соответствующем стандарте. [10]
|
|
|
Итак, целью данной работы является изучение самых распространенных сетевых протоколов и стандартов, применяемых в современных компьютерных сетях. Также в работе я рассмотрел некоторые вопросы технической реализации сети.
Выбранную мной тему считаю актуальной, поскольку развитие сетевой инфраструктуры и её оптимизация имеет огромнейшую роль как в вычислительных, так и в информационных целях.
Основные сведения о сетях
Компьютерная сеть (Computer NetWork) - совокупность компьютеров, соединенных с помощью каналов связи и средств коммутации в единую систему для обмена сообщениями и доступа пользователей к программным, техническим, информационным и организационным ресурсам сети [6]
Вычислительные сети классифицируются по ряду признаков.
По территориальной распространённости выделяют CAN (сеть контроллеров), LAN (локальная сеть), WAN (глобальная сеть), PAN (персональная сеть).
В данной работе подробнее речь пойдёт о локальных и глобальных сетях.
Под локальной компьютерной сетью (Local Area Network, LAN) понимается совокупность компьютеров, объединенных одной средой передачи данных и одной технологией доступа к среде.
Глобальная компьютерная сеть (Wide Area Network, WAN) - это совокупность локальных сетей, разнесенных географически на большие расстояния, способных обмениваться данными. [1]
В зависимости от топологии соединений узлов различают сети.
Компьютеры любой сети называют узлами или хостами.
Cети разделяют также в зависимости от топологии соединений узлов на шинную (магистральную), кольцевую, звездную, иерархическую, произвольную структуру [7]
|
|
|
По типу функционального взаимодействия выделяют: клиент-сервер, сменные сети, одноранговые сети, многоранговые сети;
Сети разделяются и по типу среды передачи данных (проводные, беспроводные), по скорости передачи данных, по функциональному значению, а также по используемым операционным системам.
Стандарты современных сетей
Модели сетевого взаимодействия
Для того чтобы облегчить изучение сети, упростить разработку сетевых протоколов и устройств, а также для упрощения проектирования сети была разработана эталонная модель OSI (Open System Interconnection), модель описывает взаимосвязи открытых систем: как два узла сети взаимодействуют между собой [7]. В этой модели для упрощения описания сетевых операций используют семь уровней. Уровни относительно независимы и разделены на основе выполняемых ими функций. Названия уровней и их функции перечислены в таблице [1]:
| Функции семиуровневой модели сети № | Название уровня | Функции |
| 7 | Application (Уровень приложений) | Обеспечивает работу приложений пользователя |
| 6 | Presentation (Уровень представления данных) | Обеспечивает представление и форматирование данных, определяет синтаксис передачи данных. |
| 5 | Session (Сеансовый уровень) | Обеспечивает сеанс обмена между приложениями и управления этим процессом. |
| 4 | Transport (Транспортный уровень) | Формирует сегменты данных и преобразует их в поток. Гарантирует установку связи между хостами и надежную передачу данных. |
| 3 | Network (Сетевой уровень) | Выбирает оптимальный путь передачи данных из одной точки сети в другую. На этом уровне работают маршрутизаторы (routers). Используются схемы логической адресации, такие как IP, IPX, AppleTalk. |
| 2 | Data Link (Уровень канала связи) | Уровень служит логическим интерфейсом доступа к физической среде. Для определения источника и места назначения сигналов ис-пользуются аппаратные адреса, их еще называют МАС-адреса (MAC - Media |
| 1 | Physical (Физический уровень) | Этот уровень описывает электрические, механические и физические средства установки поддержки физической связи между различными устройствами сети. |
Основные принципы выделения уровней в OSI (7 уровней, в основке которых положены следующие принципы)
|
|
|
1) подходящая степень модуляризации (уровней не слишком много)
2) прозрачность (реализация сетевого взаимодействия не слишком сложная)
3) минимальное количество информации, передаваемое интерфейсами между уровнями.
4) четкое распределение задач (каждый уровень решает конкретные задачи)
5) новый уровень должен создаваться каждый раз, когда требуется новый уровень абстракции (пример: если одна функция оперирует битами, а появляется другая функция, которая манипулирует группами бит, то эти функци должны быть на разных уровнях). [2]
Наибольшую роль для правильной работы сети играют первые три уровня. Каждому из них соответствует свое сетевое оборудование.
Основные устройства перечислены в следующей таблице [1]:
| Сетевые устройства и их функции№ | Название уровня | Устройство | Функция |
| 3 | Network | Маршрутизатор (Router) | Вычисляет путь по логическому адресу места назначения. Коммутирует потоки данных, осуществляет фильтрацию данных. Объединяет локальные сети, обеспечивает доступ к глобальным сетям. |
| 2 | Data Link | Коммутатор (Switch) | Коммутатор - разбивает локальную сеть на сегменты и управляет потоками данных между сегментами на основе аппаратных MAC-адресов. |
| 1 | Physical | Концентратор (Hub) | Концентратор получает сигнал, усиливает его и рассылает по всем своим портам. |
Существуют устройства, которые работают сразу на всех 7 уровнях. Это - компьютеры конечных пользователей (рабочие станции), серверы различного назначения, принтеры с сетевыми интерфейсами.
Сетевой протокол - это формальное описание правил и соглашений, которое управляет обменом сетевой информацией между одноименными уровнями взаимодействующих хостов. Совокупность протоколов всех уровней, работающих совместно для обеспечения передачи данных между узлами сети называется стеком протоколов.
Наиболее известный стек протоколов - TCP/IP. Он разрабатывался совместно с моделью сети TCP/IP. Модель TCP/IP имеет всего четыре уровня. Соответствие между уровнями модели TCP/IP и OSI представлены в таблице:
|
|
|
компьютерная сеть протокол стандарт
| Модель OSI | Уровень | Модель TCP/IP | Уровень |
| 7 | Application | 4 | Application |
| 6 | Presentation | 4 | Application |
| 5 | Session | 4 | Application |
| 4 | Transport | 3 | Transport |
| 3 | Network | 2 | Internet |
| 2 | Data Link | 1 | Media Access |
| 1 | Physical | 1 | Media Access |
Каждый протокол работает на своем уровне с данными, организованными в блоки (PDU - Protocol Data Unit). На каждом уровне для блоков данных используется свое название.
1) физический уровень
Физический уровень отвечает за передачу данных по физическому каналу и описывает среды передачи данных. Данные на физическом уровне передаются в виде сигналов. Сигнал - это физический процесс, развивающийся во времени. Для формирования и передачи сигналов используют два приема: цифровое кодирование и аналоговую модуляцию.
Физический уровень определяет такие виды среды передачи данных как оптоволокно, витая пара, коаксиальный кабель, спутниковый канал передач данных и т.п. [8]
2) канальный уровень.
Канальный уровень предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть.
Спецификация IEEE 802 разделяет этот уровень на два подуровня - MAC (Media Access Control) регулирует доступ к разделяемой физической среде, LLC (Logical Link Control) обеспечивает обслуживание сетевого уровня.
3) с етевой уровень.
Сетевой уровень отвечает за выбор маршрута следования и коммутацию пакетов. Основным протоколом этого уровня в стеке протоколов TCP/IP является протокол IP (Internet Protocol).
4) транспортный уровень
Транспортный уровень модели формирует сегменты данных, размер которых зависит от протокола, и преобразует их в поток, обеспечивая надёжную передачу данных.
Сеансовый уровень
Сетевой уровень отвечает за поддержание сеанса связи, позволяет приложениям взаимодействовать между собой длительное время (в том числе в периоды неактивности приложений)
Уровень представлений
Уровень представлений имеет дело не только с форматами и представлением данных, он также занимается структурами данных, которые используются программами.
7) п рикладной (приложений) уровень
Прикладной уровень обеспечивает взаимодействие пользовательских приложений с сетью. Этот уровень позволяет приложениям использовать сетевые службы, такие как удалённый доступ к файлам и базам данных, пересылка электронной почты. Также отвечает за передачу служебной информации, предоставляет приложениям информацию об ошибках и формирует запросы к уровню представления.
Инкапсуляци я - это процесс спуска данных с верхних уровней узла к нижним с добавлением к ним специальных заголовков, соответствующих протоколам текущего уровня. [1]
|
|
|
|
|
|
