Материал: для поступления в магистратуру

26

отключаются от сети. В этих случаях из сети исчезают виды сервиса, которые они предоставляли. Существенным недостатком одноранговых сетей является отсутствие централизованного администрирования. Хорошо подходят для сетей с количеством пользователей, не превышающим десяти

Архитектура клиент-сервер (client-server architecture) – это концепция информационной сети, в которой основная часть ее ресурсов сосредоточена в серверах, обслуживающих своих клиентов. Рассматриваемая архитектура определяет два типа компонентов: серверы и клиенты. Сервер – это объект, предоставляющий сервис другим объектам сети по их запросам. Сервис – это процесс обслуживания клиентов. Клиенты – это рабочие станции, которые используют ресурсы сервера и предоставляют удобные интерфейсы пользователя. Сети на базе серверов имеют лучшие характеристики и повышенную надежность. Сервер владеет главными ресурсами сети, к которым обращаются остальные рабочие станции.

Выбор архитектуры сети зависит от назначения сети, количества рабочих станций и от выполняемых на ней действий.

Для стандартизации сетей Международная организация стандартов (OSi) предложила семиуровневую сетевую архитектуру. К сожалению, конкретные реализации сетей не используют все уровни международного стандарта. Однако этот стандарт дает общее представление о взаимодействии отдельных подсистем сети.

Семиуровневая сетевая архитектура

Физический уровень (Physical Layer)

Физический уровень (Physical layer) имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или цифровой территориальный канал. 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, передающих дискретную информацию, например, крутизна фронтов импульсов, уровни 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.

Канальный уровень (data Link)

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 иззадачканальногоуровня(DataLinklayer)являетсяпроверкадоступностисредыпередачи.Другой задачейканальногоуровняявляетсяреализациямеханизмовобнаруженияикоррекцииошибок.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, для его выделения, а также вычисляет контрольную сумму, обрабатывая все байты кадра определенным способом и добавляя контрольную сумму к кадру. Когда кадр приходит по сети, 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

27

совпадают, то фиксируется ошибка. Канальный уровень может не только обнаруживать ошибки, но

иисправлять их за счет повторной передачи поврежденных кадров. Необходимо отметить, что функция исправления ошибок не является обязательной для канального уровня, поэтому в некоторых протоколах этого уровня она отсутствует, например, в Ethernet и frame relay.

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

Сетевой уровень (Network Layer)

Сетевой уровень (Network layer) служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать совершенно различные принципы передачи сообщений между конечными узлами и обладать произвольной структурой связей.

Доставкой данных между сетями занимается сетевой уровень, который и поддерживает возможность правильного выбора маршрута передачи сообщения даже в том случае, когда структура связей между составляющими сетями имеет характер, отличный от принятого в протоколах канального уровня. 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.

Чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач между сетями, или хопов (от hop - прыжок), каждый раз выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут представляет собой последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет.

Проблемавыборанаилучшегопутиназываетсямаршрутизацией,иеерешениеявляетсяодной из главных задач сетевого уровня. Эта проблема осложняется тем, что самый короткий путь не всегда самый лучший. Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных по этому маршруту; оно зависит от пропускной способности каналов связи и интенсивности трафика, которая может изменяться с течением времени. Некоторые алгоритмы маршрутизации пытаются приспособиться к изменению нагрузки, в то время как другие принимают решения на основе средних показателей за длительное время. Выбор маршрута может осуществляться и по другим критериям, например надежности передачи.

Вобщем случае функции сетевого уровня шире, чем функции передачи сообщений по связям с нестандартной структурой, которые мы сейчас рассмотрели на примере объединения нескольких локальных сетей. Сетевой уровень решает также задачи согласования разных технологий, упрощения адресации в крупных сетях и создания надежных и гибких барьеров на пути нежелательного трафика между сетями.

Транспортный уровень (Transport Layer)

Обеспечивает приложениям или верхним уровням стека - прикладному и сеансовому - передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет пять классовсервиса,предоставляемыхтранспортнымуровнем.Этивидысервисаотличаютсякачеством предоставляемых услуг: срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплексирования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное - способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.

Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными средствами конечных узлов сети - компонентами их сетевых операционных систем. В качестве примера транспортных протоколовможно привести протоколы TCP и UDP стека TCP/IP

ипротокол SPX стека Novell. Протоколы нижних четырех уровней обобщенно называют сетевым транспортом или транспортной подсистемой, так как они полностью решают задачу транспортировки сообщений с заданным уровнем качества в составных сетях с произвольной топологией и различными технологиями. Остальные три верхних уровня решают задачи предоставления прикладных сервисов на основании имеющейся транспортной подсистемы.

28

Сеансовый уровень (Session Layer)

Обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, а не начинать все с начала.В частности, на этом уровне выполняется управление доступом на основе прав доступа.

Представительный уровень (Presentation Layer)

Имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, неменяя при этом ее содержания. За счет уровня представления информация, передаваемая прикладным уровнем одной системы, всегдапонятнаприкладному уровнюдругой системы. С помощью средствданногоуровня протоколы прикладных уровней могут преодолеть синтаксические различия в представлении данныхилижеразличиявкодах символов,напримеркодовASCIIиEBCDIC.Наэтомуровнеможет выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных служб.

Прикладной уровень (Application Layer)

Это в действительности просто набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты.

Протоколы, иерархия протоколов и режимы их работы

Под сетевым протоколом обычно понимают совокупность правил взаимодействия двух элементов сети при обмене информацией между ними.

Большинство протоколов имеют иерархический принцип организации (рис. 1.3): нижележащий уровень предоставляет через интерфейс некоторый набор услуг (сервисов) вышележащему уровню, не раскрывая детали. В реализации предоставляемой услуги.

Рис. 1.3. Уровни протоколов [1; 2]

Правила и соглашения, используемые при взаимодействии уровня п одного узла и уровня п другого узла, называются протоколом уровня п.

На каждом уровне имеется активный элемент (сущность (Entity)). Одноранговыми сущностями называют сущности одного уровня на разных узлах сети. Сущности уровня п предоставляют услуги уровню п + 1, т.е. являются поставщиками услуг. При этом сущности уровня п + 1 являются потребителями услуг уровня п. Оказывая услуги уровню п + 1, уровень п может использовать услуги (быть потребителем) нижележащего уровня п - 1.

Сервис(услуга)определяет операции, которыебудет выполнять уровень, но нереализацию этих операций. Сервис, по сути, описывает интерфейс взаимодействия двух смежных уровней — поставщика услуг (нижележащего уровня) и потребителя (вышележащего уровня).

29

Доступ к услугам некоторого уровня обеспечивается через точки доступа к услуге (Service Access Point, SAP), т.е. посредством набора правил используемого для взаимодействия между уровнями интерфейса. Через SAP сущность вышележащего уровня передает сущности нижележащего уровня элемент данных интерфейса (Interface Data Unit, IDU), который состоит из

элемента данных услуги (Service Data Unit, SDU) и некоторой управляющей информации (Interface Control Information, ICI). При этом SDU может быть разбит на несколько фрагментов. Тогда его пересылка осуществляется в виде отдельных элементов данных протокола (Protocol Data Unit, P DU) или пакетов.

Таким образом, протокол определяет набор правил, которые описывают формат и назначение пакетов, передаваемых между одноранговыми сущностями внутри уровня. По сути, протокол определяет услуги уровня, на котором он работает. Протокол может претерпеть изменения, но предоставляемые услуги не должны меняться.

Протоколы разделяют на протоколы с установлением соединения (Connection Oriented) и без установления соединения (Connectionless). В первом случае до начала обмена данными отправитель и получатель должны установить соединение, определив предварительно некоторые параметры протокола. После завершения передачи данных (завершения сеанса передачи) соединение должно быть разорвано с помощью обмена специальными управляющими сообщениями.

Во втором случае передача данных осуществляется без организации специальной процедуры по установлению соединения с получателем отправляемых данных.

Список протоколов, который использует элемент сети, называется стеком протоколов. Совокупность уровней и протоколов образуют архитектуру сети.

Преимущества: Уровни обычно уменьшают сложность связи между сетями. Это увеличивает срок службы сети.

Режим передачи означает передачу данных между двумя устройствами. Он также известен как режим связи. Шины и сети предназначены для обеспечения связи между отдельными устройствами, которые связаны между собой. Существует три типа режима передачи:- симплексный, полудуплексный и полнодуплексный.

Всимплексномрежимесвязьоднонаправленная,какнаулицесодностороннимдвижением. Только одно из двух устройств на линии может передавать, другое может только принимать. Симплексный режим может использовать всю емкость канала для передачи данных в одном направлении.

Пример: клавиатура и традиционные мониторы. Клавиатура может вводить только ввод, монитор может выдавать только вывод.

Вполудуплексном режиме каждая станция может как передавать, так и принимать, но не одновременно. Когда одно устройство отправляет, другое может только получать, и наоборот. Полудуплексный режим используется в тех случаях, когда нет необходимости в связи в обоих направлениях одновременно. Для каждого направления может быть использована вся пропускная способность канала.

Пример: Рация, в которой сообщение отправляется по одному, а сообщения отправляются

вобоих направлениях.

Вполнодуплексном режиме обе станции могут передавать и принимать одновременно. В режиме full_duplex сигналы, идущие в одном направлении, делят пропускную способность канала с сигналами, идущими в другом направлении, это совместное использование может происходить двумя способами:

Либо ссылка должна содержать два физически отдельных пути передачи, один для отправки, а другой для приема.

Или емкость делится между сигналами, движущимися в обоих направлениях. Полнодуплексный режим используется, когда связь в обоих направлениях требуется

постоянно. Однако пропускная способность канала должна быть разделена между двумя направлениями.

Пример: Телефонная сеть, в которой имеется связь между двумя лицами по телефонной линии, через которую оба могут одновременно говорить и слушать.

30

Соединение, передача данных, разъединение

В сеансе связи различают три фазы: установление соединения, передачу данных и разъединение соединения (рис. 5.40).

Рис. 5.40. Фазы сеанса связи

Процессом установления соединения управляет источник, который посылает сигнал вызова, получает ответный сигнал (приглашение к набору номера) и вслед за этим передаёт адресную информацию (знаки набора номера). Коммутационный узел обрабатывает эту информацию, занимает один из каналов в пучке, ведущем к следующему коммутационному узлу, и передает последнему знаки набора, необходимые для дальнейшего установления соединения. Таким образом, постепенно, по участкам, вплоть до вызываемого абонента образуется соединительный тракт. После завершения этого процесса, от сети на вызывающую и вызываемую оконечные установки поступают сигналы, извещающие о том, что соединение готово к передаче данных.

В течение фазы передачи данных управление осуществляется оконечной установкой. В оконечнойустановкепринимаетсярешениеомерах,которыенеобходимопринятьдляобнаружения и исправления ошибок передачи.

Разъединение может быть начато любой из двух связанных между собой оконечных установок с помощью сигнала отбоя. По этому сигналу все коммутационные узлы, участвующие в образовании соединительного тракта, отключают соединения. Среди сетей передачи данных с коммутацией каналов различают два типа: синхронные и асинхронные сети.

Васинхронных сетях общая синхронизация по элементам отсутствует, и для сети не задаются единые «такты». Отдельные аппаратура передачи данных и коммутационные устройства имеют самостоятельные, независимые друг от друга тактовые генераторы.

Всинхронной сети с коммутацией каналов ход во времени всех процессов передачи и коммутации определяется единым тактовым синхросигналом. Он подводится ко всей аппаратуре и оборудованию сети, задаёт для всей сети жесткий временной растр и обеспечивает синхронизм всех процессов.

Передача информации в компьютерных сетях

1.Последовательный способ передачи информации

2.Параллельный способ передачи информации

3. Пакетный принцип организации данных Последовательный и параллельный способы передачи информации

Информация в компьютерам представлена в форме последовательностей двоичных чисел. Обмен данными как внутри вычислительного устройства между его узлами, так и между автономными машинами, может производиться двумя способами:

Последовательная передача, имеется только одна линия, состояние на ее передающей стороне отправляется только тогда, когда предыдущее обработано принимающей, т.е. данные передаются побитно,

Параллельнаяпередача, притакомспособеорганизуютсясразунескольколиний,состояние