2.42M

Лекция 01

1.

Компьютерные сети
Лекция 1
Лектор:
Варкентин Виталий Владимирович

2.

Основы компьютерных сетей: Лекция 1
• Терминология
• Классификации компьютерных сетей (КС)
• Топологии КС
• Стандарты в области КС
• Основы организации КС
2
52

Основы компьютерных сетей: Терминология
Передача файлов между
двумя ПК, соединенными
кабелем
Файлы скачиваются на ПК
через Интернет
Файлы передаются между
несколькими ПК через
маршрутизатор (router)
3
52

4.

Основы компьютерных сетей: Терминология
4
52

5.

Основы компьютерных сетей: Терминология
• Компьютерная сеть – это группа (два и более) компьютеров,
соединенных каналами передачи данных.
• Компьютерные сети обеспечивают:
• быстрый обмен данными;
• совместное использование ресурсов (сканеров, модемов, принтеров и т. д.);
• совместное использование программного обеспечения и баз данных;
• совместную работу пользователей над некоторым заданием и проектом;
• возможность удаленного управления компьютерами.
5
52

6.

Основы компьютерных сетей: Терминология
6
52

7.

Основы компьютерных сетей: Терминология
Термин
Определение
Компьютерная сеть
группа (два и более) компьютеров, соединенных каналами передачи данных.
Данные
(DATA, Data payload)
полезная информация, которую необходимо доставить получателю
Пакет (Packet)
упакованные данные, передаваемые по сети
Заголовок (Header)
служебная информация, добавляемая к данным перед DATA
Концевик (Tail)
служебная информация, добавляемая к данным после DATA
Инкапсуляция
(Encapsulation)
процесс упаковки данных: формирование Пакета добавлением Заголовка и/или
Концевика
Деинкапсуляция
(Decapsulation)
удаление заголовков и Концевиков из Пакета
(Gateway)
сетевое устройство, выполняющее функции конвертации протоколов, выбора
маршрутов и обмена данными
Маршрутизатор (Router)
сетевое устройство, задачей которого является определение маршрута для передачи
данных (куда их отправлять)
Хост (Host, Terminal Device)
конечное устройство, являющееся отправителем или получателем данных
7
52

8.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Типы классификации КС
• По типу коммутации.
• По технологии передачи
• По протяженности (в зависимости от территории покрытия)
• По топологии: полносвязная, дерево, кольцо, звезда, смешанная
• По типу пользователей: сети операторов связи, корпоративные сети,
персональные сети
• По другим признакам
8
52

9.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Классификация КС по типу коммутации
• Коммутация каналов.
• Коммутация пакетов.
9
52

10.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Классификация КС по типу коммутации:
коммутация каналов
10
52

11.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Классификация КС по типу коммутации:
коммутация пакетов
11
52

12.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Классификация КС по типу коммутации:
коммутация пакетов
12
52

13.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Классификация КС по технологии передачи данных
Широковещательные КС
Точка-Точка
13
52

14.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Классификация КС по протяженности
Тип сети
Описание
Локальная (LAN,
Local Area Network)
Охватывает небольшую географическую область (обычно, в пределах
одного-двух километров)
Муниципальная (MAN,
Охватывает географическую область уровня «город» (до двух-трех
Metropolitan Area Network) десятков километров)
Глобальная (WAN,
Wide Area Network)
Охватывает значительную географическую область (до уровня «весь мир»)
14
52

15.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Классификация КС по протяженности
Название
Персональная
Протяженность
1-2 м
Локальная
10 м – 1 км
Муниципальная
Глобальная
Объединение сетей
10 км
100 – 1000 км
10 000 км
Расположение
На столе
Комната, здание,
кампус
Город
Страна, континент
Весь мир
15
52

16.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Классификация КС: Итоги
• Сети с коммутацией пакетов
• Компьютерные сети
• Технологии передачи данных
• Широковещательные (классический Ethernet, Wi-Fi)
• Точка-Точка (коммутируемый Ethernet)
• Протяженность
• Локальные сети (Ethernet, Wi-Fi)
• Объединение сетей (стек протоколов TCP/IP)
16
52

17.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Топологии КС
• Топология – объединенные в сеть компьютеры.
• Топология сети – конфигурация графа:
• Вершины – узлы сети (компьютеры и сетевое оборудование)
• Ребра – связи между узлами (физические или информационные)
17
52

18.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Физическая и логическая топологии
• Физическая топология –
• соединения устройств в сети.
• Логическая топология –
• правила распространения сигналов в сети.
18
52

19.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Топология «Звезда»
19
52

20.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Топология «Общая шина»
20
52

21.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Топология «Общая шина»
Физическая топология «Звезда»
Подключение устройств через
концентратор
Логическая топология «Общая шина»
Подключение устройств через
концентратор
21
52

22.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Топология «Кольцо»
22
52

23.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Полносвязная топология
23
52

24.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Частично полносвязная (ячеистая) топология
24
52

25.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Топология «Дерево»
25
52

26.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Смешанная топология
26
52

27.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Классический Ethernet
27
52

28.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Коммутируемый Ethernet
28
52

29.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Wi-Fi
29
52

30.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Топологии КС: Итоги
• Топология – схема объединения устройств в сети.
• Популярные топологии:
• Полносвязная, ячеистая, кольцо, дерево, общая шина.
• Смешанная топология.
• Виды топологий:
• Физическая
• Логическая
30
52

31.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Стандарты в области КС: Зачем нужны стандарты?
• На раннем этапе развития сетей (60-70е годы) стандартизации не
было.
• Оборудование разных производителей не могло взаимодействовать
по сети:
• Несовместимость сетевого оборудования.
• Несовместимость программного обеспечения.
• Разные протоколы.
• Решение – стандартизация.
31
52

32.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Типы стандартов
• De jure (формальные, юридические) – стандарты, принятые по
формальным законам стандартизации.
• De facto (фактические) – стандарты, установившиеся сами собой.
• Новая технология, пользующаяся большой популярностью
32
52

33.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Стандарты КС
• Международная организация по стандартизации (ISO):
• Эталонная модель взаимодействия открытых систем.
• Институт инженеров по электронике и электротехнике (IEEE):
• Технологии передачи данных.
• Совет по архитектуре интернета (IAB):
• Протоколы Интернет
• Консорциум W3C:
• Стандарты Web.
33
52

34.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Институт IEEE
Номер
802.3
802.11
802.15
802.16
Назначение
Ethernet
Беспроводные локальные сети (Wi-Fi)
Персональные сети (BlueTooth)
Широкополосные беспроводные сети (WiMAX)
34
52

35.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Совет по архитектуре Интернета
• Группа исследований Интернет (Internet Research Task Force, IRTF):
• Долгосрочные перспективные исследования.
• Группа проектирования Интернет (Internet Engineering Task Force,
IETF):
• Выпускает стандарты на сетевые протоколы.
• RFC (Request for comments):
• Документы с описанием работы протоколов.
• Формально не называются стандартами (запрос комментариев), но по сути
являются таковыми.
35
52

36.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Документы RFC
• RFC 793 – протокол TCP
• RFC 791 – протокол IP
• RFC 826 – протокол ARP
• RFC 792 – протокол ICMP
• RFC 2131 – протокол DHCP
• Документы RFC доступны бесплатно: https://tools.ietf.org/rfc/index
36
52

37.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Консорциум W3C
• Консорциум World Wide Web (W3C):
• Стандарты Web.
• Документы называются рекомендациями W3C.
• Рекомендации W3C:
• Язык разметки HTML (Hypertext Markup Language).
• Таблицы стилей CSS (Cascading Style Sheets).
• Архитектура Web-сервисов (Web Services Architecture).
• Язык разметки XML (Extensible Markup Language).
• Рекомендации W3C доступны бесплатно: https://www.w3.org/standards/
37
52

38.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Стандарты в области КС: Итоги
• Стандарты играют огромную роль в работе сетей:
• Оборудование разных поставщиков.
• Программное обеспечение разных производителей.
• Разные операционные системы и платформы.
• Разные устройства.
• Читайте стандарты, чтобы разобраться в деталях работы технологий и
протоколов:
• IEEE – сетевое оборудование.
• Документы RFC – протоколы Интернет.
• Рекомендации консорциума W3C – Web.
38
52

39.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Сложность создания сетей
• Сложности построения сетей
• Многообразие оборудование и программного обеспечения.
• Надежность.
• Развитие сети.
• Распределение ресурсов.
• Качество обслуживания.
• Безопасность.
• Решение:
• Декомпозиция на отдельные подзадачи.
• Шаблон «Уровни».
39
52

40.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Декомпозиция: шаблон «Уровни»
Компьютер 1
Компьютер 2
Уровень 3
Уровень 3
Уровень 2
Уровень 2
Уровень 1
Уровень 1
Среда передачи данных
40
52

41.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Базовые понятия компьютерных сетей
• Сервис – описывает такие функции, реализует уровень.
• Интерфейс – набор примитивных операций, которые нижний
уровень предоставляет верхнему.
• Протокол – правила и соглашения, используемые для связи
уровня N одного компьютера с уровнем N другого компьютера.
41
52

42.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Протокол и интерфейс
• Интерфейс
• Реальное общение внутри компьютера.
• Уровень N вызывает функции уровня N-1.
• Программист создает сокет и записывает в него данные.
• Протокол
• Виртуальное общение между компьютерами.
• Реально соединяются только уровни, работающие с физической средой.
• Взаимодействие через заголовки протокола.
42
52

43.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Архитектура сети
• Сколько уровней должно быть в сети?
• Какие уровни должны быть в сети?
• Какие функции должны выполняться и на каком уровне?
• Архитектура сети:
• Набор уровней и протоколов сети.
• Интерфейсы в архитектуру не входят.
• Стек протоколов:
• Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для
организации взаимодействия по сети.
43
52

44.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Эталонные модели организации сетей
• Модели взаимодействия открытых систем (ISO OSI):
• Юридический стандарт международной организации стандартизации
ISO.
• 7 уровней, протоколы не входят в модель.
• Хорошая теоретическая проработка.
• На практике не используется.
• Модель TCP/IP:
• Фактический стандарт на основе популярного стека протоколов TCP/IP.
• 4 уровня.
• Протоколы TCP/IP широко используются на практике.
• Основа Интернет.
44
52

45.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Инкапсуляция
• Включение сообщения вышестоящего уровня в сообщение нижестоящего
уровня.
• Сообщение: заголовок + данные + концевик.
45
52

46.

47.

48.

49.

50.

51.

Классификации КС
Топологии КС
Стандарты в области КС
Основы организации КС
Основы организации КС: Итоги
• Создание сетей – сложная задача:
• Декомпозиция на уровни.
• Каждый уровень выполняет одну или несколько четко определенных функций.
• Уровень предоставляет сервис верхнему уровню.
• Основные понятия организации сетей:
• Сервис – что делает уровень.
• Протокол – как уровень это делает.
• Интерфейс – как получить доступ к сервису уровня.
• Эталонные модели компьютерных сетей
• Модель взаимодействия открытых сетей ISO OSI.
• Модель TCP/IP.
51
52

52.

Основы компьютерных сетей: Источники
• А. Созыкин. Сети и системы телекоммуникаций
https://www.youtube.com/watch?v=OLFA0soYGhw&list=PLtPJ9lKvJ4oiNMv
YbOzCmWy6cRzYAh9B1&index=1&t=2s&ab_channel=AndreySozykin
• В. Олифер, Н. Олифер. Компьютерные сети: Принципы,
технологии, протоколы (5 издание)
• У. Таненбаум. Компьютерные сети
• Материалы курсов Huawei Datacom
https://training-microtest.ru/course/hcip-datacom-core/
• Много полезных видосов с YouTube
52
52

English Русский Rules