Компьютерные сети и телекоммуникации (стр. 1 )

Компьютерные сети и телекоммуникации.

Компьютерная сеть - это совокупность аппаратных и программных средств, предназначенная для организации обмена информацией ЭВМ и пользователей.

В состав КС входят:

Различные виды ЭВМ: ВК, серверы, ПК, терминалы, мэйнфреймы (класс супер ЭВМ) Устройства с возможностью прямого подключения к сети: сетевой принтер, принт-серверы, устройства сетевого сканирования, сетевые факсы.

Эти 2 типа оборудования в терминологии называются хостами (host).

Активное и пассивное сетевое оборудование: концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы,  точки доступа, модемы. Кабельные линии – среда передачи данных: электрический кабель, оптический кабель, эфир.

Классы сетей

Локальные (LAN) – это сеть, ограниченная пределами:

одного здания; нескольких зданий, объединенных локальным каналом связи; совокупность хостов, объединенных в целевую группу, использующую глобальный канал данных;

Сети мегаполисов (MAN)- городская телефонная сеть. Глобальные сети (WAN) – сети, охватывающие большие территории.

Организация сетевого взаимодействия

Уровень абонента	Язык, устная и письменная речь	Прикладной уровень
Уровень почтовых отделений	Правила написания почтового адреса, индекса доставки писем	Сетевой уровень
Уровень транспортных сетей	Грузоперевозки, транспортные службы	Транспортный уровень
Уровень путей сообщения	Автодорога, ж/д, река, воздух	Физический уровень

Разделение процессов взаимодействия на уровни позволяет функционально изолировать средства, участвующие в процессе, по принципу «каждый занимается своим делом», что позволяет обеспечить достаточную гибкость при расширении функциональности этих средств.

Модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI

В 1984 году международная организация по стандартам ввела модель взаимодействия открытых систем, которая представляет собой международный стандарт для проектирования сетевых коммуникаций и предполагает семиуровневый подход построения сетей. Каждый уровень модели обслуживает различные этапы процессов взаимодействия. Посредством деления на уровни модель OSI упрощает совместную работу оборудования и программного обеспечения.

Модель OSI состоит из:

Прикладного; Представительского; Сессионного; Транспортного; Сетевого; Канального; Физического уровней.

Прикладной уровень – представляет собой высокоуровневые функции сетевого взаимодействия, такие как передача различных файлов, отправка сообщений, мгновенных сообщений http, ftp, Skype, Pop, ICQ.

Представительский уровень – осуществляет промежуточное преобразование данных сообщений прикладного уровня в общий формат, который предусмотрен средствами нижних уровней, а так же обратных преобразований в формат, понятный получающей программе ARP, RAPR.

Сессионный уровень – позволяет двум приложениям поддерживать продолжительное взаимодействие по сети (сессия, сеанс). Управляет установкой связи, обмена информацией и завершением сеанса. Так же отвечает за идентификацию пользователей, участвующих в сеансе связи. Skype, ICQ, SIP.

Транспортный уровень – реализует передачу данных между двумя программами, коррекционирующими на разных ПК, обеспечивая при этом отсутствие потерь, ошибок и дублирования информации, которые могут возникать в результате ошибок нижних уровней. Если данные подвергаются фрагментации, то средства данного уровня гарантирует сборку фрагментов в правильном порядке. TCP, UDP

Сетевой уровень – данный уровень предоставляет средства логической адресации, позволяющей однозначно идентифицировать host в сети, выполняет целенаправленную передачу информации, конкретному получателю, отвечает за поиск кратчайшего и альтернативного маршрута. IF, IPX

Канальный уровень – на данном уровне организованная физическая адресация узлов сети, которая позволяет однозначно идентифицировать абонента во всей сети, кодировать информацию для/после передачи по физическому уровню, исправляет ошибки, допущенные на физическом уровне. Ethernet, Token Ring, xDSL, FDDI.

Физический уровень – определяет способ физического объединения узлов в сети, отвечает за работу со средой передачи данных. Медь, оптоволокно.

Принципы уровневого взаимодействия

При уровневой организации процессов взаимодействия должны соблюдаться следующие требования:

Компоненты одного уровня одной системы могут взаимодействовать с компонентами только того же уровня другой системы. В рамках одной системы компоненты, какого либо уровня могут взаимодействовать только с компонентами смежных уровней.

Набор правил, определяющих порядок взаимодействия средств, относящихся к одному и тому же уровню, и функционирующих в разных системах называется протоколом.

Правило взаимодействия между смежными уровнями в одной системе называется интерфейсом.

На практике, в отличие от эталонной модели:

Есть список, функции некоторых уровней могут объединяться одним протоколом и наоборот, функции некоторых уровней могут делиться между протоколами. Функционирование протокола, какого либо уровня подразумевает использование только определенных протоколов нижестоящего уровня.

Поэтому разработка практических реализаций сетевого взаимодействия, как правило, подразумевает разработку не отдельных протоколов, а целых наборов, включающих в себя протоколы смежных уровней, называемых стеками.

Стеки протоколов иногда могут предполагать собственное деление на уровни.

Стек протоколов TCP/IP

ISO/OSI  TCP/IP

Прикладной  уровень

Представительский  прикладных

Сеансовый  программ

Транспортный  Транспортный

Сетевой  Сетевой

Канальный  Уровень звена

Физический  Физический

Физический уровень

Физический уровень определяет способ физического соединения компьютеров в сети.

Основными функциями данного уровня является побитовое преобразование цифровых данных в сигналы среды передач, а так же собственно передача сигналов по физической среде.

Среда передачи – это физическая среда, по которой возможно распространение информационных сигналов в виде электрических, световых и т. п. импульсов.

В настоящее время выделяют 2 типа физических соединений: с помощью кабеля и беспроводные соединения.

Технические характеристики среды передачи влияют на такие потребительские параметры сетей, как мах расстояние передачи данных (диаметр сети) и мах скорость передачи данных (пропускная способность).

Кабельные системы:

Коаксиальный кабель; Пара плоская (модем); Витая пара; Оптоволоконный кабель.

Коаксиальный кабель

  экран

  центральная жила

  изоляция

Различают толстый и тонкий коаксиал. Длина кабеля – 5 км, но маленькая пропускная способность Частота скручивания = пропускная способность = категория витой пары.

Витая пара характеризуется 2 физическими параметрами:

Омическое сопротивление Плотность или частота скрутки.

Оба этих параметра определяют категорию кабеля.

Распространение получила витая пара категории от 2 до 7 мм.

Различают оптоволокно:

UTP – не экранированная. STP – экранированная. FTP – самонесущая, экранированная витая пара.

  Оптоволокно состоит из светопроводящей пилы, из вещества с эффектом полного внутреннего отражения и нескольких защитных оболочек.

При всех преимуществах, есть недостаток – сложность монтажа.

Оптоволокно бывает 2 типов:

одномодовые, многомодовые

в зависимости от способности пропускать свет в узком диапазоне частот или в широком диапазоне.

Тот диапазон частот, в котором затухание сигнала в оптоволокне минимальны, называется окном прозрачности.

Понятие физической и логической топологии сети

Физическая топология – это реальное соединение её узлов и линий связи.

Метод доступа к передающейся среде определяет, в какой последовательности передающая станция сети начинает передачу сигналов в кабельную линию.

Логическая топология – это схема соединения, связанная с методом доступа к передающей среде.

Топология точка-точка.
Полносвязанная

Топология, при которой каждый узел

в сети связан с любым другим, хотя

бы 1 линией связи. При выходе из

строя любого узла сети, остальные

остаются доступными для каждого.

+ надежность

- высокая стоимость

Кольцо

- при выходе одного узла, откл. вся сеть

+ низкая стоимость

+ высокая скорость

Шина  Ethernet

Все станции в одной среде передачи

+ надежность

- низкая скорость

Звезда  Ethernet

Все станции к одной центральной - концентратор

  + надежность

  - цена

  - всё зависит от концентратора

  - низкая скорость

Концентратор – устройство с несколькими сетевыми портами, повторяющими пришедший сигнал на все остальные.

Сложная звезда. Дерево.

Для того чтобы избавиться от главного

недостатка (низкой скорости) в качестве

главного узла используют коммутатор.

Коммутатор (маршрутизатор) – устройство, распознающее порт передатчика и порт приёмника и ретранслирующее принятый сигнал только на нужный.

Покрывающее дерево

пока еще не топология, технология

позволяет задействовать резервный

канал при нарушении основного

Передача данных

Модуляция – в данном методе передача информации по физическому каналу основана на передачи основного непрерывного канала, называемого несущий, физические параметры которого изменяются в соответствии со значениями информационного сигнала, представляющая данные.

Модуляция используется для передачи данных по каналам изначально, не предназначенных для построения компьютерных сетей.

Цифровым кодированием – в данном случае передача информации основана на изменении уровня напряжения или полярности электрического сигнала.

Данный метод используется в каналах специально предназначенных для построения именно компьютерных сетей, так как сигнал может быть легко искажен помехами.

Передача сигнала.

Информационные сигналы передаются по физическим линиям связи последовательно, в случае если между передающими и принимающими сторонами существуют более одной параллельной линии, то оказывается возможным одновременно передавать несколько сигналов. Если эти сигналы представляют собой различные биты передаваемых данных, то повышается скорость информационного обмена. Если же сигнал представляет собой один и тот же бит данных, то повышается надежность взаимодействия.