Архитектура вычислительной сети. Модель OSI

1. Архитектура вычислительной сети

2.

Вычислительная сеть представляет собой систему
связанных между собой электронно-вычислительных
машин при помощи специализированных каналов связи.
Особенности вычислительных сетей:
1. Большое число взаимодействующих ЭВМ, которые
территориально удалены друг от друга, которые
выполняют функции сбора, хранения, обработки и
передачи информации;
2. Обработка информации является распределенной по
независимым вычислительным машинам;
3. Симметричный обмен между вычислительными
машинами;
4. Использование каналообразующей аппаратуры для
построения линий связи (коммутационная аппаратура,
концентраторы, маршрутизаторы);
5. Обмен между машинами выполняется на логическом
уровне в соответствии с выбранным протоколом обмена.

3.

Задачи, решаемые в вычислительных сетях:
1. Предоставление пользователю больших
вычислительных мощностей;
2. Эффективное разделение общих сетевых ресурсов;
3. Организация распределенной обработки данных,
которая сочетает возможность централизованного
хранения и управления доступом к информации;
4. Комплексная автоматизация производства и
административно-управленческой деятельности
предприятий.

4. Классификация вычислительных сетей

Размеры сетей (рассматриваются канальный и
физический уровни модели OSI/RM)
• LAN (Local Area Networks) - условно до трёх
километров (напр. Ethernet, Arcnet, Token
Ring )
• MAN (Metropolitan Area Networks) - до
десятков километров (напр. FDDI)
• WAN (World Area Networks) - (напр. ATM,
SDH)

5. Архитектура вычислительной сети

Архитектура вычислительной сети – это понятие,
которое полностью характеризует вычислительную
сеть и включает следующие компоненты:
1.Топологическая структура;
2.Комплекс технических средств;
3.Программно-информационное обеспечение;
4.Протоколы обмена и методы доступа.
Архитектура сети – это реализованная структура сети
связи с учетом дисциплины соединений и их
топологий.

6. Топологии сети

Концентратор
(hub)
1. Звезда
• простота реализации
• аппаратная избыточность
2. Кольцо
каждый компьютер в роли повторителя, организация передачи
маркера, сложная локализация проблем кабельной системы.
направление продвижения маркера
и информационных кадров
На практике при монтаже сети с
логической топологией кольцо
применяется физическая топология звезда

7. Топологии сети

3.Шина
• низкая надежность (связана с потерей работоспособности при выходе из строя
одной вычислительной машины)
4. Полносвязная структура
• высокая скорость коммутации
• высокая надежность
• высокая аппаратная избыточность
5.Решетчатая
6.Сотовая

8. Модель OSI OSI – Open System Interconnection – семиуровневая модель взаимодействия открытых систем. Международная организация по стандартизации ISO разра

Модель OSI
OSI – Open System Interconnection – семиуровневая модель взаимодействия открытых систем.
Международная организация по стандартизации ISO разработала стандарт, называемый семиуровневой
моделью взаимодействия открытых систем. В этой модели предполагается, что взаимодействие
открытых систем осуществляется на следующих семи уровнях.
Модель OSI подразумевает наличие интерфейсов между уровнями по вертикали и наличие связей
между уровнями по горизонтали.

9. Модель OSI

Основная функция, которая реализуется на этой модели, - соединение узлов. Соединение
осуществляется на каждом уровне своими средствами. Общая идея соединения узлов
заключается в том, что на каждом уровне данные организуются в блоки и к этим блокам
данных добавляется служебная информация данного уровня, называемая заголовком.
Общее правило установления соединения определяется следующим образом. На данном
уровне к данным присоединяется заголовок и полученный блок передаётся на
нижеследующий уровень. На уровне физического канала образуется блок со всеми
заголовками. Эти данные передаются. Далее данные с нижележащего уровня передаются
по вертикали вышележащему уровню. При этом заголовок нижележащего уровня
убирается. К пункту назначения доставляются только данные сообщения.
В отдельных узлах сети функции могут реализовываться на всех семи уровнях либо лишь на
некоторых из них. Обмен блоками между уровнями осуществляется как в горизонтальном
направлении, так и в вертикальном. Данные внутри уровня передаются по правилам,
задаваемым внутриуровневыми протоколами.

10. Модель OSI

Протокол – это набор правил и соглашений, используемых при передаче данных по
сетевым коммуника.
Протокол – это набор правил для передачи и приема сообщений между уровнями.
Каждый уровень при своей работе следует строго определенным правилам и
обеспечивает обмен как с вышележащими и нижележащими уровнями, так и с таким
же уровнем в другой системе.
Когда два компьютера обмениваются друг с другом информацией, это значит, что
каждый из уровней обменивается сообщениями соответствующего формата с
равноправным уровнем по виртуальному соединению (кроме физического уровня).
В связи с этим протоколы соединения между равноправными процессорами по
виртуальному пути именуются по соответствующему протоколу.
Сетевая служба. Каждый уровень обеспечивает определенный сервис для
вышележащего уровня. Соответственно набор этих функций называется сетевой
службой. Различают сетевые службы в зависимости от режима их работы.
Существуют сетевые службы, которые ориентированы и не ориентированы на
соединение. Существуют службы конечной и промежуточной доставки.
• Протоколы физического уровня . Стандартизируют интерфейсы, поддерживаются на
аппаратном уровне, определяют электрические, механические, функциональные и
процедурные параметры для физической связи в системах, регламентируют
требования к среде передачи данных.

11. Физический уровень

• Физический уровень в модели OSI служит основой для
построения всей модели передачи данных между
компьютерными системами.
• Физический уровень определяет электрические,
механические, процедурные и функциональные
спецификации для активизации, поддержания и
деактивизации физической связи между конечными
системами.
• Назначение физического уровня – передача данных.
Процесс передачи данных – кодирование – выполняется с
помощью среды передачи данных (кабели, разъемы и т.п.).

12. Среда передачи данных

• Средой передачи данных называют физическую среду,
используемую для прохождения сигнала.
• Для обеспечения обмена кодированной информацией, среда
должна обеспечить физическое соединение компьютеров друг с
другом.
• Информация в локальных сетях чаще всего передается в
последовательном коде, то есть бит за битом. Такая передача
медленнее и сложнее, чем при использовании параллельного кода.
• Однако надо учитывать то, что при более быстрой параллельной
передаче (по нескольким кабелям одновременно) увеличивается
количество соединительных кабелей в число раз, равное
количеству разрядов параллельного кода (например, в 8 раз при 8разрядном коде).

13. Среда передачи данных

• Промышленностью выпускается огромное количество типов
кабелей, например, только одна крупнейшая кабельная компания
Belden предлагает более 2000 их наименований.
• Все кабели можно разделить на три большие группы:
▫ электрические (медные) кабели на основе витых пар проводов (twisted
pair), которые делятся на экранированные (shielded twisted pair, STP) и
неэкранированные (unshielded twisted pair, UTP);
▫ электрические (медные) коаксиальные кабели (coaxial cable);
▫ оптоволоконные кабели (fiber optic).
• Каждый тип кабеля имеет свои преимущества и недостатки, так
что при выборе надо учитывать как особенности решаемой задачи,
так и особенности конкретной сети, в том числе и используемую
топологию.

14. Параметры кабельных систем

• Можно выделить следующие основные параметры кабелей, принципиально
важные для использования в локальных сетях:
▫
▫
▫
▫
Полоса пропускания кабеля (частотный диапазон сигналов, пропускаемых кабелем) и
затухание сигнала в кабеле. Два этих параметра тесно связаны между собой, так как с
ростом частоты сигнала растет затухание сигнала. Затухание измеряется в децибелах и
пропорционально длине кабеля.
Помехозащищенность кабеля и обеспечиваемая им секретность передачи
информации. Эти два взаимосвязанных параметра показывают, как кабель
взаимодействует с окружающей средой, то есть, как он реагирует на внешние помехи, и
насколько просто прослушать информацию, передаваемую по кабелю.
Скорость распространения сигнала по кабелю или, обратный параметр –
задержка сигнала на метр длины кабеля. Этот параметр имеет принципиальное
значение при выборе длины сети. Типичные величины скорости распространения
сигнала – от 0,6 до 0,8 от скорости распространения света в вакууме. Соответственно
типичные величины задержек – от 4 до 5 нс/м.
Для электрических кабелей очень важна величина волнового сопротивления
кабеля. Волновое сопротивление важно учитывать при согласовании кабеля для
предотвращения отражения сигнала от концов кабеля. Волновое сопротивление
зависит от формы и взаиморасположения проводников, от технологии изготовления и
материала диэлектрика кабеля. Типичные значения волнового сопротивления – от 50
до 150 Ом.

15. Кабели на основе витых пар

• Витые пары проводов используется в дешевых и сегодня,
пожалуй, самых популярных кабелях. Кабель на основе
витых пар представляет собой несколько пар скрученных
попарно изолированных медных проводов в единой
диэлектрической (пластиковой) оболочке.
• Кабель гибкий и удобный для прокладки. Скручивание
проводов позволяет свести к минимуму индуктивные
наводки кабелей друг на друга и снизить влияние
переходных процессов.
• Обычно в кабель входит две или четыре витые пары.

16. Кабели на основе витых пар

Неэкранированные витые пары характеризуются слабой защищенностью от внешних
электромагнитных помех, а также от подслушивания, которое может осуществляться с
целью, например, промышленного шпионажа. Причем перехват передаваемой по сети
информации возможен как с помощью контактного метода (например, посредством двух
иголок, воткнутых в кабель), так и с помощью бесконтактного метода, сводящегося к
радиоперехвату излучаемых кабелем электромагнитных полей. Причем действие помех и
величина излучения вовне увеличивается с ростом длины кабеля. Для устранения этих
недостатков применяется экранирование кабелей.

17. Кабели на основе витых пар

• В случае экранированной витой пары STP каждая из витых пар
помещается в металлическую оплетку-экран для уменьшения
излучений кабеля, защиты от внешних электромагнитных помех и
снижения взаимного влияния пар проводов друг на друга (crosstalk –
перекрестные наводки).
▫ Для того чтобы экран защищал от помех, он должен быть обязательно
заземлен.
• Основные достоинства неэкранированных витых пар – простота
монтажа разъемов на концах кабеля, а также ремонта любых
повреждений по сравнению с другими типами кабеля. Все остальные
характеристики у них хуже, чем у других кабелей.
• В настоящее время витая пара используется для передачи
информации на скоростях до 1000 Мбит/с.

18. Коаксиальный кабель

• Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель, состоящий из
центрального медного провода и металлической оплетки (экрана), разделенных
между собой слоем диэлектрика (внутренней изоляции) и помещенных в общую
внешнюю оболочку.
• Коаксиальный кабель до недавнего времени был очень популярен, что связано с
его высокой помехозащищенностью (благодаря металлической оплетке), более
широкими, чем в случае витой пары, полосами пропускания (свыше 1ГГц), а
также большими допустимыми расстояниями передачи (до километра ).
• К нему труднее механически подключиться для несанкционированного
прослушивания сети, он дает также заметно меньше электромагнитных излучений
вовне.
▫
Монтаж и ремонт коаксиального кабеля существенно сложнее, чем витой пары, а
стоимость его выше (он дороже примерно в 1,5 – 3 раза).
• Сейчас его применяется реже, чем витая пара.

19. Коаксиальный кабель

• Основное применение коаксиальный кабель находит в сетях с
топологией типа шина. При этом на концах кабеля обязательно
должны устанавливаться терминаторы для предотвращения
внутренних отражений сигнала, причем один (и только один!) из
терминаторов должен быть заземлен.
▫ В отсутствие заземления металлическая оплетка не защищает сеть от
внешних электромагнитных помех и не снижает излучение передаваемой по
сети информации во внешнюю среду. При заземлении оплетки в двух или
более точках из строя может выйти не только сетевое оборудование, но и
компьютеры, подключенные к сети.
• Терминаторы должны быть обязательно согласованы с кабелем,
необходимо, чтобы их сопротивление равнялось волновому
сопротивлению кабеля.
• Существует два основных типа коаксиального кабеля для организации
локальных сетей:
▫ тонкий (thin) кабель, имеющий диаметр около 0,5 см, более гибкий;
▫ толстый (thick) кабель, диаметром около 1 см, значительно более
жесткий. Он представляет собой классический вариант
коаксиального кабеля, который уже почти полностью вытеснен
современным тонким кабелем.

20. Оптоволоконный кабель

• Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель –
это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными
двумя типами электрического или медного кабеля.
• Информация передается не электрическим сигналом, а световым.
Главный его элемент – это прозрачное стекловолокно, по которому
свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с
незначительным ослаблением.
• Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на
структуру коаксиального электрического кабеля.
• Металлическая оплетка кабеля применяется для механической
защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют
броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько
оптоволоконных кабелей).

21. Оптоволоконный кабель

• Оптоволоконный кабель обладает исключительными
характеристиками по помехозащищенности и секретности
передаваемой информации.
▫ Внешние электромагнитные помехи не способны исказить световой
сигнал, а сам сигнал не порождает внешних электромагнитных
излучений. Подключение к этому типу кабеля для
несанкционированного прослушивания сети практически
невозможно, так как при этом нарушается целостность кабеля.
▫ Стоимость оптоволоконного кабеля постоянно снижается и сейчас
примерно равна стоимости тонкого коаксиального кабеля.
▫ Типичная величина затухания сигнала в оптоволоконных кабелях
на частотах, используемых в локальных сетях, составляет от 5 до 20
дБ/км, что примерно соответствует показателям электрических
кабелей на низких частотах.
▫ В случае оптоволоконного кабеля при росте частоты передаваемого
сигнала затухание увеличивается очень незначительно, и на
больших частотах (особенно свыше 200 МГц) его преимущества
перед электрическим кабелем неоспоримы, у него просто нет
конкурентов.

22. Оптоволоконный кабель

• Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые
недостатки.
▫ Высокая сложность монтажа (при установке разъемов необходима
микронная точность, от точности скола стекловолокна и степени его
полировки сильно зависит затухание в разъеме).
Для установки разъемов применяют сварку или склеивание с помощью
специального геля, имеющего такой же коэффициент преломления света,
что и стекловолокно. Некачественная установка разъема резко снижает
допустимую длину кабеля, определяемую затуханием.
▫ Использование оптоволоконного кабеля требует специальных
оптических приемников и передатчиков, преобразующих световые
сигналы в электрические и обратно, что увеличивает стоимость сети
в целом.

23. Оптоволоконный кабель

• Оптоволоконные кабели допускают разветвление сигналов (для этого
производятся специальные пассивные разветвители (couplers) на 2—
8 каналов), но, как правило, их используют для передачи данных
только в одном направлении между одним передатчиком и одним
приемником.
• Оптоволоконный кабель менее прочен и гибок, чем электрический.
Типичная величина допустимого радиуса изгиба составляет около 10 –
20 см, при меньших радиусах изгиба центральное волокно может
сломаться. Плохо переносит кабель и механическое растяжение, а
также раздавливающие воздействия.
• Чувствителен оптоволоконный кабель и к ионизирующим
излучениям, из-за которых снижается прозрачность стекловолокна, то
есть увеличивается затухание сигнала. Резкие перепады температуры
также негативно сказываются на нем, стекловолокно может треснуть.
• Применяют оптоволоконный кабель только в сетях с топологией
звезда и кольцо. Кабель обеспечивает идеальную гальваническую
развязку компьютеров сети.

24. Типы оптоволоконного кабеля

• Существуют два различных типа оптоволоконного
кабеля:
▫ многомодовый или мультимодовый кабель, более
дешевый, но менее качественный;
▫ одномодовый кабель, более дорогой, но имеет лучшие
характеристики по сравнению с первым.

25. Беспроводные системы передачи данных

• Главное преимущество беспроводных систем состоит
в том, что не требуется никакой прокладки проводов.
• Радиоканал использует передачу информации по
радиоволнам, поэтому теоретически он может
обеспечить связь на многие десятки, сотни и даже
тысячи километров.
• Скорость передачи достигает десятков мегабит в
секунду (здесь многое зависит от выбранной длины
волны и способа кодирования).

26. Беспроводные системы передачи данных

• Особенность радиоканала состоит в том, что сигнал свободно
излучается в эфир, он не замкнут в кабель, поэтому возникают
проблемы совместимости с другими источниками радиоволн (радио- и
телевещательными станциями, радарами, радиолюбительскими и
профессиональными передатчиками и т.д.).
• В радиоканале используется передача в узком диапазоне частот и
модуляция информационным сигналом сигнала несущей частоты.
• Главным недостатком радиоканала является его плохая защита от
прослушивания, так как радиоволны распространяются
неконтролируемо. Другой большой недостаток радиоканала – слабая
помехозащищенность.
• Радиоканал широко применяется в глобальных сетях как для
наземной, так и для спутниковой связи. В этом применении у
радиоканала нет конкурентов, так как радиоволны могут дойти до
любой точки земного шара.

27. Беспроводные системы передачи данных

• Для локальных беспроводных сетей (WLAN – Wireless LAN) в
настоящее время применяются подключения по радиоканалу на
небольших расстояниях (обычно до 100 метров) и в пределах прямой
видимости.
• Используются два частотных диапазона – 2,4 ГГц и 5 ГГц. Скорость
передачи – до 54 Мбит/с. Распространен вариант со скоростью 11
Мбит/с.
• Сети WLAN позволяют устанавливать беспроводные сетевые
соединения на ограниченной территории (обычно внутри офисного
или университетского здания или в таких общественных местах, как
аэропорты).
• Технология Wi-Fi (Wireless Fidelity) позволяет организовать связь
между компьютерами числом от 2 до 15 с помощью концентратора
(называемого точка доступа, Access Point, AP), или нескольких
концентраторов, если компьютеров от 10 до 50.

28. Беспроводные системы передачи данных

• Инфракрасный канал также не требует соединительных проводов, так как
использует для связи инфракрасное излучение (подобно пульту
дистанционного управления домашнего телевизора). Главное его
преимущество по сравнению с радиоканалом – нечувствительность к
электромагнитным помехам, что позволяет применять его, например, в
производственных условиях, где всегда много помех от силового
оборудования.
• Скорости передачи информации по инфракрасному каналу обычно не
превышают 5—10 Мбит/с, но при использовании инфракрасных лазеров
может быть достигнута скорость более 100 Мбит/с. Секретность
передаваемой информации, как и в случае радиоканала, не достигается,
также, требуются сравнительно дорогие приемники и передатчики. Все это
приводит к тому, что применяют инфракрасные каналы в локальных сетях
довольно редко. В основном они используются для связи компьютеров с
периферией (интерфейс IrDA).
• Инфракрасные каналы делятся на две группы:
▫ Каналы прямой видимости.
▫ Каналы на рассеянном излучении.

29. Выбор типа среды передачи данных

• Для определения наиболее подходящего
типа среды передачи данных могут
использоваться различные критерии,
например, скорость передачи данных,
стоимость, проблемы обеспечения
конфиденциальности.

30. Модель OSI

Канальный уровень (уровень соединения) регламентирует работу звена передачи данных.
Рисунок – Схема работы узлов коммутации на канальном уровне модели OSI
УК – узел коммутации
Функции канального уровня:
1)Управление физической передачей кадров между узлами сети;
2)Формирование кадра из пакета сообщения;
3)Анализ контрольной суммы принятого кадра с целью определения достоверности принятой
информации;
4)Контроль прохождения кадра в звене передачи данных на основе процедур квитирования и
таймирования. Для ЛВС канальный уровень отвечает за организацию метода доступа в
общей среде передачи данных.

31. Канальный уровень

• Протоколы канального уровня обеспечивают интерфейс
между физической сетью и стеком протоколов компьютера.
• Протокол канального уровня, обычно, включает три
элемента:
▫ Кадр специального формата, который инкапсулирует данные
протокола сетевого уровня;
▫ Механизма, регулирующего доступ к совместно
используемой сетевой среде;
▫ Принципов, которые должны быть реализованы при
разработке физического уровня.

32. Адресация

• Заголовок канального уровня содержит адрес
компьютера, отправившего сообщения, и адрес
компьютера, который должен данное сообщение
получить.
• На этом уровне используются адреса среды
передачи данных – аппаратные (MAC) адреса.
• Данные адреса часто «прошиваются»
производителем в сетевом контроллере.
• В сетях Ethernet и Token Ring используются
адреса длиной 6 байт.

33. Доставка кадров

• Протоколы канального уровня заботятся о доставке пакета
конечному адресату, только если он находится в той же
локальной сети, что и отправитель.
• Если получатель находится в другой вычислительной сети,
протокол канального уровня отвечает за доставку кадра
маршрутизатору, обеспечивающему доступ к следующей
сети следования кадра.
• Таким образом, адрес получателя в заголовке протокола
канального уровня всегда относится к устройству,
расположенному в локальной сети.

34. Управление доступом к среде

• Управление доступом к среде – набор правил посредством
которых протокол канального уровня разрешает спорные
ситуации, связанные с попытками одновременного
использования среды передачи данных.
• Для функционирования в сетевой среде рабочая станция
должна иметь возможность передавать информацию.
• Для контроля доступа к среде передачи данных
используются два метода:
▫ Метод доступа с передачей маркера;
▫ Множественный доступ с контролем несущей и
обнаружением коллизий.

35. Способы контроля доступом к среде передачи данных

• Метода доступа с передачей маркера используется в сетях
Token Ring и FDDI.
• Метод основан на передаче от одной рабочей станции к
другой специального кадра, называемого маркером.
• Только система, овладевшая кадром, имеет право
отправлять свои сообщения. Рабочая станция, захватившая
кадр, передает свои данные и освобождает маркер для
других станций.
• Пока в сети перемещается один маркер, передача данных
одновременно двумя системами невозможна.

36. Способы контроля доступом к среде передачи данных

• Метод множественного доступа с контролем несущей и
обнаружением коллизий (CSMA/CD) состоит в том, что
рабочая станция прослушивает сетевой кабель и передает
информацию только в том случае, если сетевая среда
свободна.
• В CSMA/CD сетях возможна ситуация, когда несколько
станций начнут передавать данные одновременно. Результат
– появление коллизий.
• Для исправления данной ситуации система имеет механизм,
позволяющий выявить возникшие коллизии и повторно
передать потерянные данные.
• Данный метод используется в сетях Ethernet.

37. Индикатор протокола

• Большинство реализаций канального уровня
разрабатываются для поддержки нескольких протоколов
сетевого уровня.
• Для осуществления возможности использования множества
протоколов сетевого уровня, заголовок канального уровня
должен содержать указатель, определяющий тип
использующего протокола сетевого уровня.
• Например, в сети включающей серверы под управлением
Windows 2000 и Nevel NetWare, одни кадры переносят IPдатаграммы, другие – пакеты IPX протокола. Чтобы
различать два эти протокола в спецификации Ethernet
определено поле заголовка, идентифицирующего протокол.

38. Выявление ошибок

• В большинстве протоколов канального уровня используется
специальный участок информации, идущий за собственно
данными пакета сетевого уровня (трейлер кадра).
• Эта информация содержит поле контрольной
последовательности кадра (FCS). Данное поле
применяется для выявления ошибок, возникающих в
процессе передачи данных. При нарушении целостности
пакета принимающая сторона его отвергает.
• Канальный уровень не предполагает, что принимающая
сторона предпримет действия при отбраковывании пакетов.
В модели OSI данные функции возложены на протоколы
более высокого уровня.

39. Сетевые адаптеры

• Сетевые адаптеры (они же контроллеры, карты, платы, интерфейсы, NIC
– Network Interface Card) – это основная часть аппаратуры локальной
сети.
• Назначение сетевого адаптера – сопряжение компьютера (или другого
абонента) с сетью, то есть обеспечение обмена информацией между
компьютером и каналом связи в соответствии с принятыми правилами
обмена.
• Сетевые адаптеры реализуют функции двух нижних уровней модели
OSI.
• Как правило, сетевые адаптеры выполняются в виде платы, вставляемой
в слоты расширения системной магистрали (шины) компьютера (чаще
всего PCI, ISA или PC-Card). Плата сетевого адаптера обычно имеет
также один или несколько внешних разъемов для подключения к ней
кабеля сети.

40. Сетевые адаптеры

• Функции сетевого адаптера делятся на
магистральные и сетевые.
• К магистральным относятся те функции,
которые осуществляют взаимодействие адаптера
с магистралью (системной шиной) компьютера
(то есть опознание своего магистрального
адреса, пересылка данных в компьютер и из
компьютера, выработка сигнала прерывания
компьютера и т.д.).
• Сетевые функции обеспечивают общение
адаптера с сетью.

41. Основные функции сетевых адаптеров

• К основным сетевым функциям адаптеров относятся:
▫ гальваническая развязка компьютера и кабеля локальной сети (для
этого обычно используется передача сигналов через импульсные
трансформаторы);
▫ преобразование логических сигналов в сетевые (электрические или
световые) и обратно;
▫ кодирование и декодирование сетевых сигналов, то есть прямое и
обратное преобразование сетевых кодов передачи информации
(например, манчестерский код);
▫ опознание принимаемых пакетов (выбор из всех приходящих пакетов
тех, которые адресованы данному абоненту или всем абонентам сети
одновременно);
▫ преобразование параллельного кода в последовательный при передаче
и обратное преобразование при приеме;
▫ буферирование передаваемой и принимаемой информации в буферной
памяти адаптера;
▫ организация доступа к сети в соответствии с принятым методом
управления обменом;
▫ подсчет контрольной суммы пакетов при передаче и приеме.

42. Модель OSI

• Сетевой уровень используется в многоузловых вычислительных сетях для
установления связи между двумя абонентами. Соединение устанавливается с
использованием функций маршрутизации, которые в свою очередь требуют
наличия сетевого адреса в пакете. Сетевой уровень обеспечивает обработку
ошибок, мультиплексирования данных, подсчет трафика и управление
потоками данных.
Функции сетевого уровня:
1)Коммутация пакетов, т.е. дробление передаваемых сообщений на определенное
количество пакетов;
2)Сбор пакетов в одно сообщение на приемной стороне;
3)Маршрутизация пакета, или определение маршрута движения в сети
коммутации;
4)Организация различных способов передачи пакетов:
a. дейтаграммный способ;
b. метод виртуального канала.
Дейтаграммный способ подразумевает, что каждый пакет абсолютно
самостоятельно независимо от других пакетов передвигается по сети до пункта
назначения.
Метод виртуального канала подразумевает создание выделенного маршрута, по
которому будут передаваться пакеты. В этом случае сохраняется очередность
передачи пакетов. Маршрутизация выполняется только для первого пакета, а
остальные пакеты движутся по выбранному маршруту.

43. Модель OSI

• Транспортный уровень отвечает за обмен информацией в сквозном канале.
Функции транспортного уровня:
1)Контроль передаваемых данных на основе функций квитирования и
таймирования;
2)Регулирование нагрузки сквозного канала, которое заключается в создании
необходимой пропускной способности и сведении к минимуму числа
повторных передач.
Используются следующие механизмы:
1)окна;
2)семафора;
3)семафорной корректировки окна.
Механизм окна подразумевает, что для узла-отправителя определяется
количество сообщений W (размер окна), которые он может послать
получателю не дожидаясь прихода квитанции от него.
Механизм семафорной корректировки окна: при достижении посылается
сообщение с просьбой уменьшить размер окна, при достижении
посылается сообщение с просьбой увеличить размер окна.

44. Модель OSI

Сеансовый уровень определяет правила инициализации, ведения и завершения сеанса обмена
данными. Для каждой операции используются свои служебные сообщения.
Инициализация – это предварительный обмен служебными сообщениями с целью подготовки
абонентов к работе.
АО
АП
БЗ
БП
Данные 1
ПК1
Данные2
ПК2
БК
Бзав
Рисунок – Обмен информацией между АО и АП на сеансовом уровне модели OSI
АО – абонент-отправитель;
АП – абонент-получатель;
БЗ – блок запроса;
БП – подтверждающая квитанция;
БК – блок конца;
Бзав – блок завершения.

45. Модель OSI

• Уровень представления данных отвечает за перекодирование информации в
соответствии с принятой кодировкой у абонентов, а также за
криптографическую защиту данных путем их шифрации и дешифрации. также
на этом уровне, если требуется выполняется сжатие данных.
• Протокол прикладного уровня является функционально ориентированным и
определяется теми задачами, которые существуют в вычислительной системе.
Он регламентирует:
1)Организацию вычислительного процесса;
2)Формирование сообщений в сеть и обработку принятых сообщений из сети;
3)Буферизацию данных;
4)Доступ к базам данных, их взаимодействие и отслеживание клиент-серверной
модели.

46. Таблица – Семиуровневая модель OSI

№
п/п
1
Наименование
уровня
Физический (уровень
физического канала)
Задачи, решаемые на данном
уровне
1.
2.
2
3
4
Канальный (уровень
информационного
канала)
Сетевой
Транспортный
1.
2.
3.
1.
2.
3.
4.
1.
2.
3.
4.
Описание
соединение всех необходимых для
прохождения сигнала разъёмов
технических устройств;
реализация трассирования
(объединения элементов канала в
стойки)
---
мультиплексирование сообщений
(распределение сообщений по
абонентам)
преобразование кодов
обнаружение и исправление ошибок
маршрутизация
обнаружение и исправление ошибок
кодопреобразование
взаимодействие с канальным
уровнем
определение логических каналов, по
которым должен двигаться блок от
одного абонента к другому;
кодирование данных
выявление ошибок
взаимодействие с сервисом сетевого
уровня
---
Этот уровень отражает
особенности передачи
данных по конкретной
сети
Функции этого уровня
реализуются в узлах,
называемых портами

47.

№
п/п
5
Наименование
уровня
Сеансовый
Задачи, решаемые на данном уровне
1.
2.
3.
4.
Описание
определение типа связи (симплекс,
дуплекс или полудуплекс)
определение начала и окончания сеанса
определение последовательности и
режима обмена запросами и ответами
взаимодействующих партнёров
установление требований к передаче
данных (скорость передачи данных,
вероятность ошибки)
Этот уровень
предназначен для
организации и
синхронизации
диалога, ведущегося
объектами (станциями)
сети
6
Представительный
1.
представление данных (кодирование,
форматирование, структурирование).
---
7
Прикладной
1.
определение и оформление в блоки тех
данных, которые подлежат передачи по
сети.
Этот уровень включает
средства управления
прикладными

48. OSI и IEEE Project 802

В соответствие с расширением OSI/RM канальный уровень делится на
два подуровня:
LLC - Logical Link Control (подуровень управления логической связью)
MAC - Medium Access Control (контроль доступа к среде передачи)
Различия у сетевых архитектур находятся на канальном (MACподуровень) и физическом уровнях.
Project 802 разрабатывался для канального и физического уровней.
LLC:
802.2,
MAC:
802.3 (CSMA/CD),
802.4 (шинная сеть с передачей маркера),
802.5 (кольцо с передачей маркера),
802.12 (по приоритету доступа).

49. OSI и архитектура компьютеров

ПРИКЛАДНОЙ
ПРЕДСТАВИТ.
СЕАНСОВЫЙ
ТРАНСПОРТНЫЙ
СЕТЕВОЙ
КАНАЛЬНЫЙ
ФИЗИЧЕСКИЙ
Пользователь
Операционная
система
Драйверы
Аппаратура

50. Передача данных по сети

Формирование пакета происходит последовательно на всех уровнях, при получении пакета
отсечение.
ПРИКЛАДНОЙ
ПРИКЛАДНОЙ
ПРЕДСТАВИТ.
ПРЕДСТАВИТ.
СЕАНСОВЫЙ
СЕАНСОВЫЙ
ТРАНСПОРТНЫЙ
ТРАНСПОРТНЫЙ
СЕТЕВОЙ
СЕТЕВОЙ
КАНАЛЬНЫЙ
КАНАЛЬНЫЙ
ФИЗИЧЕСКИЙ
ФИЗИЧЕСКИЙ
Среда передачи
Виртуальная связь между соответствующими уровнями для удаленных машин (прозрачное
взаимодействие на нижних уровнях).

51. Передача данных по сети

ПРИКЛАДНОЙ
ПРЕДСТАВИТ.
СЕАНСОВЫЙ
ТРАНСПОРТНЫЙ
СЕТЕВОЙ
КАНАЛЬНЫЙ
ФИЗИЧЕСКИЙ
A
B

52. Общая структура глобальной сети

• Телекоммуникационная
сеть в общем случае
включает следующие
компоненты:
▫ сеть доступа
(access network);
▫ магистраль
(backbone или core
network);
▫ информационные
центры или центры
управления сервисами
(data centers или
services control
point).

53. Структура глобальной сети

• Компоненты глобальной сети:
▫ сеть доступа (access network) - предназначена для
концентрации информационных потоков, поступающих по
многочисленным каналам связи от оборудования
пользователей, в сравнительно небольшом количестве узлов
магистральной сети;
▫ магистраль (backbone или core network - объединяет
отдельные сети доступа, обеспечивая транзит трафика
между ними по высокоскоростным каналам;
▫ информационные центры или центры управления
сервисами (data centers или services control point) - это
собственные информационные ресурсы сети, на основе
которых осуществляется обслуживание пользователей.

54. Сеть доступа

Сеть доступа представляет собой нижний уровень иерархии телекоммуникационной
сети.
К этой сети подключаются конечные (терминальные) узлы - оборудование, установленное
у пользователей (абонентов, клиентов) сети. В случае компьютерной сети конечными
узлами являются компьютеры, телефонной - телефонные аппараты, а телевизионной или
радиосети - соответствующие теле- и радиоприемники.
Основное назначение сети доступа - концентрация информационных потоков,
поступающих по многочисленным каналам связи от оборудования пользователей, в
сравнительно небольшом количестве узлов магистральной сети.
Сеть доступа , как и телекоммуникационная сеть в целом, может состоять из нескольких
уровней (на рисунке показано два). Коммутаторы, установленные в узлах нижнего
уровня, мультиплексируют информацию, поступающую по многочисленным абонентским
каналам (называемым часто абонентскими окончаниями, local loop) и передают ее
коммутаторам верхнего уровня, чтобы те в свою очередь передали ее коммутаторам
магистрали. Количество уровней сети доступа зависит от ее размера; небольшая сеть
доступа может состоять из одного уровня, а крупная - из двух-трех. Следующие уровни
осуществляют дальнейшую концентрацию трафика, собирая его и мультиплексируя в
более скоростные каналы.

55. Магистральная сеть

• Магистральная сеть объединяет отдельные сети доступа, выполняя
функции транзита трафика между ними по высокоскоростным
каналам.
• Коммутаторы магистрали могут оперировать не только
информационными соединениями между отдельными
пользователями, но и агрегированными информационными
потоками, переносящими данные большого количества
пользовательских соединений. В результате информация с помощью
магистрали попадает в сеть доступа получателей,
демультиплексируется там и коммутируется таким образом, что на
входной порт оборудования пользователя поступает только та
информация, которая ему адресована.
• В том случае, когда абонент-получатель подключен к тому же
коммутатору доступа, что и абонент-отправитель (непосредственно
или через подчиненные по иерархии связей коммутаторы),
последний выполняет необходимую операцию коммутации
самостоятельно.

56. Информационные центры

• Информационные центры (центры управления
сервисами) - это собственные информационные
ресурсы сети, на основе которых осуществляется
обслуживание пользователей. В таких центрах
может храниться информация двух типов:
▫ пользовательская информация, то есть те данные, которые
непосредственно интересуют пользователей сети;
▫ вспомогательная служебная информация, позволяющая
предоставлять пользователям некоторые услуги.

57. Информационные центры

• Примером информационных ресурсов первого типа могут служить
Web-порталы, на которых расположена разнообразная справочная
информация и новости, информация электронных магазинов и т.п.
• К ресурсам второго типа относятся, например, различные системы
аутентификации и авторизации пользователей, с помощью которых
организация, владеющая сетью, проверяет права пользователей на
получение тех или иных услуг; системы биллинга, которые в
коммерческих сетях подсчитывают плату за предоставленные услуги;
базы данных учетной информации пользователей, хранящие имена и
пароли, а также перечни услуг, на которые подписан каждый
пользователь.
• Еще одним из распространенных видов вспомогательного
информационного центра является централизованная система
управления сетью, которая представляет собой программное
обеспечение, работающее на одном или нескольких компьютерах.

58. Каналы связи

• Сеть строится на основе некоммутируемых
(выделенных) каналов связи, которые соединяют
коммутаторы глобальной сети между собой.
• Коммутаторы называют также центрами
коммутации пакетов. Причем в разных технология
передачи данных в глобальных сетях пакеты могут
называться иначе – кадры, ячейки.
• Коммутаторы устанавливаются в тех географических
пунктах, в которых требуются ответвления и слияния
потоков конечных абонентов или магистральных
каналов.

59. Устройства глобальной сети

• Глобальные сети призваны объединить устройства,
расположенные на значительном расстоянии друг от друга:
▫ Маршрутизаторы – обеспечивают большое количество сервисов,
включая организацию межсетевого взаимодействия и
интерфейсные порты WAN;
▫ Коммутаторы – устройства, подключающие полосу для передачи
голосовых сообщений, данных и видео;
▫ Модемы – служат интерфейсом для голосовых сервисов;
▫ Устройства управления каналом/цифровые сервисные
устройства (CSU/DSU) – служат интерфейсом для сервисов T1/E1.
▫ Терминальные адаптеры и оконечные сетевые устройства 1
(TA/NT1) – служат для служб цифровой сети с интеграцией услуг
ISDN.
▫ Коммутационные серверы – служат для концентрации входящих и
исходящих пользовательских соединений по коммутируемым
каналам связи.