Архитектура сетевой системы

1. Образовательный комплекс Компьютерные сети

Лекция 2
Архитектура сетевой системы

2. Содержание

Типы архитектур сетевых систем
Сетевая система Windows как
пример архитектуры
Взаимодействие систем
многоуровневой архитектуры
Компьютерные сети
Введение
2 из 34

3. Задачи сетевой системы

перенаправление ввода/вывода;
маршрутизация пакетов между сетями;
шифрование и расшифровка пакетов;
мультиплексирование и
демультиплексирование сообщений;
и многие другие
Как должна быть устроена система,
решающая все подобные задачи?
Компьютерные сети
Введение
3 из 34

4. Монолитная архитектура

Пользовательское
приложение
Сетевое
программное
обеспечение
Сетевой
адаптер
Среда передачи
Вся сетевая
функциональность
реализована в
одном модуле
Высокая
производительность
Сложность
разработки
Сложность
разделения
разработки
(например, между
компаниями)
Компьютерные сети
Введение
4 из 34

5. Монолитная архитектура Сетевые клиенты DOS

Пользовательское
приложение
Сетевые сервисы
(например, net.exe)
ipx.com
ipx.com
Сетевой
адаптер
Среда передачи
Компьютерные сети
Введение
управляет
сетевым
адаптером
предоставляет
приложениям и
сервисам
услуги по
сетевой
передаче
делает многое
другое
5 из 34

6. Монолитная архитектура Сетевые клиенты DOS

Для каждого типа сетевых карт
необходимо использовать свой
модуль ipx.com
Кто должен его разрабатывать:
Разработчики сетевых приложений?
Разработчики сетевых адаптеров?
Разработчики DOS?
Компьютерные сети
Введение
6 из 34

7. Многоуровневая архитектура

Уровень N
Уровень N-1
Уровень 2
(Сетевой адаптер)
Уровень 1
(Среда передачи)
Каждый уровень
выполняет четко
определенный набор
функций
Каждый уровень
взаимодействует
только со смежными
уровнями
Транзитные передачи
приводят к потерям
производительности
Возможна независимая и
параллельная разработка
уровней
Компьютерные сети
Введение
7 из 34

8. Многоуровневая архитектура Сетевые клиенты DOS (2)

Пользовательское
приложение
Сетевые сервисы
(например, net.exe)
Сетевая подсистема
ipxodi.com
lsl.com
3c509.com
Сетевой адаптер
lsl.com – формирует
окружение для
выполнения других
модулей сетевой
системы
3c509.com управляет сетевым
адаптером
ipxodi.com предоставляет
приложениям и
сервисам услуги по
сетевой передаче
Среда передачи
Компьютерные сети
Введение
8 из 34

9. Многоуровневая архитектура Сетевые клиенты DOS (2)

Модули lsl.com и ipxodi.com –
универсальные и не зависят от типа
сетевого адаптера
Модуль, управляющий сетевым
адаптером (драйвер), для каждого типа
адаптера свой и может иметь
произвольное имя
Кто разрабатывает модули?
lsl.com, ipxodi.com – разработчики сетевой
архитектуры
3c509.com – производитель сетевого
адаптера
Компьютерные сети
Введение
9 из 34

10. Сетевая архитектура Windows

11. Сетевая архитектура Windows (семейство NT/2000/XP/…)

Приложения и службы
Сетевые протоколы
Драйверы сетевых адаптеров
Пограничный
уровень TDI
Пограничный
уровень NDIS
Сетевые адаптеры
Среда передачи
Компьютерные сети
Введение
11 из 34

12. Сетевая архитектура Windows Сетевые адаптеры

Сетевой адаптер (Network Interface
Card, NIC) – устройство, выполняющее
передачу данных через среду передачи
Параметры настройки NIC должны быть
известны драйверу и обычно включают
Номер используемого прерывания (IRQ
number)
Базовый адрес ввода-вывода (I/O Base)
Компьютерные сети
Введение
12 из 34

13. Сетевая архитектура Windows Драйверы сетевых адаптеров

Network Driver Interface Specification
(NDIS) – спецификация архитектуры
сетевых драйверов, позволяющая
сетевым протоколам взаимодействовать
с аппаратными устройствами
Драйверы сетевых адаптеров
выполняются в среде NDIS и должны
соответствовать данной спецификации
Драйверы разрабатываются
производителями NIC
Компьютерные сети
Введение
13 из 34

14. Сетевая архитектура Windows Сетевые протоколы

Transport Driver Interface (TDI) –
стандарт интерфейса взаимодействия
приложений с сетевыми протоколами.
Реализации сетевых протоколов должны
соответствовать данной спецификации
Реализованные протоколы
TCP/IP
NWLink (реализация IPX/SPX, выполненная
Microsoft для Windows)
NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface)
Другие протоколы (DLC, IrDA,…)
Компьютерные сети
Введение
14 из 34

15. Сетевая архитектура Windows Сетевые приложения и сервисы

Для сетевого взаимодействия
приложениям и сервисам
предоставляются сетевые API
Winsock API
NetBIOS API
Telephony API
Messaging API
WNet API
Компьютерные сети
Введение
15 из 34

16. Сетевая архитектура Windows Сетевые приложения и сервисы

… и средства межпроцессного
взаимодействия (InterProcess
Communication, IPC)
DCOM (Distributed Component Object
Model) – распределенная модель
компонентных объектов
RPC (Remote Procedure Call) –
удаленный вызов процедур
Pipes – именованные каналы
MailSlots – почтовые ящики
Компьютерные сети
Введение
16 из 34

17. Сетевая архитектура Windows Сетевые приложения и сервисы

Windows включает десятки базовых
сетевых служб
"Сервер" – позволяет предоставлять
локальные каталоги и принтеры в
сетевое использование
"Рабочая станция" – позволяет
подключаться к предоставленным в
совместное использование папкам и
принтерам и использовать их
…
Компьютерные сети
Введение
17 из 34

18. Сетевая архитектура Windows (семейство NT/2000/XP/…)

Приложения и службы
DCOM RPC
Winsock
Pipes MailSlots
TAPI
NetBIOS API
Сетевые протоколы
TCP/IP
NetBEUI
NWLink
Драйверы сетевых адаптеров
Пограничный
уровень TDI
Пограничный
уровень NDIS
Сетевые адаптеры
Среда передачи
Компьютерные сети
Введение
18 из 34

19. Сетевая архитектура Windows Привязка (binding)

Службa 1
Службa 2
Пограничный
уровень TDI
TCP/IP
NetBEUI
Пограничный
уровень NDIS
Драйвер
NIC1
Драйвер
NIC2
Поскольку на каждом
уровне может
одновременно
выполняться несколько
модулей (например,
сетевых протоколов), на
границах уровней
используется привязка
– указание, какие
компоненты
нижележащего уровня
использует каждый
компонент
вышележащего
Компьютерные сети
Введение
19 из 34

20. Взаимодействие систем многоуровневой архитектуры

21. Многоуровневая архитектура

Уровень N
Уровень N-1
Определим
принципы
взаимодействия
многоуровневых
архитектур
Уровень 2
Уровень 1
Компьютерные сети
Введение
21 из 34

22. Многоуровневая архитектура Параметры архитектуры

При разработке архитектуры необходимо
определить следующие параметры
Количество уровней
Для каждого уровня
множество задач, решаемых на уровне;
какой сервис предлагает этот уровень вышележащему, и
как к этому сервису получить доступ;
какой сервис необходим со стороны нижележащего
уровня, и как к этому сервису получить доступ;
формат данных, принимаемых от вышележащего уровня
и передаваемых нижележащему;
формат представления данных, обрабатываемых на
уровне
Компьютерные сети
Введение
22 из 34

23. Многоуровневая архитектура Методы коммутации

При передачи сигнала между двумя
устройствами им должна быть
предоставлена линия связи. Поскольку
физическую линию, как правило,
выделить невозможно, используются
различные методы коммутации
Коммутация каналов
Коммутация пакетов
Коммутация сообщений
Компьютерные сети
Введение
23 из 34

24. Многоуровневая архитектура Коммутация каналов

Коммутация каналов – создание
непрерывного составного
физического канала из
последовательно соединенных
участков для прямой передачи
между взаимодействующими
устройствами
Компьютерные сети
Введение
24 из 34

25. Многоуровневая архитектура Коммутация пакетов

Все передаваемые сообщения разбиваются на
сравнительно небольшие части, называемые
пакетами
Каждый пакет снабжается заголовком,
содержащим адрес получателя
Пакеты транспортируются по сети как
независимые блоки
Получатель реконструирует исходное
сообщение из пакетов
В дальнейшем мы будем предполагать
использование коммутации пакетов и полагать
пакет единицей передаваемых данных
Компьютерные сети
Введение
25 из 34

26. Многоуровневая архитектура Передача данных

Источник
Уровень N
данные
Уровень N-1
данные
данные
данные
Уровень 2
данные
Уровень 1
данные
Формирование пакета
начинается на самом высоком
уровне
На каждом уровне данные,
полученные с вышележащего
уровня, обрабатываются и
дополняются управляющей
информацией в форме
заголовка (header) и/или
завершающего блока (trailer), и
передаются на нижележащий
уровень
Когда данные проходят через
все уровни, они передаются в
физическую среду передачи
Физическая среда передачи
Компьютерные сети
Введение
26 из 34

27. Многоуровневая архитектура Прием данных

Источник
Пакет передается от уровня
к уровню снизу вверх
На каждом уровне
интерпретируется только та
информация, которая
содержится в заголовке или
в завершающем блоке,
которые были добавлены к
пакету одноименным
уровнем при передаче
Остальная часть пакета
рассматривается как
данные, и передается на
вышележащий уровень
Приемник
данные
Уровень N
данные
Уровень N-1
данные
данные
данные
Уровень 2
данные
Уровень 1
Физическая среда передачи
Компьютерные сети
Введение
27 из 34

28. Многоуровневая архитектура Передача/прием данных

Таким образом, при сетевом
взаимодействии пакет,
отправленный i-ым уровнем
источника, будет получен i-ым
уровнем приемника, то есть
одноименные уровни соединены
виртуальными каналами передачи
данных (ВКПД)
Компьютерные сети
Введение
28 из 34

29. Многоуровневая архитектура Передача/прием данных

Источник
Уровень N
данные
Уровень N-1
данные
данные
данные
Уровень 2
данные
Уровень 1
данные
ВКПД
ВКПД
ВКПД
ВКПД
ВКПД
ВКПД
Приемник
данные
Уровень N
данные
Уровень N-1
данные
данные
данные
Уровень 2
данные
Уровень 1
Физическая среда передачи
Компьютерные сети
Введение
29 из 34

30. Многоуровневая архитектура Передача/прием данных

Правила передачи данных между
одноименными уровнями определяются
соответствующим протоколом
Для организации взаимодействия систем с
N-уровневой архитектурой требуется по
крайне мере N протоколов
Совокупность протоколов всех уровней,
обеспечивающая взаимодействие
сетевых устройств, называется стеком
протоколов
Компьютерные сети
Введение
30 из 34

31. Заключение

В настоящее время, как правило,
используется многоуровневая
архитектура сетевой системы
Протокол и стек протоколов –
важнейшие понятия в области
компьютерных сетей
Компьютерные сети
Введение
31 из 34

32. Тема следующей лекции

Рекомендуемая модель
взаимодействия открытых систем
(Open Systems Interconnection
Reference Model), часть 1
Компьютерные сети
Введение
32 из 34

33. Вопросы для обсуждения

Компьютерные сети
Введение
33 из 34

34. Литература

Сети TCP/IP. Ресурсы Microsoft
Windows 2000 Server. – М.: Русская
редакция, 2001.
В.Г. Олифер, Н.А. Олифер.
Компьютерные сети. Принципы,
технологии, протоколы. СПб:
Питер, 2001.
Компьютерные сети
Введение
34 из 34