ЛЕКЦИЯ 1

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ. ВОЗМОЖНОСТИ.
СПОСОБЫ ОРГАНИЗАЦИИ.
ЭТАЛОННАЯ МОДЕЛЬ ISO/OSI.

1. Разновидности сетей

Коммуникационная cеть - система, состоящая из объектов,
осуществляющих функции генерации, преобразования, хранения и
потребления продукта, называемых пунктами (узлами) сети, и линий
передачи (связей, коммуникаций, соединений), осуществляющих передачу
продукта между пунктами.
Отличительная особенность коммуникационной сети - большие
расстояния между пунктами по сравнению с геометрическими размерами
участков пространства, занимаемых пунктами. В качестве продукта могут
фигурировать информация, энергия, масса, и соответственно различают группы
сетей информационных, энергетических, вещественных. В группах сетей
возможно разделение на подгруппы. Так, среди вещественных сетей могут быть
выделены сети транспортные, водопроводные, производственные и др. При
функциональном проектировании сетей решаются задачи синтеза топологии,
распределения продукта по узлам сети, а при конструкторском проектировании
выполняются размещение пунктов в пространстве и проведение (трассировка)
соединений.
Информационная сеть - коммуникационная сеть, в которой продуктом
генерирования,
переработки,
хранения
и
использования
является
информация.
Вычислительная сеть - информационная сеть, в состав которой входит
вычислительное оборудование. Компонентами вычислительной сети могут
быть ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и
приемниками данных, передаваемых по сети.


2. Классификация сетей.

Вычислительные сети классифицируются по ряду признаков.
2.1. В зависимости от расстояний между связываемыми узлами
различают вычислительные сети:
территориальные - охватывающие значительное географическое
пространство; среди территориальных сетей можно выделить сети
региональные и глобальные, имеющие соответственно региональные или
глобальные масштабы; региональные сети иногда называют сетями MAN
(Metropolitan Area Network), а общее англоязычное название для
территориальных сетей - WAN (Wide Area Network);

локальные (ЛВС) - охватывающие ограниченную территорию (обычно
в пределах удаленности станций не более чем на несколько десятков или
сотен метров друг от друга, реже на 1...2 км); локальные сети обозначают
LAN (Local Area Network);
корпоративные (масштаба предприятия) - совокупность связанных
между собой ЛВС, охватывающих территорию, на которой размещено одно
предприятие или учреждение в одном или нескольких близко
расположенных зданиях. Локальные и корпоративные вычислительные сети -
основной вид вычислительных сетей, используемых в системах
автоматизированного проектирования (САПР).
Особо выделяют единственную в своем роде глобальную сеть Internet
это сеть сетей со своей технологией. В Internet существует понятие
интрасетей (Intranet) - корпоративных сетей в рамках Internet.
Различают интегрированные сети, неинтегрированные сети и подсети.
Интегрированная вычислительная сеть (интерсеть) представляет собой
взаимосвязанную совокупность многих вычислительных сетей, которые в
интерсети называются подсетями.
В автоматизированных системах крупных предприятий подсети
включают вычислительные средства отдельных проектных подразделений.
Интерсети нужны для объединения таких подсетей, а также для
объединения
технических
средств
автоматизированных
систем
проектирования и производства в единую систему комплексной
автоматизации (CIM - Computer Integrated Manufacturing). Обычно интерсети
приспособлены для различных видов связи: телефонии, электронной почты,
передачи видеоинформации, цифровых данных и т.п., и в этом случае они
называются сетями интегрального обслуживания.
2.2. В зависимости от способа управления различают сети:
· "клиент/сервер" - в них выделяется один или несколько узлов (их
название - серверы), выполняющих в сети управляющие или
специальные обслуживающие функции, а остальные узлы
(клиенты)
являются
терминальными,
в
них
работают
пользователи. Сети клиент/сервер различаются по характеру
распределения функций между серверами, другими словами по
типам серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных).
При специализации серверов по определенным приложениям
имеем сеть распределенных вычислений. Такие сети отличают
также
от
централизованных
систем,
построенных
на
мэйнфреймах;
· одноранговые - в них все узлы равноправны; поскольку в общем
случае под клиентом понимается объект (устройство или
программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером -
объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в
одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и
сервера.
2.3. В зависимости от того, одинаковые или неодинаковые ЭВМ
применяют в сети, различают сети однотипных ЭВМ, называемые

однородными, и разнотипных ЭВМ - неоднородные (гетерогенные). В
крупных автоматизированных системах, как правило, сети оказываются
неоднородными.
2.4. В зависимости от прав собственности на сети последние могут
быть сетями общего пользования (public) или частными (private). Среди
сетей общего пользования выделяют телефонные сети ТфОП (PSTN - Public
Switched Telephone Network) и сети передачи данных (PSDN- Public Switched
Data Network).
Сети также различают в зависимости от используемых в них
протоколов и по способам коммутации


3. Структура функционирования сетей

Современные сети построены по многоуровневому принципу. Чтобы
организовать связь двух компьютеров, необходимо создать свод правил их
взаимодействия - протокол.
Протокол - формализованные правила взаимодействия двух
компьютеров, которые могут быть описаны в виде набора процедур,
определяющие последовательность и формат сообщений, которыми
обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных
узлах.
При организации взаимодействия используются два основных типа
протоколов:
1)
с установлением соединения (connection oriented network
service, CONS) - перед обменом данными отправитель и
получатель
должны
сначала
установить
логическое
соединение, т.е. договориться о параметрах процедуры
обмена, а после завершения диалога - разорвать соединение.
Пример - телефонный звонок.
2)
без
предварительного
установления
соединения
(connectionless network service, CLNS). Такие протоколы
называют дейтаграммными. Отправитель просто передает
сообщение, когда оно готово. Пример - опускание письма в
почтовый ящик.
Для работы сетей необходимо множество различных протоколов: для
управления физической связью, установления связи по сети, доступ к
различным ресурсам и др. Многоуровневая структура позволяет упростить и
упорядочить множество протоколов и отношений.
Общепринятой является семиуровневая коммуникационная модель OSI
(Open System Interconnection), предложенная международной организацией
стандартов ISO (International Organization of Standardization) в начале 80х
годов - эталонная модель ISO/OSI. Она позволяет составлять сетевые
системы из модулей программного обеспечения, выпущенных различными
производителями.

Взаимодействие уровней в этой модели - субординарное. Каждый
уровень может реально взаимодействовать только с соседними уровнями
(верхним и нижним), виртуально - только с аналогичным уровнем на конце
линии. Реальное взаимодействие - непосредственная передача информации,
при которой данные остаются неизменными. Виртуальное взаимодействие -
опосредованное взаимодействие и передача данных, причем данные в
процессе передачи могут видоизменяться.
Физическая связь реально имеет место только на самом нижнем
уровне. Горизонтальные связи между всеми остальными уровнями являются
виртуальными, реально они осуществляются передачей информации сначала
вниз, последовательно до самого нижнего уровня, где происходит реальная
передача, а потом на другом конце - обратная передача вверх
последовательно до соответствующего уровня.
Модель ISO/OSI предусматривает
сильную
стандартизацию
вертикальных межуровневых взаимодействий. Такая стандартизация
обеспечивает совместимость продуктов, работающих по стандарту какого-
либо уровня, с продуктами, работающими по стандартам соседних уровней.



Компьютер А
Компьютер В



Application protocol



Прикладной слой
Прикладной слой

Уровень 7 - прикладной


Presentation protocol
С
лой представления
Слой представления

данных
данных

Уровень 7 - п
Уровень рик
6 - ладной

представления данных[



Session protocol

Сеансовый слой
Сеансовый слой

Уровень 5 - сеансовый


Transport protocol



Транспортный

слой
Транспортный слой

Уровень 4 - транспортный


Network protocol




Сетевой слой
Сетевой слой

Уровень 3 - сетевой


Data link protocol



Канальный слой
Канальный слой

Уровень 2 - канальный


Physical protocol



Физический слой
Физический слой

Уровень 1 - физический



Уровень 0

Физическая среда

(Physical media)



Уровень 0 - физическая среда передачи сигнала (кабели, радиолинии).
Это уровень ничего не описывает, только указывает на среду.
Уровень 1 - физический. Включает физические аспекты передачи
двоичной информации по линиям связи (напряжение, частота, природа
физической среды). Выполняет поддержание связи и прием-передачу
битового потока.
Уровень 2 - канальный. Обеспечивает передачу блоков данных -
кадров - через уровень 1. Он определяет начало и конец кадра в битовом
потоке, формирует из данных, передаваемых 1 уровнем, кадры и
последовательности, проверяет ошибки и выполняет их исправление. Это
уровень
оперирует
с битовыми последовательностями, методами
кодирования, маркерами. Выполняет передачу данных и обеспечивает ее
правильность на участках сети, непосредственно связанных между собой -
отдельными ПК. Разделяется на два подуровня: MAC (Medium Access
Control) - управление доступом к среде и LLC (Logical Link Control) -
управление логической связью.
Уровень 3 - сетевой. Обеспечивает связь двух любых точек в сети.
Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами (packets). При
организации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие
"номер сети". В этом случае адрес получателя состоит из номера сети и
номера компьютера в этой сети.
Основной функцией программного обеспечения на этом уровне
является выборка информации из источника, преобразование ее в пакеты и
передача в точку назначения, т.е. адресация и маршрутизация пакетов.
Сети соединяются между собой специальными устройствами,
называемым маршрутизаторами. Маршрутизатор - это устройство, которое
собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на ее
основании пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения. Для того,
чтобы передать сообщение от отправителя", находящегося в одной сети,
получателю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое
количество транзитных передач (hops) между сетями, каждый раз выбирая
подходящий маршрут. Таким образом, маршрут представляет собой
последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет.
Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией и ее
решение является главной задачей сетевого уровня. Эта проблема
осложняется тем, что самый короткий путь не всегда самый лучший. Часто
критерием при выборе маршрута является время передачи данных по этому
маршруту, оно зависит от пропускной способности каналов связи и
интенсивности трафика, которая может изменяться с течением времен и.
Некоторые алгоритмы маршрутизации пытаются приспособиться к
изменению нагрузки, в то время, как другие принимают решения на основе
средних показателей за длительное время. Выбор маршрута может
осуществляться и по другим критериям, например, надежности передачи.
Существует два способа работы сетевого уровня:

- метод виртуальных каналов. Канал связи устанавливается при вызове
по нему передается информация, по окончании канал закрывается
(уничтожается). Пакеты данных не включают адрес пункта назначения, т.к.
он определяется во время установления связи.
- метод дейтаграмм. Дейтаграмма (datagram) - пакет, передаваемый
через сеть, независимо от других пакетов без установления логического
соединения и подтверждения приема. Дейтаграмма содержит всю
необходимую для ее передачи информацию, ее передача происходит без
предварительной подготовки, она не содержит в себе средств обнаружения и
исправления ошибок передачи.
Первый метод предоставляет следующему уровню канал, свободный от
искажений и ошибок, второй требует от следующего уровня проверки
ошибок и доставки адресату.
Уровень 4 - транспортный. Завершает организацию передачи данных:
контролирует поток данных, проходящих по маршруту, определенному 3
уровнем, правильность передачи блоков данных, правильность доставки,
сохранность и порядок следования. Собирает информацию из блоков в
прежний вид или оперирует с дейтаграммами. Предусмотрено пять классов
качества транспортировки и соответствующие процедуры управления.
Включает развитую схему адресации для обеспечения связи через множество
сетей и шлюзов.
Уровень 5 - сеансовый. Координирует взаимодействия связывающихся
пользователей и приложений на их компьютерах: устанавливает связь,
оперирует с ней, восстанавливает аварийно оконченные сеансы.
Ответственен за картографию сети - преобразовывает доменные имена в
числовые адреса и наоборот. Управляет сеансами связи между процессами
прикладного уровня.
Уровень 6 - уровень представления данных. Преобразовывает форматы
передаваемой информации из формата, который используют приложения, в
промежуточный формат. Например, перекодировка текстовой информации и
изображений, сжатие и распаковка, поддержка сетевых файловых систем,
абстрактных структур данных и др.
Уровень 7 - прикладной. Обеспечивает интерфейс между
пользователем и сетью, доступ приложений к сетевому сервису. Реализуется
пять прикладных служб: передача файлов, удаленный терминальный доступ,
электронная передача сообщений, служба справочника и управление сетью.

Т.о. сеть - совокупность компьютеров, соединенных между собой в
соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих
для передачи данных один из протоколов канального уровня, определенный
для этой топологии.