Учебно методическое пособие для студентов специальности 050703 Информационные системы icon

Учебно методическое пособие для студентов специальности 050703 Информационные системы



Смотрите также:
  1   2   3
Министерство образования и науки Республики Казахстан


Павлодарский государственный университет

им. С. Торайгырова


компьютерные сети


Учебно – методическое пособие

для студентов специальности

050703 Информационные системы


Павлодар

Министерство образования и науки Республики Казахстан


Павлодарский государственный университет

им. С. Торайгырова


Факультет физики, математики и информационных технологий


Кафедра информатики и информационных систем


компьютерные сети


Учебно – методическое пособие

для студентов специальности

050703 Информационные системы


Павлодар

Кереку

2010

УДК 004.7 (075.8)

ББК 32.973.202 я7

Т 51


Рекомендовано к изданию факультета физики, математики и информационных технологий Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова


Рецензенты:

Ж. Г. Муканова –кандидат педагогических наук, доцент;

В. А. Криворучко – кандидат педагогических наук, доцент


Составитель: Токкожина М. А.


Т51 Компьютерные сети : учебно – методическое пособие для

студентов специальности 050703 Информационные

системы / М. А. Токкожина. – Павлодар : Кереку, 2010. – 90 с.


В учебном пособии изложены основы компьютерных сетей. Материал содержит теоретический материал, практические задания, контрольные вопросы и тесты для самоконтроля.

Учебное пособие рекомендуется студентом специальности 050703 Информационные системы.


УДК 004.7 (075.8)

ББК 32.973.202 я7


© Токкожина М. А., 2010

© ПГУ им. С. Торайгырова, 2010


За достоверность материалов, грамматические и орфографические ошибки ответственность несут авторы и составители

Введение


Цель преподавания дисциплины «Компьютерные сети» в вузе - освоение принципов организации и функционирования компьютерных сетей, особенностей работы персонального компьютера в сетях, знакомство с современными компьютерными сетевыми технологиями и способами передачи, хранения, поиска, обработки и представления информации, а также получение практических навыков работы в локальных сетях.

История любой отрасли науки и техники позволяет не только удовлетворить естественное любопытство, но и глубже понять сущность основных достижений в этой отрасли, осознать существующие тенденции и правильно оценить перспективность тех или иных направлений развития.

Компьютерные сети привнесли в телекоммуникационный мир нечто совершенно новое – неисчерпаемые запасы информации, созданные цивилизацией за несколько тысячелетий своего существования и продолжающие пополняться с растущей скоростью в наши дни.

Компьютерные сети также активно идут навстречу телекоммуникационным сетям, разрабатывая новые сервисы, которые ранее были прерогативой телефонных, радио и телевизионных сетей – сервисы IP – телефонии, радиовещания и т. д.

Пособие содержит опорный конспект лекций, задания, контрольные вопросы и тестовые задания.

Данное учебно – методическое пособие является основой для изучения компьютерных сетей.


^ Тема 1 Основы построения компьютерных сетей. Классификация сетей. Локальные и глобальные сети. Сети отделов, кампусов, корпораций


Вычислительные сети (ВС) появились очень давно. Еще на заре появления компьютеров (в эпоху больших ЭВМ) существовали огромные системы, известные как системы разделения времени.

В 70–х годах большие ЭВМ уступили место мини компьютерным системам, использующим тот же режим разделения времени. Но технология развивалась, и с конца 70–х годов на рабочих местах появились персональные компьютеры (ПК). Однако, автономно работающие ПК:

а) не дают непосредственного доступа к данным всей организации;

б) не позволяют совместно использовать программы и оборудование.

С этого момента начинается современное развитие компьютерных сетей.

При физическом соединении двух или более компьютеров образуется компьютерная сеть. Для создания компьютерных сетей необходимо специальное аппаратное обеспечение (сетевое оборудование) и специальное программное обеспечение (сетевые программные средства). Простейшее соединение компьютеров для обмена данными называют прямым соединением.(тогда не нужно спец.программное обеспечение и спец.аппаратное обеспечение)

Самая простая сеть Network состоит из нескольких ПК, соединенных между собой сетевым кабелем. При этом в каждом ПК устанавливается специальная плата сетевого адаптера (NIC), осуществляющая связь между системной шиной компьютера и сетевым кабелем.

Компьютерные сети предназначены для:

– обеспечения совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;

– обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.




Рисунок 1 – Назначение вычислительной сети


Локальные сети – ЛВС (LAN – Local Area Network)объединяют находящиеся недалеко друг от друга (в соседней комнате или здании) компьютеры. Иногда компьютеры могут находиться на расстоянии нескольких миль и все равно принадлежать локальной сети.

Компьютеры глобальной сети – ГВС (WAN – Wide Area Network) могут находиться в других городах или даже странах. Информация проделывает длинный путь, перемещаясь в данной сети. Интернет состоит из тысячи компьютерных сетей, разбросанных по всему миру. Однако, пользователь должен рассматривать Интернет как единую глобальную сеть.

Соединяя компьютеры между собой и давая им возможность общаться друг с другом, вы создаете сеть. Соединяя две и более сетей, вы создаете межсетевое объединение, называющееся «интернет» (internet – первая буква строчная). На рисунке 2 показано как соотносятся сети и межсетевое объединение.





Рисунок 2 – Межсетевое объединение


Корпоративная сеть – это сеть, поддерживающая работу конкретного предприятия, владеющего данной сетью. Пользователями корпоративной сети являются только сотрудники данного предприятия.

Сети отделов – это сети, которые используются сравнительно небольшой группой сотрудников, работающих в одном отделе предприятия. Эти сотрудники решают некоторые общие задачи, такие как ведение бухгалтерского учета или занятие маркетингом. Сеть отдела – это локальная сеть, которая охватывает все помещения, принадлежащие отделу. Это могут быть несколько кабинетов или этаж здания.

Главной целью сети отдела является разделение локальных ресурсов, таких как приложения, данные, лазерные принтеры и модемы. Обычно сети отделов не разделяются на подсети, имея в своем составе один или два файловых сервера и не более тридцати пользователей. В этих сетях локализуется большая часть трафика предприятия. Сети отделов обычно создаются на основе какой-либо одной сетевой технологии – Ethernet. Для такой сети характерен один или, максимум, два типа операционных систем.

Задачи сетевого администрирования на уровне отдела относительно просты: добавление новых пользователей, устранение простых отказов, установка новых узлов и новых версий программного обеспечения. Такой сетью может управлять сотрудник, посвящающий обязанностям администратора только часть своего времени, но является тем человеком в отделе, который лучше разбирается в компьютерах и занимается администрированием в сети.

Сеть отдела может входить в состав сети здания (кампуса) или же представлять сеть удаленного офиса предприятия.


Сеть здания и кампуса объединяет сети различных отделов одного предприятия в пределах отдельного здания или в пределах одной территории (кампуса), покрвающей площадь в несколько квадратных километров. Для построения етей зданиий (кампусов) используются технологии локальных сетей, возможностей которых достаточно, чтобы обеспечить такую зону покрытия.

Обычно сеть здания (кампуса) строится по иерархическому принципу с собственной магистралью, построенной на базе технологии Gigabit Ethernet, к которой присоединяются сети отделов, использующие технологию Ethernet.

Услуги такой сети включают взаимодействие между сетями отделов, доступ к общим факс-серверам, высокоскоростным модемам и высокоскоростным принтерам. В результате сотрудники каждого отдела предприятия получают доступ к некоторым файлам и ресурсам сетей других отделов. Важной услугой, предоставляемой сетями кампусов, является доступ к корпоративным базам данных независимо от того, на каких типах компьютеров эти базы располагаются.

Интернет – самое большое и популярное межсетевое объединение в мире.

Интернет – это глобальная всемирная сеть, образованная компьютерами и локальными компьютерными сетями, используемыми различные системные и аппаратные платформы. Интернет представляет собой «информационной пространство», внутри которого осуществляется постоянная циркуляция данных.

При обмене данными как между ПК в ЛВС, так и между ЛВС любое информационное сообщение разбивается программами передачи данных на небольшие блоки данных, которые называются пакетами.





Рисунок 3 – Информационное сообщение


Пакет – основная единица информации в компьютерных сетях. При разбиении данных на пакеты скорость их передачи возрастает на столько, что каждый компьютер сети получает возможность принимать и передавать данные практически одновременно с остальными ПК.

Существует большое число способов, которыми можно соединить компьютеры между собой в единую компьютерную сеть. Чем больше разных компьютеров, тем больше таких способов соединения. Каждое соединение – это новый маршрут для передачи данных.

Топология сети – это характеристика физического расположения компьютеров, кабелей и других сетевых компонентов. Топология сети определяет способ взаимодействия компьютеров в сети. Все сети строятся на основе трех базовых топологий:

  • шина (Bus);

  • звезда (Star);

  • кольцо (Ring).

Шинная топология. Сеть похожа на центральную линию, к которой подключен сервер и отдельные рабочие станции. В ней используется один сетевой кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все РС сети (рисунок 4).





Рисунок 4 – Топология типа «Шина»


1) При передаче пакетов данных каждый компьютер адресует его конкретному компьютеру ЛВС (РСк), передавая его по сетевому кабелю в виде электрических сигналов.

2) Пакет в виде электрических сигналов передается по шине в обоих направлениях всем компьютерам сети.

3) Однако, информацию принимает только тот адрес, который соответствует адресу получателя, указанному в заголовке пакета. Так как в каждый момент времени в сети может вести передачу только одна РС, то производительности ЛВС зависит от количества РС, подключенных к шине. Чем их больше, тем больше ожидающих передачи данных, тем ниже производительности сети.

Шина – пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе всей сети.

4) Данные в виде электрических сигналов распространяются по всей сети от одного конца кабеля к другому, и, достигая конца кабеля, будут отражаться и занимать шину, что не позволит другим компьютерам осуществлять передачу.

5) Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливаются терминаторы (Т), поглощающие сигналы, прошедшие по шине.

6) При значительном расстоянии между РС (например, 180 м для тонкого коаксиального кабеля) в сегменте шины может наблюдаться ослабление электрического сигнала, что может привести к искажению или потере передаваемого пакета данных. В этом случае исходный сегмент следует разделить на два, установив между ними дополнительное устройство – репитер (повторитель), который усиливает принятый сигнал перед тем, как послать его дальше (рисунок 4).

Достоинства: небольшие затраты на кабели; подключение новой станции не парализует всю сеть; раб.станции могут общаться друг с другом без участия сервера.

Недостатки: при обрыве кабеля выходит из строя весь участок сети от места разрыва; возможность несанкционированного подключения новой станции.

«Звезда». Файловый сервер находится в центре. При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту – концентратору (Hub) (рисунок 5).





Рисунок 5 – Топология типа «Звезда»


Пакеты данных от каждого компьютера направляются к центральному концентратору. Он, в свою очередь, перенаправляет пакеты к месту назначения.

Достоинства: повреждение кабеля не сказывается на работе сети; просто выполняется подключение; защита от несанкционированного доступа; высокая скорость передачи данных от сервера к рабочими станциям.

Недостатки: мощность сети зависит от мощности сервера; скорость передачи данных между рабочими станциями мала.

Кольцевая топология. Все рабочие станции и сервер присоединены друг к другу по кольцу, по которому посылаются данные и адрес получателя.





Рисунок 6 – Топология типа «Кольцо»

Достоинства: так как информация циркулирует по кругу, то существенно сокращается время доступа к этим данным; нет ограничений на длину сети.

Недостатки: чем больше рабочих станций, тем медленней работа; выход из строя одной станции парализует всю сеть; при подключении новой рабочей станции сеть должна быть временно выключена.

В настоящее время получили широкое распространение топологии ЛВС, которые комбинируют компоновку сети по принципу шины, звезды и кольца. При этом применение находят концентраторы, использование которых дает ряд существенных преимуществ:

- простота изменения или расширения сети, так как достаточно просто подключить еще один компьютер или концентратор;

- централизованный контроль за работой сети и сетевым трафиком, так как во многих сетях активные концентраторы наделены диагностическими возможностями, позволяющими определить работоспособность соединения.

Звезда –шина (star-bus) – это комбинация топологий «шина» и «звезда» (рисунок 7).





Рисунок 7 – Топология типа «звезда-шина»


В этом случае выход из строя одного компьютера не окажет никакого влияния на сеть. Остальные компьютеры по-прежнему взаимодействуют друг с другом. Выход из строя концентратора повлечет за собой остановку подключенных только к нему компьютеров и концентраторов. Такая топология очень удобна даже для небольших офисов, когда компьютеры в одном помещении подключаются к собственным концентраторам с помощью витой пары, а помещения (концентраторы) между собой соединяются только одним сетевым кабелем (витой парой, коаксиальным или оптическим кабелем).

Звезда – кольцо (star-ring) – кажется похожей на звезду-шину (рисунок 8). И в том, и в другом случае компьютеры подключены к концентратору, который фактически формирует кольцо или шину.





Рисунок 8 – Топология типа «звезда – кольцо»


На сегодня большая часть компьютерных сетей используют для соединения провода и кабели. Они выступают в качестве среды передачи сигналов между компьютерами. Наиболее распространены: коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель.

Однако постепенно в нашу жизнь входит беспроводная среда передачи данных. Термин «беспроводная среда» может ввести в заблуждение, т. к. предполагает полное отсутствие проводов. В действительности это не так. Обычно беспроводные компоненты взаимодействуют с сетью, где основная среда передачи данных – кабель. В ЛВС они оказываются наиболее полезными:

– в помещениях, заполненных людьми (приемная и т. п.);

– для людей, которые не работают на одном месте (врач, брокер и т. п.);

– в изолированных помещениях и зданиях (склад, гараж и т. п.);

– в строениях (памятниках архитектуры или истории), где прокладка дополнительных кабельных трасс недопустима.

Для беспроводной передачи данных используют: инфракрасное и лазерное излучение, радиопередачу и телефонию. Эти способы передачи данных в компьютерных сетях, как локальных, так и глобальных, привлекательны тем, что:

– гарантируют определенный уровень мобильности;

– позволяют снять ограничение на длину сети, а использование радиоволн и спутниковой связи делают доступ к сети фактически неограниченным.

До недавнего времени самой распространенной средой передачи данных был коаксиальный кабель: относительно недорогой, легкий и гибкий, безопасный и простой в установке.

Электрические сигналы, кодирующие данные, передаются по жиле. Она изоляцией отделяется от металлической оплетки, которая играет роль заземления и защищает передаваемые по жиле сигналы от:

– внешних электромагнитных шумов (атмосферных, промышленных);

– перекрестных помех – электрических наводок, вызванных сигналами в соседних проводах.

Используют толстый и тонкий коаксиальный кабель. Их характеристики представлены в таблице 1.


Таблица 1 - Характеристики коаксиального кабеля

Тип

Диаметр

Эффективная длина сегмента

Скорость передачи

Обозначение
по стандарту
IEEE 802.3

толстый

1 см

500 м

10 Мбит/с

10 base 5

тонкий

0,5 см

185 м

10 Мбит/с

10 base 2


В обозначении кабелей по стандарту IEEE 802.3 первые две цифры – скорость передачи в Мбит/с, base обозначает, что кабель используется в сетях с узкополосной передачей (baseband network), последняя цифра – эффективная длина сегмента в сотнях метров, при которой уровень затухания сигнала остается в допустимых пределах. Тонкий подключается к сетевым платам непосредственно через Т–коннектор, толстый – через специальное устройство – трансивер.

Различают обычные и пленумные коаксиальные кабели. Последние обладают повышенными механическими и противопожарными характеристиками и допускают прокладку под полом, между фальшпотолком и перекрытием. При выборе для ЛВС данного типа кабеля следует принимать во внимание, что:

– это среда для передачи речи, видео и двоичных данных;

– позволяет передавать данные на большие расстояния;

– это хорошо знакомая технология, предлагающая достаточный уровень защиты данных.

Если для передачи электрических сигналов воспользоваться обычной парой параллельных проводов для передачи знакопеременного списка большой частоты, то возникающие вокруг одного из них магнитные потоки будут вызывать помехи в другом. Для исключения этого явления провода перекручивают между собой.

Самая простая витая пара (twisted pair) – это два перевитых друг вокруг друга изолированных провода. Существует два вида такого кабеля:

– неэкранированная витая пара (UTP);

– экранированная витая пара (STP).

Часто несколько витых пар помещают в одну защитную оболочку (типа телефонного кабеля). Наиболее распространена в ЛВС неэкранированная витая пара стандарта 10 baseT с эффективной длиной сегмента – 100 м. Определено 5 категорий на основе UTP (таблица 2).


Таблица 2 – Категории кабальных соединений на неэкранированной витой паре

Категория

Скорость передачи (Мбит/с)

Количество пар

1

Телефонный кабель только для передачи речи

1 пара

2

До 4

4 пары

3

До 10

4пары с 9-ю витками на 1 м

4

До 16

4 пары

5

До 100

4 медных пары



Одной из проблем всех этих кабелей являются перекрестные помехи, т.е. наводки со стороны соседних линий, что может приводить к искажению передаваемых данных. Для уменьшения их влияния используют экран. В кабелях на основе экранированных витых пар каждая пара обматывается фольгой, а сам кабель заключается в медную оплетку, что позволяет передавать данные с более высокой скоростью и на большие расстояния.

При построении развитой кабельной системы ЛВС и для упрощения работы с ней используются следующие компоненты:

– концентраторы. Для подключения витой пары к компьютеру используется телефонный коннектор RJ-45, который отличается от используемых в современных телефонах и факсах RJ-11 тем, что имеет 8 контактов вместо 4;

– распределительные стойки и полки, которые позволяют организовать множество соединений и занимают мало места;

– коммутационные панели. Существуют разные панели расширения. Они поддерживают до 96 портов и скорость передачи до 100 Мбит/с;

– соединители. Одинарные или двойные витки RJ-45 для подключения к панели расширения или настенным розеткам. Обеспечивают скорость до 100 Мбит/с;

– настенные розетки к которым можно подключить два или более соединителя.

Достоинством использования компонентов кабельной системы ЛВС является то, что на их основе можно компоновать сети различной топологии.

При разработке топологии и построении конкретных ЛВС рекомендуется использовать витую пару в тех случаях, если:

– есть ограничения на материальные затраты при организации ЛВС;

– нужна достаточно простая установка, при которой подключение компьютеров – несложная операция.

Следует воздержаться от использования витой пары, если Вы хотите быть абсолютно уверенными в целостности данных, передаваемых на большие расстояния с высокой скоростью. В этих случаях более надежным является применение оптоволоконного кабеля.

В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов, а не электрических сигналов. Следовательно, его нельзя вскрыть и перехватить данные.

Передача по оптоволоконному кабелю не подвержена электрическим помехам и ведется на чрезвычайно высокой скорости (до 100 Мбит/с, а теоретически возможно до 200 Мбит/с).

Основа кабеля – оптическое волокно – тонкий стеклянный цилиндр (жила), покрытая слоем стекла, называемого оболочкой и имеющей отличный от жилы коэффициент преломления.

Каждое стеклянное оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон с отдельными коннекторами. Жесткость обеспечивает покрытие из пластика, а прочность – волокна кевлара. Оптоволоконный кабель рекомендуется использовать:

– при передаче данных на большие расстояния с высокой скоростью по надежной среде передачи.

Не рекомендуется использовать:

– при ограниченности денежных средств;

– при отсутствии навыков установки и корректного подключения оптоволоконных сетевых устройств.


Задание

Построить имитационную модель в соответствии с таблицей 3.

Имитационная модель создается на языке программирования высокого уровня «Delphi».

Модель должна:

  • нарисовать на экране детальную иллюстрацию заданной топологии;

  • подробно промоделировать (путем динамизации изображения) на экране заданный процесс передачи данных с одного компьютера на другой;

  • быть быстрой и красивой, компактной, с подробными комментариями.


Таблица 3 – Имитационная модель



Топология

Кол-во комп

Передача данных

11

Шина

5

1 > 4 и 4 > 2




Шина

3

1 > 3 и 3 > 2 и 2 > 1




Шина

4

1 > 3 и 2 > 4

2

Кольцо без хаба

5

1 > 4 и 4 > 2




Кольцо без хаба

3

1 > 3 и 2 > 1 и 3 > 2




Кольцо без хаба

4

1 > 3 и 2 > 4

3

Кольцо с хабом

5

1 > 4 и 4 > 2




Кольцо с хабом

3

1 > 3 и 2 > 1 и 3 > 2




Кольцо с хабом

4

1 > 3 и 2 > 4

4

Звезда

5

1 > 4 и 4 > 2




Звезда

3

1 > 3 и 3 > 2 и 2 > 1




Звезда

4

1 > 3 и 2 > 4

5

Шина с реп между 2 и 3

5

1 > 4 и 4 > 2




Шина с реп между 1 и 2

3

1 > 3 и 3 > 2 и 2 > 1



^ Контрольные вопросы


1 Какие виды топологий вы знаете?

2 К какому типу топологий можно отнести структуру, образованную тремя связанными друг с другом узлами (в виде треугольника)?

3 К какому типу топологий можно отнести структуру, образованную четырьмя связанными друг с другом узлами (в виде квадрата)?

4 Какая из известных топологий обладает повышенной надежностью?

5 Какой тип топологии наиболее распространен сегодня в локальных сетях?


^ Тест


1 Из чего состоял терминал который использовала центральная ЭВМ:

A) дисплея;

B) клавиатуры;

C) мыши;

D) дисплея и клавиатуры;

E) дисплея и мыши


^ 2 Система, состоящая из двух или более удаленных ЭВМ, соединенных с помощью специальной аппаратуры и взаимодействующих между собой по каналам передачи данных:

A) программа;

B) сеть;

C) канал связи;

D) проводник;

E) вычислительная сеть

^ 3 Что такое network?

A) программа;

B) вирус;

C) сеть;

D) название фирмы по производству компьютеров;

E) ЭВМ


4 Основное назначение компьютерных сетей:

A) совместное использование ресурсов;

B) осуществление интерактивной связи;

C) внедрение информации;

D) совместное использование ресурсов и осуществление интерактивной связи;

E) нет верного ответа

^ 5 Компоненты ЛВС:

A) серверы;

B) серверы, рабочие станции, сетевой кабель;

C) серверы, сетевой кабель;

D) рабочие станции, факсы;

E) принтеры, серверы

^ 6 Что произойдет, если будет повреждена какая-либо РС или отдельное соединение между РС и концентратором?

A) вся сеть выйдет из строя;

B) вся сеть остается работоспособной;

C) выйдет из строя и сам ПК и компьютеры находящиеся в соседстве с ним;

D) короткое замыкание с потерей всех данных;

E) образуется новая сеть

7 Суть данного доступа заключается в том, что пакет особого типа перемещается по замкнутому кругу, минуя по очереди все РС, до тех пор, пока его не получит тот, который хочет передать данные:

A) множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизии;

B) ускоренный доступ;

C) свободный доступ в топологии «Кольцо»;

D) свободный доступ в топологии «Шина»;

E) доступ с передачей маркера

^ 8 Как именуется сетевой кабель в топологии шина?

A) магистраль;

B) сетевой провод;

C) шина;

D) репитер;

E) маркер

9 Разрыв сетевого кабеля или отсоединение одного из его концов приводит к:

A) сеть продолжает функционировать;

B) функционирует только та часть, где разрыв не произошел;

C) прекращению функционирования сети;

D) будет продолжаться доставка данных, но сеть не будет функционировать;

E) когда данные будут доставлены, тогда сеть перестанет функционировать

^ 10 Репитер – это:

A) исходный сегмент сети;

B) разделенный сегмент сети;

C) дополнительное устройство сети;

D) разделенный на 2 части сегмент, между частями которого устанавливается дополнительное устройство;

E) когда данные будут доставлены, тогда сеть перестанет функционировать.


^ Тема 2 Стандартизация сетевых решений


Аппаратное и программное обеспечение, работающие в сети, разрабатываются в разных фирмах. Для того чтобы оно было совместимо между собой, международной организацией по стандартам (ISO) была разработана базовая эталонная модель открытых систем (OSI – Open System Interconnection model).

Эта модель описывает многоуровневую архитектуру сети, при которой все сетевые функции разделены на семь уровней (рисунок 9). Каждому уровню соответствуют определенные сетевые операции, оборудование и протоколы.





Рисунок 9 – Основные уровни OSI

Протокол – это четко определенный набор правил и соглашений для взаимодействия одинаковых уровней сети.

Интерфейс определяет услуги, которые нижний уровень предоставляет верхнему и способ доступа к ним.

Задача каждого уровня – предоставление услуг вышестоящему уровню, «маскирую» детали реализации этих услуг. Когда два компьютера в сети работают друг с другом, каждый из сетевых уровней обменивается данными с себе подобным (на основе протокола этого уровня).

Эта логическая или виртуальная связь изображена на рисунке 10 пунктирной линией. Однако реальная передача данных происходит на самом нижнем – физическом уровне, где находится физическая среда передачи (сетевой кабель). Т. е. на самом деле данные перемещаются: – сверху вниз от прикладного уровня к физическому;

– в рамках физического уровня горизонтально по сетевому кабелю к компьютеру – приемнику данных;

– полученные данные затем двигаются вверх по уровням сетевой модели (рисунок 10).





Рисунок 10 – Обмен данными


Сетевая модель ISO/OSI определяет сеть в терминах нескольких функциональных уровней. Каждый сетевой уровень включает строго определенные функции и применяет для этого один или несколько протоколов:

1) физический уровень передает данные по сетевым каналам и включает в себя аппаратные средства, необходимые для этого;

2) канальный – предохраняет данные от повреждения на физическом уровне;

  1. сетевой – передает данные от одного сетевого компьютера к

другому;

  1. транспортный – передает данные от одного приложения к другому;

  2. сеансовый – это сетевой интерфейс пользователя;

  3. представительский – занимается проблемами сетевого интерфейса к принтерам, мониторам и преобразованием форматов файлов;

  4. прикладной – это набор широко используемых сетевых приложений.

Каждый из семи уровней определяет перечень услуг, которые он предоставляет смежным уровням, реализуя определенный набор сетевых функций.

Физический уровень:

– обеспечивает физический путь для передачи кодированных сигналов;

– устанавливает характеристики этих сигналов (амплитуда, частота, длительность и т.д.);

– определяет способ соединения СА с кабелем, тип разъемов, способ передачи;

– обеспечивает поддержку потока битов, содержание которых на этом уровне не имеет значения;

– отвечает за кодирование данных и синхронизацию битов.

Канальный уровень:

– определяет правила совместного использования физического уровня узлами сети;

– передает информацию адресованными порциями – кадрами;

– определяет формат кадра и способ, согласно которому узел сети решает, когда можно передать или принять кадр.


Используется два основных типа кадров (рисунок 11).





Рисунок 11– Типы кадров


Кадры данных содержат сообщения верхних уровней (пакеты). Другие кадры, такие как маркеры или подтверждения приема, используют методы обнаружения и коррекции ошибок. С точки зрения верхних уровней, канальный и физический обеспечивают безошибочную передачу пакетов данных.

Сетевой уровень. Отвечает за буферизацию и маршрутизация в сети. Маршрутизация – существенная функция при работе в глобальных сетях (с коммутацией пакетов), когда необходимо определить маршрут передачи пакета, выполнить перевод логических адресов узлов сети в физические.

В ЛВС между любой парой узлов есть прямой путь (маршрут), поэтому основная функция этого уровня сводится к буферизации пакетов (рисунок 12).




Рисунок 12–Буферизация в сети

Транспортный уровень:

– с передающей стороны переупаковывает информационные сообщения: длинные разбиваются на несколько пакетов, короткие объединяются в один;

– с принимающей стороны собирает сообщения из пакетов.

Так как сетевой уровень обеспечивает буферизацию, то несколько узлов могли передать свои сообщения в один и тот же узел сети. Моменты прибытия пакетов могут чередоваться. Задача этого уровня – правильная сборка пакетов каждого сообщения без смещения и потерь (рисунок 13).





Рисунок 13 – Сборка пакетов

Транспортный уровень является границей, выше которой в качестве единицы информации рассматривается только сообщение, ниже – управляемый сетью пакет данных.

Сеансовый уровень. Позволяет двум приложениям на разных рабочих станциях устанавливать, использовать и завершать соединение, называемое сеансом. Сеанс создается по запросу процесса пользователя. В запросе определены: назначение сеанса связи (адрес); партнер, например, соответствующий прикладной процесс в другом узле.

Сеанс может начаться только в том случае, если прикладной процесс партнера активен и согласен связаться. На этом уровне выполняются такие функции, как распознавание имен и защита, необходимые для связи двух приложений в сети. Любой пользователь, введя имя и пароль и вошедший в сеть, создает сеанс.

Уровень представления. Его функция заключается в преобразовании сообщений, используемых прикладным уровнем, в некоторый общепринятый формат обмена данными между сетевыми компьютерами.

Целью преобразования сообщения является сжатие данных и их защита. В интерфейсе выше этого уровня поле данных сообщения имеет явную смысловую форму; ниже этого уровня поле данных сообщений и пакетов рассматривается как передаточный груз и их смысловое значение не влияет на обработку.

На этом уровне работает утилита ОС, называемая редиректор. Ее назначение – переадресовать операции ввода/вывода к ресурсам сервера.

Прикладной уровень. Представляет собой окно для доступа прикладных процессов к сетевым услугам. Он обеспечивает услуги, напрямую поддерживающие приложение пользователей, такие как программное обеспечение для передачи файлов, доступа к БД и электронной почтой.

Основная идея модели OSI заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль. Благодаря этому общая задача передачи данных расчленяется на ряд отдельных легкообозримых задач.

Операционная система управляет ресурсами компьютера, а сетевая операционная система обеспечивает управление аппаратными и программными ресурсами всей сети. Тем не менее, для передачи данных в сети нужен еще один компонент – протокол.

Протокол – это правила и технические процедуры, позволяющие нескольким компьютерам при объединении в сеть общаться друг с другом. Отметим три основных момента, касающихся протоколов:

1) существует множество протоколов. И хотя все они участвуют в реализации связи, каждый протокол имеет: различные цели и выполняет определенные задачи;

2) функции протокола определяются уровнем, на котором он работает. Если, например, какой-то протокол работает на физическом уровне, то это означает, что он обеспечивает прохождение пакетов через плату СА и их поступление в сетевой кабель. В общем случае каждому уровню присущ свой набор правил (таблица 4).


Таблица 4 – Набор правил

Уровень

Набор правил (протокол)

Прикладной

Инициация или прием запроса

Представительский

Добавление в сообщение форматирующей, отображающей и шифрующей информации

Сеансовый

Добавление информации о трафике – с указанием момента отправки пакета

Транспортный

Добавление информации для обработки ошибок

Сетевой

Добавление адресов и информации о месте пакета в последовательности передаваемых пакетов

Канальный

Добавление информации для проверки ошибок (трейлера пакета) и подготовка данных для передачи по физическому соединению

Физический

Передача пакета как потока битов в соответствии с определенным способом доступа



Несколько протоколов могут работать совместно каждый на своем уровне. Это так называемый стек или набор протоколов (например, стек TCP/IP, объединяющий транспортный и сетевой протоколы).

Протоколы реализуются через заголовки, которые добавляются к пакетам по мере того, как они передаются по уровням. Каждый заголовок связывается с конкретным уровнем и в каждом последующем уровне воспринимается как часть пакета.

При поступлении пакета в принимающий узел, заголовки соответствующих уровней используются для вызова заданной функции в принимающем узле. При передаче пакета выше этот заголовок изымается. И компьютер-отправитель, и компьютер-получатель должны выполнять каждое действие одинаковым способом с тем, чтобы пришедшие по сети данные совпали с отправленными.

На работу протоколов ряда уровней оказывает влияние, является ли сеть с коммутацией соединений или с коммутацией пакетов. Широкое развитие межсетевых объединений (интернет), компонентами которых являются ЛВС, привело к тому, что данные из одной ЛВС в другую могут передаваться по одному из возможных маршрутов. Протоколы, которые поддерживают такую передачу, называются маршрутизируемыми протоколами. И их роль постоянно возрастает.

Существует несколько стандартных стеков протоколов, разработанных разными фирмами. Протоколы этих стеков выполняют работу, специальную для своего уровня. Однако коммуникационные задачи, которые возложены на сеть, приводят к разделению протоколов на три типа: прикладные протоколы; транспортные протоколы и сетевые протоколы.

Прикладные протоколы работают на верхнем уровне модели OSI и обеспечивают взаимодействие приложений и обмен данными между ними.

Транспортные протоколы поддерживают сеансы связи между компьютерами и гарантируют надежный обмен данными между ними.

Сетевые протоколы обеспечивают услуги связи. Эти протоколы управляют: адресацией, маршрутизацией, проверкой ошибок и запросами на повторную передачу.

Наиболее популярными в настоящее время являются стеки протоколов: TCP/IP разработанный более 20 лет назад по заказу МО США; IPX/SPX фирмы Novell и NETBEUI / NetBIOS фирмы IBM.

1) Стек TCP/IP включает в себя два основных протокола:

– TCP (Transmission Control Protocol) – протокол для гарантированной доставки данных, разбитых на последовательность фрагментов;

– IP (Internet Protocol) – протокол для передачи пакетов, относится к разряду сетевых протоколов.

Стек TCP/IP является промышленным стандартным набором протоколов, которые обеспечивают связь в неоднородной среде, т. е. обеспечивают совместимость между компьютерами разных типов. Кроме того, TCP/IP:

– представляет доступ к ресурсам Интернет;

– поддерживает маршрутизацию и обычно используется в качестве межсетевого протокола.

Благодаря своей популярности TCP/IP стал стандартом де-факто для межсетевого взаимодействия. К другим специально созданным для стека TCP/IP протоколам относятся: SMTP (Simple Mail Protocol) – электронная почта; FTP (File Transfer Protocol) – обмен файлами между ЭВМ и др. Эти протоколы относятся к разряду прикладных протоколов.

  1. Стек IPX / SPX (Novell) включает:

– IPX (Internetwork Packet Exchange) – протокол межсетевой передачи пакетов, соответствует транспортному уровню и определяет формат передаваемых по сети кадров. На уровне IPX рабочие станции обмениваются блоками данных без подтверждения;

– SPX (Sequenced Packet Exchange) – протокол последовательного обмена пакетами. Соответствует сетевому уровню. Перед началом обмена РС устанавливают между собой связь. На уровне протокола SPX гарантирована доставка передаваемых по сети кадров. При необходимости выполняются повторные передачи;

  1. Протокол NetBIOS (Network Basic Input/Output System) – базовая система ввода/вывода.

Предназначен для передачи данных между РС, выполняет функции сетевого, транспортного и сеансового уровней. Этот протокол предоставляет программам средства осуществления связи с другими сетевыми программами.

NetBEIU – расширенный интерфейс NetBIOS – небольшой быстрый и эффективный протокол транспортного уровня, который поставляется со всеми сетевыми продуктами Microsoft. Основной недостаток – он не поддерживает маршрутизацию. NWLink – реализация IPX/SPX фирмой Microsoft. Это транспортный маршрутизируемый протокол.

Каждый сетевой уровень подчиняется определенному сетевому протоколу, определяющему набор сетевых служб, присущих данному уровню. Сетевая служба – это набор функций, которые уровень выполняет для вышележащего уровня.

С другой стороны, протокол – это правила, которым должен следовать уровень, чтобы реализовать сетевую службу.

Сетевой протокол описывает формат данных или пакетов данных, т. е. правила оформления, которым данные должны подчиняться, чтобы программное обеспечение выполняло ту или иную функцию или сетевую службу (для случая коррекции ошибок протокол описывает, какие ошибки сетевая служба должна исправлять).

Набор свойств и функций, которым обладает определенный сетевой уровень, называется сетевой службой. Каждый сетевой уровень запрашивает определенную сетевую службу от нижележащего уровня. Протокол уровня определяет структуру данных и формат пакета для выполнения запрашиваемой сетевой службы.

Процесс, который называется привязкой, позволяет с достаточной гибкостью настраивать сеть, т. е. сочетать протоколы и платы сетевых адаптеров, как того требует ситуация.

Так, например, Ваш компьютер является членом рабочей группы одноранговой сети на базе Windows 95, и обмен данными осуществляется по протоколу NetBEIU. Если помимо этого Вам необходим доступ на сервер Вашей организации, работающей под управлением Novell NetWare, то первое, что необходимо сделать – установить на Вашем компьютере соответствующий протокол – IPX/SPX.

Таким образом, два стека протоколов должны быть привязаны к одной плате сетевого адаптера – NetBEUT и IPX / SPX. При подключении к глобальной сети Интернет на Вашем компьютере дополнительно должен быть установлен еще один протокол TCP / IP.

Порядок привязки определяет очередность, с которой операционная система выполняет программы. Если с одной платой СА связано несколько протоколов, то порядок привязки определяет очередность, с которой будут использоваться протоколы при попытках установить соединение. Обычно привязку выполняют при установке ОС или добавлении и настройке протокола.

Например, если TCP/IP – первый протокол в списке привязки, то именно он будет использоваться при попытке установить связь. Если попытка неудачна, то компьютер попытается установить соединение, используя следующий по порядку протокол в списке привязки.

Привязка (binding) не ограничивается установкой соответствия стека протокола плате СА. Стек протокола должен быть привязан к компонентам, уровень которых и выше, и ниже его уровня.. Так, TCP/IP наверху может быть привязан к сеансовому уровню NetBIOS, а внизу – к драйверу платы СА. Драйвер, в свою очередь, привязан к плате СА.


Задание

1 Заполните таблицу 5.

Какое название традиционно используется для единицы передаваемых данных на каждом из уровней?


Таблица 5 - Уровни




Пакет

Сообщение

Кадр

Поток

Сегмент

Канальный уровень
















Сетевой уровень
















Транспортный уровень
















Сеансовый уровень
















Уровень представления
















Прикладной уровень


















2 С помощью утилиты ping определите IP адреса интернет-узлов для всех DNS-имён (доменов) из вашего варианта. По IP адресам с помощью обратного DNS-запроса определите имена интернет-узлов, зарегистрированных для данных IP адресов (используйте ключ –a утилиты ping). Сравните имена и сделайте вывод о том, является ли домен основным для данного интернет-узла. Если возможно, укажите хостинг-провайдера или название организации, которая обеспечивает работу указанного домена. В отчете также приведите один screenshot (копию экрана), полученный во время выполнения этого пункта.

Варианты заданий

1 Достижения в информатике

2 Мировой терроризм

3 Наркомания и наркотики

4 Безработица и проблема бомжей

5 Клонирование человека и животных

6 Преступность и общество

7 Экологические и природные катаклизмы

8 Религиозные движения и секты

9 Виртуальная реальность

10Искусственный интеллект


^ Контрольные вопросы


1 Что стандартизирует модель OSI?

2 На каком уровне модели OSI работает прикладная программа?

3 На каком уровне модели OSI работают сетевые службы?

4 Определите основные особенности стека TCP/IP.

5 Должны ли маршрутизаторами поддерживаться протоколы транспортного уровня?


^ Тест

1 OSI – Open System Interconnection model представляет собой:

A) модель представления данных в открытых системах;

B) базовую эталонную модель динамических систем;

C) базовую эталонную модель открытых систем;

D) эталонную модель закрытых систем;

E) модель соединения открытых систем

2 Протокол:

A) определяет услуги, которые нижний уровень предоставляет верхнему и способ доступа к ним;

B) предоставляет услуги вышестоящему уровню, «маскируя» детали реализации этих услуг;

C) это логическая или виртуальная связь между ПК;

D) это четко определенный набор правил и соглашений, используемый для взаимодействия одинаковых уровней сети;

E) это программное обеспечение, позволяющее работать в сети

^ 3 Сетевой уровень, который передает данные от одного приложения к другому:

A) прикладной;

B) канальный;

C) сетевой;

D) транспортный;

E) сеансовый


^ 4 Какой из сетевых уровней представляет собой сетевой интерфейс пользователя?

A) прикладной;

B) канальный;

C) сетевой;

D) транспортный;

E) сеансовый

^ 5 Канальный уровень:

A) обеспечивает физический путь для передачи кодированных сигналов, устанавливает их характеристики, отвечает за кодирование данных и синхронизацию битов;

B) отвечает за буферизацию и маршрутизацию в сети;

C) с передающей стороны переупаковывает информационные сообщения, с принимающей стороны собирает сообщения из пакетов;

D) преобразовывает сообщений, используемые прикладным уровнем, в некоторый общепринятый формат обмена данными между сетевыми компьютерами;

E) определяет правила совместного использования физического уровня узлами сети, передает информацию адресованными порциями – кадрами, определяет формат кадра

^ 6 Транспортные протоколы:

A) работают совместно каждый на своем уровне, реализуются через заголовки;

B) работают на нижнем уровне модели OSI, управляют маршрутизацией и передачей данных;

C) обеспечивают услуги связи. Эти протоколы управляют: адресацией, маршрутизацией, проверкой ошибок и запросами на повторную передачу;

D) поддерживают сеансы связи между компьютерами и гарантируют надежный обмен данными между ними;

E) работают на верхнем уровне модели OSI и обеспечивают взаимодействие приложений и обмен данными между ними

^ 7 На каком уровне работают репитеры:

A) на канальном уровне;

B) на прикладном уровне;

C) на физическом уровне;

D) на транспортном уровне;

E) на уровне сеанса

8 Интерфейс:

A) определяет услуги, которые нижний уровень предоставляет верхнему и способ доступа к ним;

B) предоставляет услуги вышестоящему уровню, «маскируя» детали реализации этих услуг;

C) это логическая или виртуальная связь между ПК;

D) это программное обеспечение, позволяющее работать в сети;

E) осуществляет взаимодействие одинаковых уровней сети;

^ 9 Сетевой уровень:

A) обеспечивает физический путь для передачи кодированных сигналов, устанавливает их характеристики, отвечает за кодирование данных и синхронизацию битов;

B) отвечает за буферизацию и маршрутизацию в сети;

C) с передающей стороны переупаковывает информационные сообщения, с принимающей стороны собирает сообщения из пакетов;

D) преобразовывает сообщений, используемые прикладным уровнем, в некоторый общепринятый формат обмена данными между сетевыми компьютерами;

E) определяет правила совместного использования физического уровня узлами сети, передает информацию адресованными порциями – кадрами, определяет формат кадра

^ 10 Стеком называют:

A) набор протоколов, которые могут работать совместно каждый на своем уровне;

B) набор протоколов, которые могут работать совместно на одном уровне;

C) протокол, работающий на сетевом уровне;

D) протокол, работающий на танспортном уровне;

E) маршрутизируемый протокол.


^ Тема 3 Аппаратные средства компьютерных сетей


Роль коммуникационного оборудования в современных компьютерных сетях, функциональное назначение основных видов коммуникационного оборудования, линии связи, сетевые адаптеры, повторители и концентраторы, мосты и коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы.

Функциональное соответствие коммуникационного оборудования уровням модели OSI.

ЛВС имеют свойство перерастать начальные проекты. С ростом компаний растут и ЛВС. Изменение профиля деятельности или организации работы компании могут потребовать переконфигурации сети. Это становится очевидным, когда:

– недопустимо долго документы стоят в очереди на сетевой принтер;

– увеличилось время запроса к БД;

– изменились требования по защите информации и т. д.

Сети не могут расширяться за счет простого добавления рабочих станций и прокладки кабеля. Любая топология или архитектура имеет свои ограничения. Однако существуют устройства, которые могут:

– сегментировать ЛВС так, что каждый сегмент станет самостоятельной ЛВС;

– объединять две ЛВС в одну;

– подключать ЛВС к другим сетям для объединения их в интернет.

К таким устройствам относятся: репитеры, мосты, маршрутизаторы, мосты – маршрутизаторы и шлюзы.

Репитеры




Рисунок 14 – Подключение репитера в ЛВС

Это устройства, которые принимают затухающий сигнал из одного сегмента сети, восстанавливают его и передают в следующий сегмент, чем повышают дальность передачи сигналов между отдельными узлами сети (рисунок 14). Репитеры передают весь трафик в обоих направлениях и работают на физическом уровне модели OSI. Это означает, что каждый сегмент должен использовать одинаковые: форматы пакетов, протоколы и методы доступа. То есть, с помощью репитера можно объединить в единую сеть два сегмента Ethernet и невозможно Ethernet и Token Ring.

Однако репитеры позволяют соединять два сегмента, которые используют различные физические среды передачи сигналов (кабель – оптика, кабель – пара и т. д.). Некоторые многопортовые репитеры работают как многопортовые концентраторы, соединяющие разные типы кабелей.

Применение репитеров оправдано в тех случаях, когда требуется преодолеть ограничение по длине сегмента или по количеству РС. Причем ни один из сегментов сети не генерирует повышенного трафика, а стоимость ЛВС – главный фактор. Связано это с тем, что репитеры не выполняют функций: изоляции и фильтрации.

Так передавая из сегмента в сегмент каждый бит данных, они будут передавать и искаженные пакеты, и пакеты, не предназначенные этому сегменту. В результате проблемы одного сегмента скажутся и на других. Т.е. применение репитеров не обеспечивает функцию изоляции сегментов.

Кроме того, репитеры будут распространять по сети все широковещательные пакеты. И если устройство не отвечает на все пакеты или пакеты постоянно пытаются достичь устройств, которые никогда не отзываются, то производительность сети падает, т. е. репитеры не осуществляют фильтрацию сигналов.

Мост – это устройство комплексирования ЛВС. Эти устройства, как и репитеры, могут: увеличивать размер сети и количество РС в ней и соединять разнородные кабели.

Однако принципиальным их отличием является то, что они работают на канальном уровне модели OSI, т. е. на более высоком, чем репитеры и учитывают больше особенностей передаваемых данных, позволяя:

– восстанавливать форму сигналов, но делая это на уровне пакетов;

– соединять разнородные сегменты сети (например, Ethernet и Token Ring) и переносить между ними пакеты;

– повысить производительность, эффективность, безопасность и надежность сетей (что будет рассмотрено ниже).

Работа моста основана на принципе, согласно которому все узлы сети имеют уникальные сетевые адреса, и мост передает пакеты исходя из адреса узла назначения.

Управляя доступом к сети, мост:

– слушает весь трафик;

– проверяет адрес источника и получателя пакета;

– строит таблицу маршрутизации;

– передает пакеты на основе адреса узла назначения.

Мост обладает некоторым «интеллектом», поскольку изучает, куда направить данные. Когда пакеты передаются через мост, адреса передатчиков сохраняются в памяти моста, и на их основе создается таблица маршрутизации.

В начале работы таблица пуста. Затем, когда узлы передают пакеты, их адреса копируются в таблицу. Имея эти данные, мост изучает расположение компьютеров в сегментах сети.

Прослушивая трафик всех сегментов, и принимая пакет, мост ищет адрес передатчика в таблице маршрутизации. Если адрес источника не найден, он добавляет его в таблицу. Затем сравнивает адрес получателя с БД таблицы маршрутизации:

– если адрес получателя есть в таблице и адресат находится в одном сегменте с источником, пакет отбрасывается. Эта фильтрация уменьшает сетевой трафик и изолирует сегменты сети;

– если адрес получателя есть в таблице, но адресат и источник находятся в разных сегментах, мост передает пакет через соответствующий порт в нужный сегмент;

– если адреса нет в таблице, пакет ретранслируется во все сегменты, исключая тот, откуда был принят.

Короче говоря, если мост знает о местоположении узла – адресата, он передает пакет ему. В противном случае – транслирует пакет во все сегменты.

Рассмотренный вариант соответствует наиболее простым, так называемым прозрачным мостам. В настоящее время находят применение мосты с алгоритмом основного дерева, мосты с маршрутизацией от источника и др.

Мосты позволяют увеличить дальность охвата сети, работая в качестве повторителей. При этом допускается каскадное соединение ЛВС через мосты. Причем эти ЛВС могут быть разнородны.

Использование мостов повышает производительность сети вследствие возможности ее сегментации. Т. к. мосты способны фильтровать пакеты согласно некоторым критериям, то большая сеть делится на несколько сегментов, соединенных мостами. Два небольших сегмента будут работать быстрее, чем один большой, т. к. трафик локализуется в пределах каждого сегмента.

Применение мостов повышает эффективность работы сети, т. к. для каждой подсети (сегмента) можно использовать разные топологии и среды передачи, а затем их объединять мостами.

Мосты позволяют увеличить безопасность (защиту) данных за счет того, что их можно программировать на передачу только тех пакетов, которые содержат адреса определенных отправителей и получателей. Это позволяет ограничить круг РС, способных посылать и принимать информацию из другой подсети.

Мосты увеличивают надежность и отказоустойчивость сети. При сегментировании сети отказ какой-либо подсети не приведет к остановке всех других. Кроме этого, когда выходит из строя единственный файл – сервер, прекращает работу вся сеть.





Рисунок 15 – Использование двух удаленных мостов


Различают локальные и удаленные мосты. Удаленные мосты используются в больших сетях, когда ее отдельные сегменты связываются телефонными (или иными) каналами связи.

Однако если для соединения двух кабельных сегментов ЛВС используют только один локальный мост, то в крупных сетях приходится использовать два удаленных моста, подключенных через синхронные модемы к выделенному каналу связи (рисунок 15).

Маршрутизатор – это устройство для соединения сетей, использующих различные архитектуры и протоколы. Работая на сетевом уровне модели OSI, они могут:

– коммутировать и направлять пакеты через несколько сетей;

– определять наилучший путь для их передачи;

– обходить медленные и неисправные каналы;

– отфильтровывать широковещательные сообщения;

– действовать как барьер безопасности между сетями.

Маршрутизатор в отличие от моста имеет свой адрес и используется как промежуточный пункт назначения.

Работа маршрутизатора основывается на хранимой в его памяти таблице. Однако, эта таблица существенно отличается от таблиц мостов тем, что она содержит не адреса узлов, а адреса сетей (рисунок 16). Для каждого протокола, используемого в сети, строится своя таблица, которая включает:

– все известные адреса сетей;

– способы связи с другими сетями;

– стоимости передачи данных по этим путям.

Маршрутизаторы, принимая пакеты, не проверяют адрес узла назначения, а выделяют только адрес сети. Они пропускают пакет, если адрес сети известен, передавая его маршрутизатору, который обслуживает сеть назначения.





Рисунок 16 – Пример соединения ЛВС с использованием маршрутизаторов


Воспринимая только адресованные сетевые пакеты, они препятствуют проникновению в сеть некорректных и широковещательных пакетов, уменьшая тем самым нагрузку на сеть.

Маршрутизатор может «прослушивать» сеть и определять, какие ее части сильнее загружены. Он устанавливает количество транзитов между ЛВС. Используя эту информацию, маршрутизатор выбирает маршрут передачи. Если один перегружен, он укажет другой. Используются различные алгоритмы маршрутизации:

– на основе состояния канала (в IPX);

– дистанционно-векторные (в TCP/IP);

– открытый протокол предпочтения кратчайшего пути (OSPF и TCP/IP), который вычисляет маршрут с учетом количества транзитов, скорости линии, трафика и стоимости.

Так же как и мосты, маршрутизаторы бывают локальными и удаленными. По типу работы выделяют статические и динамические маршрутизаторы:

– статические требуют, чтобы администратор сети вручную создавал и конфигурировал таблицу маршрутизации, а также указал каждый маршрут;

– динамические автоматически определяют маршруты и поэтому требуют минимальной настройки и конфигурации. Они сложнее и дороже, т. к. принимают отдельное решение по каждому пакету.

Отличие мостов и маршрутизаторов в том, что:

– мост работает на канальном уровне и «видит» только адрес узла; распознавая его, передает в нужный сегмент сети; не определив адрес, пересылает во все сегменты;

– маршрутизатор работает на сетевом уровне, определяя и то, что нужно передать, и то, куда нужно; т. е. он распознает не только адрес (но уже сети), но и тип протокола; кроме этого маршрутизатор может установить адреса других маршрутизаторов и решить, какие пакеты каким маршрутизаторам переадресовать.

Мост может распознать только один путь между сетями, а маршрутизатор из многих находит лучший. В настоящее время стали использоваться мосты – маршрутизаторы – устройства, которые соединили в себе лучшие свойства мостов и маршрутизаторов: для одних протоколов они действуют как мосты; для других – как маршрутизаторы.




Рисунок 17 – Связь ЛВС с ЭВМ через шлюз

Шлюзы – это устройства, которые обеспечивают связь между различными архитектурами и средами. Главное их назначение – осуществить связь между ПК и средой мини-компьютеров или мейнфреймов (рис. 8.5).

Обычно роль шлюзов в ЛВС выполняют выделенные сервера, а все остальные рабочие станции ЛВС работают с мейнфреймом также просто, как со своими ресурсами.

Шлюз связывает две системы, которые используют разные:

– коммуникационные протоколы;

– структуры и форматы данных;

– языки и архитектуры.

Шлюзы принимают данные из одной среды, удаляют протокольный стек и переупаковывают их в протокольный стек системы назначения.





страница1/3
Дата конвертации24.10.2013
Размер1,06 Mb.
ТипМетодическое пособие
  1   2   3
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rud.exdat.com


База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2012
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Документы