Информатика и программирование - Основы информатики (926517), страница 36
Текст из файла (страница 36)
7-й уровень – прикладной. Предоставляет доступ прикладным процессам к сетевым службам. Этот уровень управляет общим доступом к сети.
11.3.Сетевые протоколы
Протоколы – это соглашение о формате и правилах передачи данных по сети. Протоколы обладают следующими свойствами:
- протоколы работают на разных уровнях модели OSI, поэтому функции протокола определяются уровнем, на котором он работает;
- несколько протоколов могут работать совместно, в этом случае они образуют стек или набор протоколов разных уровней модель OSI.
Передача данных по сети разбита на несколько шагов, каждому из которых соответствует протокол. Узел-отправитель выполняет следующие шаги:
- разбивает данные на пакеты;
- добавляет к пакетам служебную информацию: адрес получателя и информацию для проверки правильности и восстановления в случае возникновения ошибок при передачи;
- передает пакеты в сеть через сетевой адаптер.
Узел-получатель выполняет шаги в обратной последовательности:
- принимает пакеты из сети через сетевой адаптер;
- проверяет правильность передачи данных и удаляет служебную информацию из пакетов;
- объединяет пакеты в исходный блок данных.
11.4.Локальные сети
11.4.1.Топологии локальных вычислительных сетей
Вычислительные машины, объединенные в локальную сеть, физически могут располагаться различным образом. Однако порядок их подсоединения к сети определяется топологией – усредненной геометрической схемой соединений узлов сети.
Наиболее распространенными топологиями локальных сетей, в которых передающей средой является кабель, являются кольцо, шина, звезда.
Топология кольцо (Рис. 11 .86) предусматривает соединение узлов сети замкнутым контуром и используется для построения сетей, занимающих сравнительно небольшое пространство. Выход одного узла сети соединяется с входом другого. Информация по кольцу передаются от узла к узлу в одном направлении. Каждый промежуточный узел ретранслирует посланное сообщение. Принимающий узел распознает и получает только адресованное ему послание.
Рис. 11.86. Топология кольцо
Последовательная организация обслуживания узлов сети снижает ее быстродействие, а выход из строя одного из узлов приводит к нарушению функционирования кольца.
Топология шина (Рис. 11 .87) представляет собой последовательное соединение узлов между собой. Данные распространяются по шине в обе стороны. В каждый момент времени передачу может вести только один узел, поэтому производительность сети зависит только от количества узлов в сети. Сообщение поступает на все узлы, но принимает его только тот узел, которому оно адресовано. Узлы не перемещают сообщение, поэтому выход из строя одного узла не приводит к нарушению функционирования сети.
Рис. 11.87. Топология шина
Топология звезда (Рис. 11 .88) базируется на концепции центрального узла, через который вся информация ретранслирует, переключает, маршрутизирует (находит путь от источника к приемнику) информационные потоки в сети.
В качестве центрального узла выступает концентратор (хаб, hub). Концентраторы выполняются в виде отдельных устройств с 8, 16, 24 или 48 портами, к которым подключаются ЭВМ. При получении пакета в одном из портов концентратор широковещательно передает его на все остальные порты. Узлы анализируют адрес получателя пакета и, если он предназначен им, то получают его, иначе игнорируют его.
Концентраторы могут быть трех типов:
1) пассивные: только соединяющие сегменты сети;
2) активные: это пассивные концентраторы, усиливающие сигналы, увеличивая расстояние между узлами;
3) интеллектуальные: это активные концентраторы, выполняющие маршрутизацию.
Также центральным узлом сети может быть коммутатор (switch). В отличие от концентратора, это телекоммуникационное устройство пересылает принятый пакет не широковещательно на все порты, а адресату. Адресат определяется по адресу, содержащемуся в пакете. В результате такой передачи повышается общая пропускная способность сети.
Данная топология значительно упрощает взаимодействие узлов сети друг с другом. В то же время работоспособность локальной вычислительной сети зависит от центрального узла.
Рис. 11.88. Топология звезда
При построении локальных сетей используются данные топологии или их сочетания.
11.4.2.Виды коммутации
Основным назначением узлов коммутации является прием, анализ, а в сетях с маршрутизацией еще и выбор маршрута, и отправка данных по выбранному направлению.
Узлы коммутации осуществляют один из трех следующих видов коммутации при передаче данных.
1. Коммутация каналов. Между пунктами отправления и назначения устанавливается физическое соединение путем формирования составного канала из последовательно соединенных отдельных участков каналов связи. Такой сквозной составной канал организуется в начале сеанса связи, поддерживается в течение всего сеанса и разрывается после окончания передачи.
Преимущества:
- возможность работы в диалоговом режиме и в режиме реального времени;
- обеспечение полной прозрачности канала.
Недостатки:
- создание непрерывного канала связи требует большого времени;
- канал связи монополизируется источником и приемником, что снижает производительность сети.
Примером коммутации каналов является телефонная связь.
2. Коммутация сообщений. Данные передаются в виде сообщений разной длины. Отправитель указывает лишь адрес получателя. Узлы коммутации анализируют адрес и текущую занятость каналов и передают сообщение по свободному в данный момент каналу на ближайший узел сети в сторону получателя.
Преимущества:
- увеличение производительности сети, так как после передачи сообщения от узла к узлу канал освобождается;
- возможность выбора маршрута доставки сообщения.
Недостатки:
- увеличение времени доставки по сравнению с коммутацией каналов;
- затруднена работа в диалоговом режиме и режиме реального времени.
Примерами коммутации сообщений являются электронная почта и телеконференции.
3. Коммутация пакетов. Сообщения разбиваются на несколько пакетов стандартной длины. Пакеты могут следовать к получателю разными путями и непосредственно перед выдачей получателю объединяются для формирования исходных сообщений.
При передаче пакетов может создаваться виртуальный канал. Временной ресурс узла разделяется между несколькими пользователями так, что каждому пользователю отводится постоянно множество минимальных отрезков времени и создается впечатление непрерывного доступа.
Преимущество: наибольшая пропускная способность сети и наименьшая задержка при передаче данных;
Недостаток: трудность, а иногда и невозможность его использования для систем, работающих в интерактивном режиме и в реальном масштабе времени.
Коммутация сообщений и пакетов относится к логическим видам коммутации. При передаче данных формируется лишь логический канал между абонентами. Каждое сообщение (пакет) имеет адресную часть, определяющую отправителя и получателя; в соответствии с адресом выбирается дальнейший маршрут и передается сообщение из запоминающего устройства узла коммутации.
11.4.3.Способы адресации ЭВМ в сети
В вычислительных сетях существуют три способа адресации.
1. Аппаратные адреса представляют собой шестнадцатеричные номера (12 цифр; например: 00-08-74-96-92-5C). Присвоение аппаратных адресов происходит автоматически: они встраиваются в аппаратуру (модемы, сетевые адаптеры и т. д.) на стадии производства или генерируются при каждом новом запуске оборудования.
2. Числовые составные адреса, например IP-адреса (Internet Protocol-адреса – адреса Интернет-протокола). IP-адрес записывается в виде четырех десятичных чисел, разделенных точками; каждое число лежит в диапазоне от 0 до 255. Таким образом, IP-адрес занимает 4 байта; например: 192.168.0.212.
3. Символьные адреса или имена предназначены для пользователей и несут смысловую нагрузку. Такие адреса имеют иерархическую структуру и состоят из отдельных доменов. Домен – это условное имя, показывающее принадлежность узлов определенной группе, например, стране, компании или государственному учреждению. Например, адрес class1.vpm.rsrea означает, что ЭВМ с этим адресом находится в РГРТУ (.rsrea) на кафедре вычислительной и прикладной математики (ВПМ, .vpm) в компьютерном классе 1 (class1).
Чтобы посмотреть адреса ЭВМ в ОС Windows, необходимо в командной строке набрать команду ipconfig /all.
В современных сетях для адресации используются все три способа адресации. Пользователь указывает символьный адрес, который заменяется числовым адресом (по таблицам адресов, хранимых на сервере имен сети). При поступлении передаваемых данных в сеть назначения числовой адрес заменяется аппаратным.
11.4.4.Маршрутизация в вычислительных сетях
Маршрутизация необходима для обеспечения следующих характеристик:
- максимальной пропускной способности сети;
- минимального времени прохождения пакета от отправителя к получателю;
- надежности доставки и безопасность передаваемой информации.
По способу управления маршрутизацию можно подразделить на два типа:
1) централизованная: выбор маршрута осуществляется в центре управления сетью, а узлы коммутации реализуют поступившее решение;
2) децентрализованная: функции управления распределены между узлами коммутации.
Существуют следующие методы маршрутизации.
1. Простая маршрутизация при выборе дальнейшего пути для сообщения (пакета) учитывает лишь статическое априорное состояние сети. Ее текущее состояние – загрузка и изменение топологии из-за отказов – не учитывается.
2. Фиксированная маршрутизация учитывает только изменение топологии сети. Для каждого узла назначения канал передачи выбирается по электронной таблице маршрутов (route table), определяющей кратчайшие пути и время доставки информации до пункта назначения.
3. Адаптивная маршрутизация учитывает изменение загрузки и изменение топологии сети. При выборе маршрута данные из таблицы маршрутов дополняются данными о работоспособности и занятости каналов связи, оперативной информацией о существующей очереди пакетов на каждом канале.
Маршрутизация в сетях осуществляется специальным устройством – маршрутизатором. Маршрутизаторы – это устройства для маршрутизации выполняются в виде отдельных многопроцессорных устройств или ЭВМ со специальным программным обеспечением.
11.5.Глобальная сеть Интернет
11.5.1.Интернет, как сообщество сетей
Сеть Интернет – это глобальная сеть, соединяющая сети различного размера по всему миру. Сеть Интернет – это информационное пространство, содержащее огромное количество информации, хранилище информационных ресурсов. Информационными ресурсами являются совокупности текстов, изображений и других данных, а также тематические связи между ними.
В конце 1969 г. под эгидой Министерства обороны США был создан проект ARPAnet (Advanced Research Project Agency Network – сеть агентства проекта перспективных разработок), объединивший в единую вычислительную сеть сети 4 исследовательских институтских центров по всей территории США. В рамках этого проекта проводились исследования в области телекоммуникаций с целью создания надежной системы, способной передавать данные даже в случае начала ядерной войны. Проект основывался на концепции децентрализованного управления, так как, в случае уничтожения или повреждения центра управления, происходил отказ всей сети. В 1974 г. были начаты разработки протоколов, способных обеспечить передачу данных по сетям разного типа – TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol – протокол управления передачей / Интернет-протокол). В 1983 г сеть ARPAnet была переводена на протокол TCP/IP. После этого Министерства обороны передало контроль над сетью Национальному научному фонду США. Началось расширение сети ARPAnet, в том числе за пределы США. При этом фонд осуществлял борьбу с коммерциализацией сети, штрафуя тех, кто имел побочный доход в сети. К 1995 г. сеть ARPAnet разрослась до такой степени, что Национальный научный фонд США уже не успевал отслеживать деятельность каждого узла. Поэтому произошла передача региональным провайдерам оплаты за подсоединение многочисленных частных сетей к национальной магистрали.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
