Файл: Учебник для вузов. М Издво мгту им. Баумана, 2002, 336 с. Теоретические основы сапр Учебник для вузов Корячко В. П., Корейчик В. М., Норенков И. П. М. Энергоатомиздат, 1987, 400 с.doc

В соответствии с используемыми протоколами компьютерные сети подразделяются:

– локальные (LAN – Local Area Network): единый комплект протоколов для всех участников; компактны по территориальному признаку;

– глобальные (WAN – Wide Area Network): объединяют как отдельные компьютеры, так и отдельные локальные сети, в том числе и использующие различные протоколы; география обширна.

Назначение всех видов сетей:

– обеспечение совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;

– обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.

Например, все участники сети могут использовать одно устройство печати (сетевой принтер) или ресурсы жестких дисков одного выделенного компьютера (файлового сервера). Если все компьютеры сети общаются друг с другом на равных, то такие сети называются одноранговыми.

Для связи между собой нескольких локальных сетей, работающих по разным протоколам, служат специальные средства – шлюзы. Они могут быть аппаратными (шлюзовой сервер) и программными (компьютерная программа).

Режимы передачи данных в сети:

– симплексный – передача данных только в одном направлении (телевидение, радиовещание); информация может собираться с помощью датчиков, а потом передаваться для обработки на ЭВМ (телеметрия); в вычислительных сетях практически не используется;

– полудуплексный (поочередно двунаправленный) – обеспечивает попеременную передачу информации, источник и приемник информации последовательно меняются местами;

– дуплексный – одновременная передача и прием сообщений (телефонный разговор); наиболее скоростной режим работы, позволяет эффективно использовать вычислительные возможности быстродействующих ЭВМ.

Протокол, интерфейс, стек протоколов

Протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах.

И нтерфейсы – правила взаимодействия модулей соседних уровней в одном узле. Иначе говоря, объекты смежных уровней взаимодействуют друг с другом через общую границу (интерфейс).

Группа протоколов, которые управляют обменом информацией между физически удаленными абонентскими системами, и набор интерфейсов, которые управляют обменом между смежными уровнями, образуют стек протоколов. Для обеспечения взаимодействия двух систем в каждой из них должна выполняться одна и та же группа протоколов стека. Таким образом, при выполнении одинакового стека протоколов абонентские системы могут иметь различные операционные системы. Например, персональная ЭВМ, работающая под DOS и выполняющая стек TCP\IP, может взаимодействовать с персональной ЭВМ Macintosh, если на ней также функционирует TCP\IP.

---

Краткая характеристика уровней модели ISO/OSI (слайд 5)

Уровень	Назначение
7. Прикладной	набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователь использует возможности сети
6. Представления	определяет форму представления информации, не меняя ее содержания
5. Сеансовый	управление взаимодействием: определение активной стороны, синхронизация связи
4. Транспортный	надежность передачи: срочность, восстановление прерванной связи, обнаружение и исправление ошибок
3. Сетевой	образование единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей; сети могут использовать различные принципы передачи сообщений и обладать произвольной структурой связей
2. Канальный	формирование кадров, физическая адресация (точка-точка), разделение передающей среды, контроль ошибок
1. Физический	определение характеристик электрических сигналов, передающих дискретную информацию; стандартизация типов разъемов и назначения каждого контакта

Уровни модели OSI

Физический уровень

Имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи (коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель, цифровой территориальный канал).

Относятся:

характеристики физических сред передачи данных (полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и т.д.);

характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию (крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения и тока, тип кодирования, скорость передачи сигналов);

типы разъемов и контактов.

Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера эти функции выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.

Канальный уровень

На физическом уровне пересылаются просто биты, при этом не учитывается, что среда передачи может быть занята. Поэтому одна из функций канального уровня – проверка доступности среды передачи. Другая функция – реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы – кадры (frames).

---

Когда кадр приходит по сети, получатель вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, то кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка. Канальный уровень может не только обнаруживать ошибки, но и исправлять их за счет повторной передачи поврежденных кадров.

Функция исправления ошибок не является обязательной для канального уровня, поэтому в некоторых протоколах этого уровня она отсутствует (сети Ethernet и Frame relay).

Локальные сети: канальный уровень обеспечивает доставку кадра между любыми двумя узлами сети, но делает это только в сети с определенной топологией, для которой был разработан.

В глобальных сетях, которые редко обладают регулярной топологией, канальный уровень часто обеспечивает обмен сообщениями только между двумя соседними компьютерами, соединенными индивидуальной линией связи (протоколы "точка – точка").

В сетях любых топологий и технологий для обеспечения качественной транспортировки сообщений функций канального уровня недостаточно, поэтому в модели OSI решение этой задачи возлагается на два следующих уровня – сетевой и транспортный.


Типовые топологии сетей













Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными. Несмотря на логическую простоту, этот вариант громоздок и неэффективен. Каждый ПК должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи с каждым из остальных ПК сети. Для каждой пары ПК должна быть выделена отдельная физическая линия связи. В крупных сетях используется редко.

Ячеистая топология получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. Допускает соединение большого количества ПК и характерна, как правило, для крупных сетей.

---

Кольцевая конфигурация: данные передаются по кольцу от одного ПК к другому. Главное достоинство кольца – по своей природе обладает свойством резервирования связей (любая пара узлов связана двумя путями – по и против часовой стрелки). Оборот данных по кольцу позволяет отправителю контролировать процесс доставки данных адресату. Это же свойство используется для тестирования связности сети и поиска узла, работающего некорректно. Недостаток: необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какого-либо ПК не прерывался канал связи между остальными ПК.

Топология звезда образуется в случае, когда каждый ПК подключается отдельным кабелем к общему центральному устройству – концентратору. В качестве концентратора может выступать как компьютер, так и специализированное устройство – многовходовый повторитель, коммутатор, маршрутизатор. Недостатки:

более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения специализированного центрального устройства;

возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора.

Иерархическая звезда, или дерево: сеть с использованием нескольких концентраторов, соединенных между собой иерархическими связями типа "звезда". В настоящее время является самым распространенным типом топологии связей, как в локальных, так и в глобальных сетях.

Конфигурация общая шина: частный случаи топологии "звезда"; в качестве центрального элемента выступает пассивный кабель, к которому по схеме "монтажного ИЛИ" подключается несколько ПК. Передаваемая информация распространяется по кабелю и доступна одновременно всем ПК, присоединенным к этому кабелю. Основное преимущество – дешевизна и простота наращивания (присоединения новых узлов к сети). Недостатки:

низкая надежность: любой дефект кабеля или какого-нибудь из его разъемов полностью парализует всю сеть;

невысокая производительность: в каждый момент времени только один ПК может передавать данные по сети, поэтому пропускная способность канала всегда делится между всеми узлами сети.

До недавнего времени общая шина была самой распространенной топологией для локальных сетей.

Небольшие сети имеют, как правило, типовую топологию, для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между ПК. В таких сетях можно выделить отдельные, произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со

---

смешанной топологией.

Сетевой уровень

Служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать совершенно разные принципы передачи сообщений между конечными узлами и обладать произвольной структурой связей.

Протоколы канального уровня локальных сетей обеспечивают доставку данных между любыми узлами только в сети с соответствующей типовой топологией (например, иерархическая звезда). Это очень жесткое ограничение, которое не позволяет строить сети с развитой структурой (объединение нескольких сетей в единую, высоконадежные сети с избыточными связями между узлами). Чтобы сохранить простоту процедур передачи данных в сетях с типовой топологией и в то же время допустить произвольные топологии, вводится дополнительный сетевой уровень.



Внутри сетей доставка данных обеспечивается соответствующим канальным уровнем, между сетями – сетевой.

Сети соединяются между собой специальными устройствами – маршрутизаторами. Маршрутизатор – устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на ее основании пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения. Для передачи данных между сетями нужно совершить несколько транзитных передач между сетями – хопов (hop – прыжок), каждый раз выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут – последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет.

Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией, ее решение – одна из главных задач сетевого уровня.

Обычно критерием является время прохождения маршрута:

– в локальных сетях совпадает с длиной маршрута, которая измеряется количеством пройденных узлов маршрутизации;

– в глобальных сетях учитывается также и время передачи пакета по каждой линии связи, включая задержку, связанную с буферированием пакетов в системных очередях.

Другим критерием может быть надежность передачи.

Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами. При организации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие "номер сети". В этом случае адрес получателя состоит из старшей части – номера сети и младшей – номера узла в этой сети. Все узлы одной сети должны иметь одну и ту же старшую часть адреса. Поэтому термин "сеть" на сетевом уровне может иметь определение: сеть – это совокупность узлов, сетевой адрес которых содержит один и тот же номер сети.

---