Прикладная информатика (стр. 18 )

4) Удаленное хранение данных. В этом случае наоборот, информация сосредотачивается в одном месте, и по мере необходимости по сети происходит обращение к хранящейся в этом месте информации и передача ее по сети потребителю информации. В качестве примера можно привести сетевые хранилища данных, а также принципы хранения данных в Интернет.

Любая компьютерная сеть имеет следующие основные компоненты, определяющие процесс передачи данных: источник, сообщение, передатчик, средства передачи-приема, приемник, сообщение, адресат.

Источник – рабочая станция, файл-сервер, шлюз или любой компьютер, подключенный к сети.

Сообщение – цифровые данные определенного формата, предназначенные для передачи от источника адресату (файл базы данных, таблица, ответ на запрос, текст или изображение).

Передатчик – устройство, преобразующее сообщение в электрический сигнал для последующей передачи.

Средства передачи – физически передающая среда и специальная аппаратура, обеспечивающая передачу сообщений (выделенный телефонный канал, радиоканалы, каналы спутниковой связи, витая пара, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель).

Приемник – устройство, принимающее и преобразующее электрический сигнал в сообщение для передачи адресату.

Адресат – любой компьютер, подключенный к компьютерной сети.

11.2. Передача данных в сети

Сообщения передаются по каналам связи с использованием следующих методов:

1) симплексный, полудуплексный и дуплексный режимы передачи, которые определяют направления передачи данных;

2) параллельная и последовательная передачи;

3) асинхронная и синхронная передача.

Симплексный режим – передача только в одном направлении, используемая в телевидении и радиовещании;

Полудуплексный режим – передача в обоих направлениях поочередно, применяемая в телеметрии и факсимильной связи;

Дуплексный (полнодуплексный) режим – одновременная передача в обоих направлениях, используемая в глобальных сетях.

Цифровые данные по проводу передаются путем изменения величины некоторой физической характеристики, например фазы электрического тока, его частоты или напряжения (логический 0 или логическая 1). Однако эту смену можно осуществлять как на одном проводнике, так и сразу на нескольких.

Параллельная передача характеризуется тем, что группа битов передается одновременно по нескольким проводникам. Каждый бит передается по собственному проводу.

При последовательной передаче группа битов передается последовательно, один за другим по одной паре проводников. Она медленнее, но экономически более выгодна при передаче на большие расстояния.

Асинхронная передача часто называется старт-стопной передачей. Данные передаются как последовательность нулей и единиц, поэтому приемник должен уметь выделять байты в этом потоке данных. При асинхронной передаче каждый байт обрамляется стартовым и стоповым битами, с помощью которых приемник может байты разделить.

Синхронная передача, более быстрая по сравнению с асинхронной, позволяет передавать информацию большими блоками, не использует старт-стопные биты. Блоки данных обрамляются специальными управляющими символами, которыми манипулируют сложные модемы. При синхронной передаче источник и приемник работают на одной тактовой частоте.

12.3. Классификация компьютерных сетей

Компьютерные сети классифицируются по ряду признаков:

а) по территориальной распространенности (локальные, региональные, глобальные);

б) по скорости передачи информации (низко-, средне - и высокоскоростные);

в) по типу среды передачи (на базе коаксиального кабеля, витой пары. Оптоволокна, радиоканалов, инфракрасного диапазона электромагнитного излучения);

г) по принадлежности (ведомственные, государственные, частные, общие);

д) по способу управления (одноранговые и с выделенным сервером);

е) по технологии передачи сигнала (широковещательные и сети с передачей от узла к узлу).

В зависимости от места расположения, сети могут относиться к следующим типам:

1) локальные (LAN – Local Area Network) представляет собой соединение нескольких компьютеров, находящихся, как правило, в одном здании или в соседних зданиях (обычно в пределах удаленности станции не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже на 1 – 2 км). Их часто используют для предоставления совместного доступа компьютеров к ресурсам (например, принтерам) и обмена информацией. Отличительной чертой локальных сетей является большая скорость передачи данных, низкий уровень ошибок и использования дешевой среды передачи данных.

2) региональные (MAN – Metropolitan Area Network) объединяют компьютеры, расположенные в пределах города или региона. Такая сеть может поддерживать передачу цифровых данных, звука и включать в себя кабельное телевидение. Обычно региональная вычислительная сеть не содержит переключающих элементов для переадресации пакетов во внешние линии, что упрощает структуру сети. Эти сети сочетают лучшие характеристики локальных сетей с большой географической протяженностью.

3) глобальные (GAN – Global Area Network) охватывают компьютеры, локальные и региональные сети, расположенные в разных странах и континентах. Компьютерная сеть Интернет является наиболее популярной глобальной сетью. В ее состав входит множество свободно соединенных сетей. Внутри каждой сети, входящей в Интернет, существуют конкретная структура связи и определенная дисциплина управления.

По способу управления различают одноранговые сети и сети с выделенным сервером.

В одноранговой сети все компьютеры равноправны. Каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер. Нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Пользователи сами решают, какие ресурсы на своем компьютере сделать доступными в сети.

Одноранговые сети, как правило, объединяют не более 10 компьютеров. Отсюда их другое название – рабочие группы. Одноранговые сети относительно просты, дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных компьютеров. Требования к производительности и уровню защиты сетевого программного обеспечения ниже, чем в сетях с выделенным сервером. Поддержка одноранговых сетей встроена во многие операционные системы, поэтому для ее организации дополнительного ПО не требуется.

Если в сети более 10 компьютеров, то одноранговая сеть становится недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей имеют другую конфигурацию – они работают на основе выделенного сервера. Выделенным сервером называется такой компьютер, который функционирует только как сервер и не используется в качестве клиента или рабочей станции. Он специально оптимизирован для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и обеспечивает защиту файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом.

Сети на основе сервера, в отличие от одноранговых сетей, способны поддерживать тысячи пользователей. При этом к характеристикам компьютеров и квалификации пользователей предъявляются более мягкие требования, чем в одноранговых сетях.

По технологии передачи сигналов различают широковещательные сети и сети с передачей от узла к узлу.

Широковещательные сети обладают единым каналом связи, совместно используемым всеми машинами сети. Короткие сообщения, называемые пакетами, посылаемые одной машиной, принимаются всеми машинами. Поле адреса в пакете указывает, кому направляется сообщение. При получении пакета машина проверяет его адресное поле. Если пакет адресован этой машине, она обрабатывает пакет. Пакеты, адресованные другим машинам, игнорируются.

Сети с передачей от узла к узлу состоят из большого количества соединенных пар машин. В такой сети пакету необходимо пройти через ряд промежуточных машин, чтобы добраться до пункта назначения. Часто при этом существует несколько возможных путей от источника к получателю.

Обычно небольшие сети используют широковещательную передачу, тогда как в крупных сетях применяется передача от узла к узлу.

11.4. Топология сети

Под топологией, или конфигурацией, понимают способ организации физических связей компьютеров и других сетевых компонентов.

Существуют пять основных разновидности топологий: шинная, звездная, кольцевая, ячеистая и древовидная.

Шинная топология реализуется кабелем, называемым магистралью или сегментом и прокладываемым от одного компьютера к другому в виде последовательной цепочки (рис.1).

Рис. 1. Шинная топология

С – сервер, ПК – компьютер, Т – терминатор

Все сигналы, передаваемые любым компьютером в сеть, идут по шине в обоих направлениях ко всем остальным компьютерам. Причем в каждый момент времени передачу может вести только один компьютер. Поэтому производительность такой сети зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Два конца шины должны быть «закрыты» при помощи электрических сопротивлений – терминаторов, обнуляющих напряжения, приходящие на эти концы, для того, чтобы сигналы не отражались и не уходили в обратном направлении.

Выход одного или нескольких компьютеров из строя никак не сказывается на работе сети. Дефект кабеля в любом месте его протяженности делит сеть на две части, не способные общаться между собой. Эту архитектуру использует сети, построенные на коаксиальных кабелях.

Звездная топология. При топологии звезда (рис. 2) все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному устройству, называемому концентратором (hub). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным.

ПК

Рис. 2. Звездная топология

В сетях с топологией звезда концентратор служит центральным узлом. Концентраторы делятся на активные и пассивные. Активные регенерируют и передают сигналы так же, как репитеры. Их называют многопортовыми повторителями. Обычно они имеют от 8 до 12 портов для подключения компьютеров. Активные концентраторы подключаются к электрической сети. К пассивным концентраторам относятся монтажные или коммутирующие панели. Они пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивные концентраторы не надо подключать к электрической сети.

Недостатки этой топологии: дополнительный расход кабеля, установка концентратора. Главное преимущество этой топологии перед шиной – более высокая надежность. Выход из строя одного или нескольких компьютеров на работу сети не влияет. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора приводит к падению сети. Кроме того, концентратор может играть роль интеллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные передачи.

Кольцевая топология. Компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо (рис. 3). Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер выступает в роли репитера (повторителя), усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому выход из строя хотя бы одного компьютера приводит к падению сети.

Рис. 3. Кольцевая топология

Способ передачи данных по кольцу называется передачей маркера. Маркер (token) – это специальная последовательность бит, передающаяся по сети. В каждой сети существует только один маркер. Маркер передается по кольцу последовательно от одного компьютера к другому до тех пор, пока его не захватит тот компьютер, который хочет передать данные. Передающий компьютер добавляет к маркеру данные и адрес получателя, и отправляет его дальше по кольцу. Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя. Затем принимающий компьютер посылает передающему сообщение, в котором подтверждает факт приема. Получив подтверждение, передающий компьютер восстанавливает маркер и возвращает его в сеть.

Ячеистая топология. Сеть с ячеистой топологией обладает высокой избыточностью и надежностью, так как каждый компьютер в такой сети соединен с каждым другим отдельным кабелем (рис. 4).

Рис. 5. Ячеистая топология

Сигнал от компьютера-отправителя до компьютера-получателя может проходить по разным маршрутам, поэтому разрыв кабеля не сказывается на работоспособности сети. Основной недостаток – большие затраты на прокладку кабеля, что компенсируется высокой надежностью и простотой обслуживания. Ячеистая топология применяется в комбинации с другими топологиями при построении больших сетей.

Древовидная топология рассматривается как комбинация нескольких «звезд». При активном варианте древовидной топологии в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном – концентраторы (хабы).

Рис. 6. Древовидная топология

а – активный вариант, б – пассивный вариант

Кроме базовых топологий существуют их комбинации – комбинированные топологии. Чаще всего используются две комбинированные топологии: «звезда-шина» и «звезда-кольцо». «Звезда-шина» – несколько сетей с топологией «звезда» объединяются при помощи магистральной линейной шины (к концентратору подключены компьютеры, а сами концентраторы соединены шиной). Выход из строя одного компьютера не сказывается на работе всей сети, а сбой в работе концентратора влечет за собой отсоединение от сети только подключенных к нему компьютеров и концентраторов. «Звезда-кольцо» – отличие состоит только в том, что концентраторы в «звезде-шине» соединяются магистральной шиной, а в «звезде-кольце» концентраторы подсоединены к главному концентратору, внутри которого физически реализовано кольцо.

11.5. Локальные вычислительные сети и ее компоненты

Локальная вычислительная сеть (ЛВС), как правило, состоит из следующих компонентов: 1) персональный компьютер (ПК), называемый рабочей станцией; 2) сетевая операционная система; 3) файл-сервер; 4) периферийное оборудование ЛВС; 5) прикладное программное обеспечение; 6) кабели; 7) разъемы и соединители; 8) сетевые адаптеры; 9) репитеры; 10) трансиверы; 11) концентраторы; 12) мосты; 13) маршрутизаторы; 14) шлюзы.

Рабочая станция – персональный компьютер, допускающий любую конфигурацию и имеющий специальное устройство подключения к сети – сетевой адаптер.

Сетевая операционная система – система обслуживания и управления ЛВС. Сетевая операционная система является аналогом операционной системы локального компьютера для сети.

Файл-сервер (сервер) – компьютер, работающий с сетевой операционной системой. Операционная система позволяет файл-серверу управлять обменом информацией в сети и контролировать использование общих ресурсов (таких как принтеры). Различают два типа серверов – выделенный и невыделенный серверы. Выделенный сервер используется только как файл-сервер и не может выступать в качестве рабочей станции. В отличие от выделенного сервера невыделенный файл-сервер может совмещать в себе функции как файл-сервера, так и рабочей станции.

В качестве серверов используются либо мощные персональ­ные компьютеры повышенной надежности, обладающие большим объемом оперативной памяти и большим жестким диском, либо профессиональные серверы.

Периферийное оборудование ЛВС включает в себя такие устройства, как принтеры, графопостроители, устройства факсимильной связи и др. Все периферийное оборудование, подключенное к файл-серверу, можно использовать с любой рабочей станции.

Обработку данных производят специально предназначенные для этого программы – так называемое прикладное программное обеспечение (ППО).

Кабели – соединительные провода (линии передачи данных), по которым в разных направлениях передаются электрические сигналы в компьютерной сети. Различают сетевые кабели: коаксиальный, витая пара и оптоволоконный.

Разъемы (порты) – устройство сопряжения персонального компьютера или периферийного устройства для подключения в сеть посредством кабеля.

Соединители (коннекторы) – часть сетевого кабеля, вставляемая в порт (разъем) персонального компьютера или периферийного устройства для подключения в сеть.

Сетевые адаптеры (контроллеры, карты, платы) – основная часть аппаратуры ЛВС, предназначенная для сопряжение компьютера (или другого абонента) с сетью, то есть обеспечение обмена информацией между компьютером и каналом связи в соответствии с принятыми правилами обмена.

Трансиверы (TRANsmitter + reCEIVER) – устройства передачи информации между адаптером и кабелем сети или между двумя сегментами (частями) сети. Трансиверы усиливают сигналы, преобразуют их уровни или преобразуют сигналы в другую форму (например, из электрической в световую и обратно).

Репитеры (англ. repeater — повторители) – устройства, восстанавливающие ослабленные сигналы (их амплитуду и форму), приводя их форму к исходному виду. Цель такой ретрансляции сигналов состоит в увеличении длины сети.

Концентраторы (hub) – устройства, служащие для объединения в единую сеть нескольких сегментов сети.

Мосты (bridge) – наиболее простые устройства, служащие для объединения сетей с разными стандартами обмена, например Ethernet и Arcnet, или нескольких сегментов (частей) одной и той же сети, например Ethernet. В отличие от концентраторов мосты принимают поступающие пакеты целиком и в случае необходимости производят их простейшую обработку.

Маршрутизаторы (router) – устройства, выбирающие для каждого пакета в сложных разветвленных сетях оптимальный маршрут для избегания перегрузки отдельных участков сети и обхода поврежденных участков.

Шлюзы (gateway) – устройства для соединения различных сетей с сильно отличающимися протоколами, например для соединения локальных сетей с большими компьютерами или с глобальными сетями.

Если обратиться к модели OSI, то можно считать, что репитеры связывают сети или сегменты на 1-м уровне, мосты – на 2-м уровне, маршрутизаторы – на 3-м уровне, а шлюзы – на более высоких уровнях (на 4, 5, 6 и 7-м). Соответственно, репитеры выполняют функции (не все, а только некоторые) 1-го уровня, мосты реализуют функции 1-го уровня (на 1-м уровне и частично на 2-м у них работают сетевые адаптеры), маршрутизаторы – 3-го уровня, а шлюзы должны выполнять функции всех уровней.

Кабель не подвержен электрическим помехам. Существенным недостатком этой технологии является дороговизна и сложность в установке и подключении.

При передаче данных используется и беспроводная среда. Работа беспроводных ЛВС основана на следующих способах передачи данных: инфракрасном излучении, лазере и радиопередаче. Беспроводная среда (радиосвязь) может использоваться для организации сетей в пределах больших помещений, где применение обычных линий связи затруднительно или нецелесообразно. Организация беспроводной связи существенно дороже, чем обычной.

11.6. Физическая среда передачи данных

Физическая передающая среда – это прежде всего кабели. Они бывают трех видов: витая пара проводов, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель.

Витая пара состоит из двух изолированных медных проводов, свитых между собой и помещенных в одну защитную оболочку. Скручивание уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы. Пример — телефонный кабель. Характеристики пары: размеры, тип изоляции, шаг скручивания. Витая пара может быть неэкранированной (UTP) и экранированной (STP).

Неэкранированная витая пара (UTP) широко используется в ЛВС, максимальная длина 100 м. UTP определена особым стандартом, в котором указаны нормативные характеристики кабелей для различных применений, что гарантирует единообразие продукции.

Экранированная витая пара (STP) помещена в медную оплетку. Кроме того, пары проводов обмотаны фольгой. Поэтому STP меньше подвержены влиянию электрических помех и может передавать сигналы с более высокой скоростью и на большие расстояния.

Преимущества витой пары – дешевизна, простота при подключении. Недостатки – нельзя использовать при передаче данных на большие расстояния с высокой скоростью.

Коаксиальный кабель обладает более высокой механической прочностью и помехозащищенностью. Существуют два типа коаксиальных кабелей: тонкий (спецификация 10Base2) диаметром 0,64 см и толстый (спецификация 10Base5) диаметром 1,27 см. Скорость передачи информации 10 – 50 Мбит/с.

Тонкий – гибкий, диаметр 0,64 см (0,25"). Прост в применении и подходит практически для любого типа сети. Подключается непосредственно к плате сетевого адаптера. Передает сигнал на 185 м практически без затухания. Волновое сопротивление – 50 ом.

Толстый – жесткий, диаметр 1,27 см (0,5"). Его иногда называют стандартный Ethernet (первый кабель в популярной сетевой архитектуре). Жила толще, затухание меньше. Передает сигнал без затухания на 500 м. Используют в качестве магистрали, соединяющей несколько небольших сетей. Волновое сопротивление – 75 ом.

Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяется специальное устройство – трансивер (transceiver – приемопередатчик). Он снабжен коннектором, который называется вампир или пронзающий ответвитель. К сетевой плате трансивер подключается с помощью кабеля с разъемом. Для подключения тонкого коаксиального кабеля используются BNC-коннекторы (British Naval Connector). Применяются BNC-T-коннекторы для соединения сетевого кабеля с сетевой платой компьютера, BNC-баррел-коннекторы для сращивания двух отрезков кабеля, BNC-терминаторы для поглощения сигналов на обоих концах кабеля в сетях с топологией шина.

Оптоволоконный кабель – самая удобная передающая среда. На него не действуют электромагнитные поля, он сам практически не излучает, поэтому обнаружить его трудно, что отвечает требованиям секретности. В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Данные могут передаваться на многие километры. Скорость передачи от 100 Мбит/с до 1 Гбит/с..

Оптоволоконные линии предназначены для перемещения больших объемов данных на очень высоких скоростях, так как сигнал в них практически не затухает и не искажается. Оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон с отдельными коннекторами: одно – для передачи, другое – для приема.

Термин «беспроводная среда» не означает полное отсутствие проводов в сети. Обычно беспроводные компоненты взаимодействуют с сетью, в которой в качестве среды передачи используется кабель. Такие сети называют гибридными.

Беспроводная среда обеспечивает временное подключение к существующей кабельной сети, гарантирует определенный уровень мобильности и снижает ограничения на протяженность сети. Применяется в служебных помещениях, где у сотрудников нет постоянного рабочего места, в изолированных помещениях и зданиях, в строениях, где прокладка кабелей запрещена.

Существуют следующие типы беспроводных сетей: ЛВС, расширенные ЛВС и мобильные сети (переносные компьютеры). Основные различия между ними – параметры передачи. ЛВС и расширенные ЛВС используют передатчики и приемники той организации, в которой функционирует сеть. Для переносных компьютеров средой передачи служат общедоступные сети (например, телефонная или Internet).

ЛВС выглядит и функционирует практически так же, как и кабельная, за исключением среды передачи. Беспроводный сетевой адаптер с трансивером установлен в каждом компьютере, и пользователи работают так, будто их компьютеры соединены кабелем. Трансивер или точка доступа обеспечивает обмен сигналами между компьютерами с беспроводным подключением и кабельной сетью. Используются небольшие настенные трансиверы, которые устанавливают радиоконтакт с переносными устройствами.

Работа беспроводных ЛВС основана на четырех способах передачи данных: инфракрасном излучении, лазере, радиопередаче в узком диапазоне (одночастотной передаче), радиопередаче в рассеянном спектре.

Платы сетевого адаптера (СА) выступают в качестве физического интерфейса, или соединения, между компьютером и сетевым кабелем. Платы вставляются в слоты расширения материнской платы всех сетевых компьютеров и серверов или интегрируются на материнскую плату. Для обеспечения физического соединения между компьютером и сетью к разъему, платы подключается сетевой кабель.

Плата СА выполняет:

•  подготовку данных, поступающих от компьютера, к передаче, по сетевому кабелю;

•  передачу данных другому компьютеру;

•  управление потоком данных между компьютером и кабельной системой;

•  прием данных из кабеля и перевод их в форму, понятную процессору компьютера.

Плата СА должна также указать свое местонахождение или сетевой адрес, чтобы ее могли отличить от других плат сети. Сетевые адреса определены комитетом IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.), который закрепляет за каждым производителем плат сетевого адаптера некоторый интервал адресов. Производители зашивают эти адреса в микросхемы, поэтому каждый компьютер имеет свой уникальный номер, т. е. адрес в сети.

Перед тем, как послать данные по сети, плата СА проводит электронный диалог с принимающей платой, в результате которого они устанавливают:

•  максимальный размер блока передаваемых данных;

•  объем данных, пересылаемых без подтверждения о получении;

•  интервал между передачами блоков данных;

•  интервал, в течение которого необходимо послать подтверждение;

•  объем данных, который может принять плата без переполнения буфера;

•  скорость передачи.

Если новая (более сложная и быстрая) плата взаимодействует с устаревшей (медленной) платой, то они должны найти общую для них обеих скорость передачи. Схемы современных плат позволяют им приспособиться к низкой скорости старых плат. Каждая плата оповещает другую о своих параметрах, принимая чужие параметры и подстраиваясь к ним. После определения всех деталей начинается обмен данными.

Для правильной работы платы должны быть корректно установлены следующие параметры:

•  номер прерывания;

•  базовый адрес порта;

•  базовый адрес памяти;

•  тип трансивера.

Для обеспечения совместимости компьютера и сети плата СА должна соответствовать внутренней структуре компьютера (архитектуре шины данных) и иметь соответствующий соединитель, подходящий к типу кабельной системы.

11.7. Эталонная модель ОSI

Работа сети заключается в передаче данных от одного компьютера к другому. В этом процессе можно выделить следующие задачи:

1. Распознавание данных.

2. Разбиение данных на управляемые блоки.

3. Добавление информации к каждому блоку о местонахождении данных и получателе.

4. Добавление информации для синхронизации и проверки ошибок.

5. Перемещение данных в сеть и отправка их по заданному адресу.

Сетевая ОС при выполнении этих задач строго следует определенному набору процедур. Эти процедуры называются протоколами.

Протоколы – формальный наборам правил и соглашений, определяющий, каким образом устройства в сети обмениваются данными.

Протоколы описывают любой момент взаимодействия – от характеристик сигналов, передаваемых по кабелям, до языков запросов, позволяющих обмениваться сообщениями приложениям, исполняемым на разных компьютерах. Каждый компьютер в сети использует набор протоколов для выполнения функций, назначенных каждому уровню. Совокупность уровней называется стеком протоколов (сетевым стеком). Традиционно стек делится на семь уровней, функции которых определяются эталонной моделью взаимодействия открытых систем (OSI – Open System Interconnection) – документом, описывающим как отдельные функции каждого уровня, так и их совместное применение для обеспечения взаимодействия компьютеров сети.

Эталонная модель (OSI) имеет следующие семь уровней взаимодействия:

7) прикладной уровень (Application Layer);

6) представительский уровень (Presentation Layer);

5) сеансовый уровень (Session Layer);

4) транспортный уровень (Transport Layer);

3) сетевой уровень (Network Layer);

2) канальный уровень (Data Link Layer);

1) физический уровень (Physical Layer);

В модели предусмотрено, что взаимодействуют только смежные уровни. Изменение состояния одного из уровней приводит к немедленному изменению состояния только смежных уровней. Информация, поступающая от Источника к Приемнику, проходит все уровни по следующей схеме: информация стартует с 7-го уровня Источника и проходит все уровни до 1-го. Далее, 1-й уровень передает информацию по сети. На Приемник информация приходит на 1-й уровень, поднимается до 7-го уровня и достигает пользователя.

Физический уровень обеспечивает линию связи для передачи данных между узлами сети. На этом уровне происходит преобразование данных 2-го уровня в сигналы, передающиеся по кабелю.

Канальный уровень формирует из данных, передаваемых 1-м уровнем, так называемые кадры, которые являются блоками данных, содержащими дополнительную управляющую информацию. При возникновении ошибок автоматически выполняется повторная передача кадра.

Сетевой уровень отвечает за маршрутизацию пакетов в сети и связь между сетями (межсетевое взаимодействие). Маршрутизация – процесс выбора маршрута передачи данных в сети. Сетевой уровень должен также обеспечивать обработку ошибок и управление потоками данных.

Транспортный уровень выполняет разделение передаваемых сообщений на пакеты на Источнике и сборку пакетов на Приемнике. На этом уровне может выполняться согласование сетевых уровней различных, в общем случае несовместимых сетей через специальные шлюзы. Такое согласование требуется, например, при объединении локальных сетей в глобальные.

Сеансовый уровень обеспечивает взаимодействие с транспортным уровнем. Этот уровень координирует прием и передачу данных одного сеанса связи, управляет паролями, подсчитывает плату за использование сети.

Представительский уровень предназначен для подготовки данных, используемых затем на уровне приложений. На уровне представления происходит преобразование данных из кадров для экранного формата или для формата печатающего устройства.

Прикладной уровень отвечает за поддержку прикладного программного обеспечения конечного пользователя.

Модель OSI представляет собой архитектурный каркас и самые общие рекомендации для построения стандартов совместимых сетевых продуктов. Благодаря этим рекомендациям возможно объединение сетей в интерсеть.

11.8. Сетевые протоколы

Протоколы – это набор правил и процедур, регулирующих порядок осуществления некоторой связи. Протоколы реализуются во всех областях деятельности человека, например, дипломатических. В сетевой среде – это правила и технические процедуры, позволяющие нескольким компьютерам общаться друг с другом.

Различают три определяющих свойства протоколов:

1. Каждый протокол предназначен для различных задач и имеет свои преимущества и недостатки.

2. Протоколы работают на разных уровнях модели OSI. Функции протокола определяются уровнем, на котором он работает.

3. Несколько протоколов могут работать совместно. В этом случае они образуют так называемый стек, или набор протоколов. Как сетевые функции распределяются по всем уровням модели OSI, так и протоколы совместно работают на различных уровнях стека. Например, прикладной уровень протокола TCP/IP соответствует уровню представления модели OSI. В совокупности протоколы определяют полный набор функций и возможностей стека.

Передача данных по сети должна быть разбита на ряд последовательных шагов, каждому из которых соответствует свой протокол. Эти шаги должны выполняться на каждом сетевом компьютере в одной и той же последовательности. На компьютере-отправителе они выполняются сверху вниз, а на компьютере-получателе – снизу вверх.

Компьютер-отправитель в соответствии с протоколом выполняет следующие действия:

а) разбивает данные на небольшие блоки – пакеты, с которыми может работать протокол;

б) добавляет к пакетам адресную информацию, чтобы компьютер-получатель мог определить, что эти данные предназначены именно ему;

в) подготавливает данные к передаче через плату СА по сетевому кабелю.

Компьютер-получатель в соответствии с протоколом выполняет те же действия, но в обратном порядке:

а) принимает пакеты данных из сетевого кабеля и через плату СА передает пакеты в компьютер;

б) удаляет из пакета всю служебную информацию, добавленную компьютером-отправителем;

в) копирует данные из пакета в буфер для их объединения в исходный блок данных;

г) передает приложению собранный из пакетов блок данных в том формате, который использует это приложение.

И компьютеру-отправителю, и компьютеру-получателю необходимо выполнять каждое действие одинаковым способом, чтобы отправленные данные совпали с полученными.

До середины 80-х гг. большинство ЛВС были изолированными. С развитием ЛВС и увеличением объема передаваемой ими информации они стали компонентами больших сетей. Данные, передаваемые из одной локальной сети в другую по одному из возможных маршрутов, называются маршрутизированными, а протоколы, поддерживающие передачу данных между сетями по нескольким маршрутам, – маршрутизируемыми. Такие протоколы служат для объединения локальных сетей, поэтому их роль постоянно возрастает.

Модель OSI помогает определить, какие протоколы нужно использовать на каждом ее уровне. Продукты разных производителей, которые соответствуют этой модели, способны вполне корректно взаимодействовать друг с другом. ISO, IEEE, ANSI, ITU (International Telecommunications Union) и другие организации по стандартизации разработали протоколы, соответствующие некоторым уровням модели OSI.

TCP/IP – стандартный промышленный набор протоколов, обеспечивающий связь в неоднородной среде, т. е. между компьютерами разных типов. Совместимость – одно из основных преимуществ TCP/IP, поэтому его поддерживают большинство ЛВС. Кроме того, TCP/IP предоставляет маршрутизируемый протокол для корпоративных сетей и доступ в Интернет. Из-за своей популярности TCP/IP стал стандартом де-факто для межсетевого взаимодействия. У TCP/IP есть два главных недостатка: большой размер и недостаточная скорость работы. Но для современных ОС это не является проблемой (проблема только у DOS-клиентов), а скорость работы сравнима со скоростью работы протокола IPX.