Компьютерные сети и телекоммуникационные в управлении до. Компьютерныесети и телекоммуникации. Основные понятия дисциплины "Компьютерные сети и телекоммуникации"

1.Типы компьютерных сетей. Типы, осн компоненты лвс.

Типы компьютерных сетей:

Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) - система связи между двумя или более компьютерами. Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило - различные виды электрических сигналов или электромагнитного излучения.Типы компьютерных сетей: Персональная сеть (англ. Personal Network) - это сеть, построенная «вокруг» человека. Данные сети призваны объединять все персональные электронные устройства пользователя (телефоны, карманные персональные компьютеры, смартфоны, ноутбуки, гарнитуры и.т.п.). К стандартам таких сетей в настоящее время относят Bluetooth.ЛВС – служит для объединения компьютеров, расположенных на незначительном расстоянии друг от друга. Такая сеть обычно не выходит за пределы одного помещения.Городская вычислительная сеть (англ. MAN - Metropolitan Area Network) охватывает несколько зданий в пределах одного города либо город целиком.Корпоративная сеть – совокупность ЛВС, мощных ЭВМ и терминальных систем, использующих общую информационную магистраль для обмена.Национальная сеть – сеть объединяющая ЭВМ в пределах одного государства (National LambdaRail, GEANT)Глоб-я вычислит-я сеть – сеть передачи данных, рассчитанная на обслуж-е значит-х террит-й с использ-ем общедоступных коммуникац-ых линий.

Типы: По типу функционального взаимодействия: Одноранговая - наиболее простые и предназнач для небольших раб групп. С их помощью Польз-ли нескольких комп-ров могут использ-ть общие диски, принтеры и др. устройства, передавать друг другу сообщения и выполнять другие коллективные операции. Здесь любой комп-р может выполнять как роль сервера, так и клиента. Такая сеть дешева и проста в обслуж-ии, но не может обеспечивать защиту информации при больших размерах сети). Многоранговые(в них для хранения разделяемых данных и программ использования рес-сов совместного доступа использ-ся выделенные комп-ры – серверы. Такая сеть имеет хорошие возможности для расширения, высокая производительности и надежность, но требует постоянного квалифицированного обслуживания).По типу сетевой топологии: Шина, Звезда, Кольцо, Решётка. Смешанная топология.По сетевым ОС: Windows,UNIX, Смешанные.

Типы, основные компоненты ЛВС:

Раб станция – комп-р, предназнач для локальной сети. Сетевой адаптер – спец-я плата, кот позволяет взаимодей-ть комп-ру с другими устрой-ми данной сети. Он осущ-ет физич-ю связь м/у устройствами сети посредством сетевого кабеля.Сервер – некоторое обслуживающее устройство, кот в ЛВС выполняет роль управляющего центра и концентратора данных. Это комбинация аппаратных и программных средств, кот служит для управления сетевыми ресурсами общего доступа.

3. Топология сети. Сетевые стандарты (типы сетей) Среда передачи данных (сетевой кабель).

Сетевая тополо́гия (от греч. τόπος, место) - описание конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств.

Сетевая топология может быть:

физической - описывает реальное расположение и связи между узлами сети.

логической - описывает хождение сигнала в рамках физической топологии.

Существует множество способов соединения сетевых устройств, из них можно выделить пять базовых топологий: шина, кольцо, звезда, ячеистая топология и решётка. Остальные способы являются комбинациями базовых. В общем случае такие топологии называются смешанными или гибридными, но некоторые из них имеют собственные названия, например «Дерево».

Кольцо́ - базовая топология компьютерной сети, в которой рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутую сеть. В кольце не используется конкурентный метод посылки данных, компьютер в сети получает данные от соседа и перенаправляет их дальше, если они адресованы не ему. Для определения того, кому можно передавать данные обычно используют маркер. Данные ходят по кругу, только в одном направлении.

Достоинства: Простота установки; Практически полное отсутствие дополнительного оборудования; Возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий.

Недостатки: Выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети; Сложность конфигурирования и настройки; Сложность поиска неисправностей;

Ши́на , представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.

Отправляемое рабочей станцией сообщение распространяется на все компьютеры сети. Каждая машина проверяет - кому адресовано сообщение и если ей, то обрабатывает его. Для того, чтобы исключить одновременную посылку данных, применяется либо «несущий» сигнал, либо один из компьютеров является главным и «даёт слово» остальным станциям. Достоинства Небольшое время установки сети; Дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств); Простота настройки; Выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети;

Недостатки Любые неполадки в сети, как обрыв кабеля, выход из строя терминатора полностью уничтожают работу всей сети; Сложная локализация неисправностей; С добавлением новых рабочих станций падает производительность сети.

Звезда́ - базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно сетевой концентратор), образуя физический сегмент сети. Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило "дерево").

Рабочая станция, которой нужно послать данные, отсылает их на концентратор, а тот определяет адресата и отдаёт ему информацию. В определённый момент времени только одна машина в сети может пересылать данные, если на концентратор одновременно приходят два пакета, обе посылки оказываются не принятыми и отправителям нужно будет подождать случайный промежуток времени, чтобы возобновить передачу данных.

Достоинства: выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом; хорошая масштабируемость сети; лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети; высокая производительность сети (при условии правильного проектирования); гибкие возможности администрирования.

Недостатки выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом; для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий; конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном концентраторе.

Ячеистая топология (в англ. mesh) - соединяет каждую рабочую станцию сети со всеми другими рабочими станциями этой же сети. Топология относится к полносвязным, в отличие от других - неполносвязных.

Отправитель сообщения по очереди соединяется с узлами сети, пока не найдёт нужный, который примет у него пакеты данных.

Сравнение с другими топологиями

Достоинства надёжность, при обрыве кабеля у компьютера в сети остаётся достаточно путей соединения.

Недостатки большая стоимость установки; сложность настройки и эксплуатации;

В проводных сетях данная топология используется редко, поскольку из-за преизбыточного расхода кабеля становится слишком дорогой. Однако, в беспроводных технологиях сети на основе ячеистой технологии встречаются всё чаще, поскольку затраты на сетевой носитель не увеличиваются и на первый план выходит надёжность сети.

Решётка - понятие из теории организации компьютерных сетей. Это топология, в которой узлы образуют регулярную многомерную решетку. При этом каждое ребро решетки параллельно ее оси и соединяет два смежных узла вдоль этой оси. Одномерная «решётка» - это цепь, соединяющая два внешних узла (имеющие лишь одного соседа) через некоторое количество внутренних (у которых по два соседа - слева и справа). Соединив оба внешних узла, получается топология «кольцо». Двух- и трехмерные решетки используются в архитектуре суперкомпьютеров.

Достоинства: высокая надежность. Недостатки: сложность реализации.

В кач-ве физич-ой среды передачи сигналов м\у комп-мивыступает

Сетевой кабель .Коаксиальный – сост. из медной жилы, изоляции, ее окружающей, медной оплетки и внешней оболочки. Может иметь дополн-но слой фольги. Тонкий коакс кабель – гибкий, диаметром примерно 0,5 см, способен передавать сигналы на расстоянии до 185 м без заметного искажения. Способен передавать данные со скоростью 10 Мбит/с, позволяет реализовать топологию шина и кольцо. Толстый коакс кабель – диаметр примерно 1 см, медная жила толще, чем у тонкого. Передает сигналы на расстояние 500 м. К нему для подключения исп-ся спец устр-во – трансивер, кот снабжен спец коннектором.Витая пара – два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода. Скрутка проводов позволяет избавиться от электрических помех, наводимых соседними парами и др источниками.STP(экранированная витая пара) иUTP(неэкранированная витая пара) – позволяет передавать сигнал до 100 м. Сущ-ет 5 категорий UTP: 1) традиционный телефонный кабедь для передачи аналоговых сигналов 2) кабель из 4 витых пар, спос-ый передавать сигналы со скор 4Мбит/с 3) кабель из 4 витых пар, спос-ый передавать сигналы со скор 10Мбит/с 4) 16 Мбит/с 5) 100-1000 Мбит/с (Чем выше категория пары, тем короче шаги скрутки). Для подключения витой пары к сети используется коннектор RJ-45. Исполь-ся в топологии типа звезда.Оптоволоконный – данные перед-ся по оптическим волокнам в виде модулируемых световых импульсов. Явл-ся надежным и защищенным способом передачи, поскольку электрич сигналы при этом не передаются, след-но, оптоволоконный кабель нельзя вскрыть и перехватить данные. Оптоволоконные линии преднезнач для перемещ-я больших объемов данных на высоких скоростях. Сигнал в них практически не затихает и не искажается. Он состоит из тонкого стеклянного цилиндра, называемого жилой, покрытого слоем стекла (оболочки) с иным, чем у жилы коэффициентом искажения. Иногда оптоволокно изгот из пластика. Каждое оптоволокно передает сигналы т-ко в одном направлении, поэтому кабель состоит из 2 волокон с отдельными коннекторами (для передачи и для приема). Одномодовый имногомодовый – для связи на короткие расстояния, т.к. он проще в монтажной эксплуатации. Оптоволокно использ-ся для прокладки информац-ых магистралей, корпоративных сетей, для передачи данных на значит-ые расстояния. (2 километра в полнодуплексном режиме по многомодовому оптическому волокну и до 32 километров по одномодовому).

Wireless LAN (WLAN) - беспроводная локальная вычислительная сеть. Wi-Fi - один из вариантов Wireless LAN. Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, может уменьшить стоимость развёртывания и расширения сети. Стандарты 802.11a/b/g скорости от 11 до 53 Мбит/сек. WiMAX - протокол широкополосной радиосвязи (Worldwide Interoperability for Microwave Access), разработанный консорциумом (англ. WiMAX Forum). . В отличие от сетей WiFi (IEEE 802.11x), где доступ к точке доступа клиентам предоставляется случайным образом, в WiMAX каждому клиенту отводится четко регламентированный промежуток времени. Кроме того, WiMAX поддерживает ячеистую топологию.

Мышь

Клавиатура

Клавиатура – клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых данных, а также команд управления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя.

Функции клавиатуры не нуждаются в поддержке специальными системными программами (драйверами). Необходимое программное обеспечение для начала работы с компьютером уже имеется в микросхеме постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) в составе базовой системы ввода-вывода, и поэтому компьютер реагирует на нажатия клавиш сразу после включения.

Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш, функционально распределенных по нескольким группам.

Группа алфавитно-цифровых клавиш предназначена для ввода знаковой информации и команд, набираемых по буквам. Каждая клавиша может работать в нескольких режимах (регистрах) и, соответственно, может использоваться для ввода нескольких символов.

Группа функциональных клавиш включает двенадцать клавиш, размещенных в верхней части клавиатуры. Функции, закрепленные за данными клавишами, зависят от свойств конкретной работающей в данный момент программы, а в некоторых случаях и от свойств операционной системы. Общепринятым для большинства программ является соглашение о том, что клавиша F1 вызывает справочную систему, в которой можно найти справку о действии прочих клавиш.

Служебные клавиши располагают рядом с клавишами алфавитно-цифровой группы. В связи с тем, что ими приходится часто пользоваться, они имеют увеличенный размер. К ним относятся клавиши SHIFT, ENTER, ALT, CTRL, TAB, ESC, BACKSPACE и др.

Две группы клавиш управления курсором расположены справа от алфавитно-цифровой панели.

Группа клавиш дополнительной панели дублирует действие цифровых и некоторых знаковых клавиш основной панели. Появление дополнительной клавиатуры относится к началу 80-х годов. В то время клавиатуры были относительно дорогостоящими устройствами. Первоначальное назначение дополнительной панели состояло в снижении износа основной панели при проведении расчетно-кассовых вычислений, а также при управлении компьютерными играми. В наши дни клавиатуры относят к малоценным быстроизнашивающимся устройствам и приспособлениям, и существенной необходимости оберегать их от износа нет.

Мышь – устройство управления манипуляторного типа . Представляет собой плоскую коробочку с двумя-тремя кнопками. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора.

В отличие от клавиатуры мышь не является стандартным органом управления, и персональный компьютер не имеет для нее выделенного порта. Для мыши нет и постоянного выделенного прерывания, а базовые средства ввода и вывода не содержат программных средств для обработки прерываний мыши. В связи с этим в первый момент после включения компьютера мышь не работает. Она нуждается в поддержке специальной системной программы – драйвера мыши. Драйвер мыши предназначен для интерпретации сигналов, поступающих через порт. Кроме того, он обеспечивает механизм передачи информации о положении и состоянии мыши операционной системе и работающим программам.

Компьютером управляют перемещением мыши по плоскости и кратковременными нажатиями правой и левой кнопок (щелчками). В отличие от клавиатуры мышь не может напрямую использовать для ввода знаковой информации – е принцип управления является событийным. Перемещения мыши и щелчки ее кнопок являются событиями с точки зрения ее программы-драйвера. Анализируя эти события, драйвер устанавливает, когда произошло событие и в каком месте экрана в этот момент находился указатель. Эти данные передаются в прикладную программу, с которой работает пользователь в данный момент. По ним программа может определить команду, которую имел в виду пользователь, и приступить к ее выполнению.

Комбинация монитора и мыши обеспечивает наиболее современный тип интерфейса пользователя, который называется графическим. Пользователь наблюдает на экране графические объекты и элементы управления. С помощью мыши он изменяет свойства объектов и приводит в действие элементы управления компьютерной системой, а с помощью монитора получает отклик в графическом виде.

К числу регулируемых параметров мыши относятся: чувствительность (выражает величину перемещения указателя на экране при заданном линейном перемещении мыши), функции правой и левой кнопок, а также чувствительность к двойному нажатию (максимальный интервал времени, при котором два щелчка кнопкой мыши расцениваются как один двойной щелчок).

Компьютерная сеть (КС) – совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных .

В общем случае под телекоммуникационной сетью (ТС ) понимаютсистему, состоящую из объектов, осуществляющих функции генерации, преобразования, хранения и потребления продукта, называемых пунктами (узлами) сети, и линий передачи (связи, коммуникаций, соединений), осуществляющих передачу продукта между пунктами .

В зависимости от вида продукта – информация, энергия, масса – различают соответственно информационные, энергетические и вещественные сети.

Информационная сеть (ИС) – коммуникационная сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования информации является информация. Традиционно для передачи звуковой информации используются телефонные сети, изображений – телевидение, текста – телеграф (телетайп). В настоящее время все большее распространение получают информационные сети интегрального обслуживания, позволяющие передавать в едином канале связи звук, изображение и данные.

Вычислительная сеть (ВС ) – 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.

ВС классифицируют по ряду признаков.

1. В зависимости от расстояния между узлами сети ВС можно разделить на три класса:

· локальные (ЛВС, LAN – Local Area Network ) – 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);

· корпоративные (масштаба предприятия ) – совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или несколько близко расположенных зданиях;

· территориальные – охватывающие значительное географическое пространство; среди территориальных сетей можно выделить сети региональные (MAN – Metropolitan Area Network) и глобальные (WAN – Wide Area Network), имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы.

Обмен информацией при помощи компьютерных сетей называется компьютерной телекоммуникацией (КТ). Она отличается от передачи по почте, телеграфу, с помощью радиосвязи тем, что в процессе передачи осуществляется обработка и создание информации. КТ дает возможность создания информационных систем коллективного пользования, осуществляющих обмен информацией как между несколькими ЭВМ, пользователем и удаленной ЭВМ, так и между пользователями через посредство ЭВМ.

КТ реализуется в локальных вычислительных сетях (ЛВС) на уровне предприятия, организации, на региональном (территориальном) уровне (корпоративные, городские сети и т. п.) и в глобальном масштабе на национальном и международном уровне.

Компьютерные телекоммуникации - это линии непосредственной связи ЭВМ, разнообразные коммуникационные системы и оборудование связи: телефонной, радиосвязи, оптико-волоконной и космической (спутниковой) . КТ дает возможность оперативно обмениваться информацией, включая возможность работы в режиме реального времени.

Связь может быть установлена между двумя автономными ПК и с удаленным абонентом - другим ПК или факсом (модемная связь). Для первого вида связи ПО поддерживает файловый обмен между ПК по кабелю через последовательные порты. Для поддержки модемной связи ПК требуется более сложное ПО, однако возможности такой связи значительно выше - по одной и той же телефонной линии одновременно передается речевая информация и с большой скоростью цифровая (ISDN-технология).

Компьютерные (вычислительные, информационные) сети на основе КТ и ПК массового распространения дают возможность пользователям ПК, подключенным к линиям связи и имеющим необходимые устройства (модем, факс-модем, сетевую карту) и телекоммуникационное ПО, посылать сообщения по электронной почте, участвовать в телеконференциях, производить банковские и торговые операции, получать информацию из банков, баз данных и знаний и т. п.

Первоначально КС имели последовательную, кольцевую (1970-е гг.), звездообразную или магистральную структуру (топологию) связей абонентов. Например, КС ETHERNET фирмы Xerox имела магистральную структуру, имеющую двунаправленную линию связи.

Региональная сеть образуется путем связывания локальных КС в единую сеть той или иной топологии. В свою очередь объединение региональных сетей дает сеть глобальную. Соединение КС осуществляется при помощи специальных устройств, мощных ЭВМ или ПК и сложных технических систем - телефонных сетей, спутниковых и волоконно-оптических и других систем связи. Одинаковые сети связываются при помощи моста - это простейшая связь. Связь сетей на основе шлюза осуществляется при необходимости преобразования адресов получателей и переформатирования данных. Связь КС через ретранслятор реализует накопление данных.

Связь КС с ПК производится через через выделенные и беспроводная линии. Офисы, отели, другие учреждения и частные дома оборудуются ЛВС для подключения к глобальной сети из любой комнаты.

Передача данных в КС производится на основе двух методов - коммутации каналов и коммутации пакетов. Коммутация каналов осуществляется на время сеанса связи (пример - телефонная связь). Линия связи остается занятой все время передачи сообщения. Данные передаются небольшими кадрами с проверкой ошибок в каждом кадре. Существуют КС с коммутацией сообщений, блокирующая не весь путь передачи, как при коммутации каналов, а только часть между ближайшими ретрансляторами.

Коммутация каналов применяется в случае требования высокой надежности, высокой помехозащищенности и конфиденциальности связи (например, между правительственными учреждениями, главами государств, в военной сфере и т. п.).

При коммутации пакетов сообщения разбиваются на пакеты фиксированной длины (128 байтов и др.), снабжаются маркерами с адресами отправителя и получателя и номером пакета, и отправляются по сети как независимые сообщения. Накопленные в буфере узла связи пакеты, принадлежащие различным сообщениям, передаются на соседний узел связи. В пункте назначения интерфейсный процессор объединяет пакеты в единое сообщение и выдает адресату.

Метод коммутации пакетов и передачи их по разным маршрутам повышает надежность и сокращает время передачи сообщений, обеспечивая высшую пропускную способность, в частности, коротких сообщений, что эффективно поддерживает диалоговый режим реального времени, пользующийся популярностью в современном мире.

В начальный период создания КС (1970-е гг.) их различия затрудняли объединение в глобальные сети. Но в результате развития КС сформировался иерархический подход к организации сетей, воплощенный в стандартной модели связи открытых систем (OSI-архитектуре) Международной организации стандартов (МОС).

Раздел “Компьютерные телекоммуникации” ориентирован на базовый уровень, рекомендованный школьной программой, но легко перерастает в один или два элективных курса (“Компьютерные сети”, “Сайтостроение”) при привлечении дополнительного материала и расширении набора практикумов и проектов. Эти расширения содержатся в указанном выше учебнике “Выходим в Интернет”.

Компьютерные сети и телекоммуникации

Система доменных имен DNS

Соответствие между доменными именами и IP-адресами может устанавливаться как средствами локального хоста, так и средствами централизованной службы. На раннем этапе развития Internet на каждом хосте вручную создавался текстовый файл с известным именем hosts. Этот файл состоял из некоторого количества строк, каждая из которых содержала одну пару "IP-адрес - доменное имя", например 102.54.94.97 - rhino.acme.com.

По мере роста Internet файлы hosts также росли, и создание масштабируемого решения для разрешения имен стало необходимостью.

Таким решением стала специальная служба - система доменных имен (Domain Name System, DNS). DNS - это централизованная служба, основанная на распределенной базе отображений "доменное имя - IP-адрес". Служба DNS использует в своей работе протокол типа "клиент-сервер". В нем определены DNS-серверы и DNS-кли-енты. DNS-серверы поддерживают распределенную базу отображений, а DNS-клиен-ты обращаются к серверам с запросами о разрешении доменного имени в IP-адрес.

Служба DNS использует текстовые файлы почти такого формата, как и файл hosts, и эти файлы администратор также подготавливает вручную. Однако служба DNS опирается на иерархию доменов, и каждый сервер службы DNS хранит только часть имен сети, а не все имена, как это происходит при использовании файлов hosts. При росте количества узлов в сети проблема масштабирования решается созданием новых доменов и поддоменов имен и добавлением в службу DNS новых серверов.

Для каждого домена имен создается свой DNS-сервер. Этот сервер может хранить отображения "доменное имя - IP-адрес" для всего домена, включая все его поддомены. Однако при этом решение оказывается плохо масштабируемым, так как при добавлении новых поддоменов нагрузка на этот сервер может превысить его возможности. Чаще сервер домена хранит только имена, которые заканчиваются на следующем ниже уровне иерархии по сравнению с именем домена. (Аналогично каталогу файловой системы, который содержит записи о файлах и подкаталогах, непосредственно в него "входящих".) Именно при такой организации службы DNS нагрузка по разрешению имен распределяется более-менее равномерно между всеми DNS-серверами сети. Например, в первом случае DNS-сервер домена mmt.ru будет хранить отображения для всех имен, заканчивающихся на mmt.ru: wwwl.zil.mmt.ru, ftp.zil.mmt.ru, mail.mmt.ru и т. д. Во втором случае этот сервер хранит отображения только имен типа mail.mmt.ru, www.mmt.ru, а все остальные отображения должны храниться на DNS-сервере поддомена zil.

Каждый DNS-сервер кроме таблицы отображений имен содержит ссылки на DNS-серверы своих поддоменов. Эти ссылки связывают отдельные DNS-серверы в единую службу DNS. Ссылки представляют собой IP-адреса соответствующих серверов. Для обслуживания корневого домена выделено несколько дублирующих друг друга DNS-серверов, IP-адреса которых являются широко известными (их можно узнать, например, в InterNIC).

Процедура разрешения DNS-имени во многом аналогична процедуре поиска файловой системой адреса файла по его символьному имени. Действительно, в обоих случаях составное имя отражает иерархическую структуру организации соответствующих справочников - каталогов файлов или таблиц DNS. Здесь домен и доменный DNS-сервер являются аналогом каталога файловой системы. Для доменных имен, так же как и для символьных имен файлов, характерна независимость именования от физического местоположения.

Процедура поиска адреса файла по символьному имени заключается в последовательном просмотре каталогов, начиная с корневого. При этом предварительно проверяется кэш и текущий каталог. Для определения IP-адреса по доменному имени также необходимо просмотреть все DNS-серверы, обслуживающие цепочку поддоменов, входящих в имя хоста, начиная с корневого домена. Существенным же отличием является то, что файловая система расположена на одном компьютере, а служба DNS по своей природе является распределенной.

Существуют две основные схемы разрешения DNS-имен. В первом варианте работу по поиску IP-адреса координирует DNS-клиент:

DNS-клиент обращается к корневому DNS-серверу с указанием полного доменного имени;

DNS-сервер отвечает, указывая адрес следующего DNS-сервера, обслуживающего домен верхнего уровня, заданный в старшей части запрошенного имени;

DNS-клиент делает запрос следующего DNS-сервера, который отсылает его к DNS-серверу нужного поддомена, и т. д., пока не будет найден DNS-сервер, в котором хранится соответствие запрошенного имени IP-адресу. Этот сервер дает окончательный ответ клиенту. Такая схема взаимодействия называется нерекурсивной или итеративной, когда клиент сам итеративно выполняет последовательность запросов к разным серверам имен. Так как эта схема загружает клиента достаточно сложной работой, то она применяется редко. Во втором варианте реализуется рекурсивная процедура:

DNS-клиент запрашивает локальный DNS-сервер, то есть тот сервер, который обслуживает поддомен, к которому принадлежит имя клиента;

Если локальный DNS-сервер знает ответ, то он сразу же возвращает его клиенту; это может соответствовать случаю, когда запрошенное имя входит в тот же поддомен, что и имя клиента, а также может соответствовать случаю, когда сервер уже узнавал данное соответствие для другого клиента и сохранил его в своем кэше;

Если же локальный сервер не знает ответ, то он выполняет итеративные запросы к корневому серверу и т. д. точно так же, как это делал клиент в первом варианте; получив ответ, он передает его клиенту, который все это время просто ждал его от своего локального DNS-сервера.

В этой схеме клиент перепоручает работу своему серверу, поэтому схема называется косвенной или рекурсивной. Практически все DNS-клиенты используют рекурсивную процедуру.

Стек протоколов TCP/IP.

Стек TCP/IP, называемый также стеком DoD и стеком Internet, является одним из наиболее популярных и перспективных стеков коммуникационных протоколов. Если в настоящее время он распространен в основном в сетях с ОС UNIX, то реализация его в последних версиях сетевых операционных систем для персональных компьютеров (Windows NT, NetWare) является хорошей предпосылкой для быстрого роста числа установок стека TCP/IP.

Стек был разработан по инициативе Министерства обороны США (Department of Defence, DoD) более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сателлитными сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Сеть ARPA поддерживала разработчиков и исследователей в военных областях. В сети ARPA связь между двумя компьютерами осуществлялась с использованием протокола Internet Protocol (IP), который и по сей день является одним из основных в стеке TCP/IP и фигурирует в названии стека.

Большой вклад в развитие стека TCP/IP внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии ОС UNIX. Широкое распространение ОС UNIX привело и к широкому распространению протокола IP и других протоколов стека. На этом же стеке работает всемирная информационная сеть Internet, чье подразделение Internet Engineering Task Force (IETF) вносит основной вклад в совершенствование стандартов стека, публикуемых в форме спецификаций RFC.

Так как стек TCP/IP был разработан до появления модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, то, хотя он также имеет многоуровневую структуру, соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно.

Самый нижний (уровень IV) - уровень межсетевых интерфейсов - соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. Этот уровень в протоколах TCP/IP не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: для локальных каналов это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных каналов - собственные протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP/PPP, которые устанавливают соединения типа "точка - точка" через последовательные каналы глобальных сетей, и протоколы территориальных сетей X.25 и ISDN. Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта канального уровня.

Следующий уровень (уровень III) - это уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей дейтаграмм с использованием различных локальных сетей, территориальных сетей X.25, линий специальной связи и т. п. В качестве основного протокола сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке используется протокол IP, который изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Протокол IP является дейтаграммным протоколом.

К уровню межсетевого взаимодействия относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol). Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизатором и шлюзом, системой-источником и системой-приемником, то есть для организации обратной связи. С помощью специальных пакетов ICMP сообщается о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п.

Следующий уровень (уровень II) называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает устойчивое виртуальное соединение между удаленными прикладными процессами. Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным методом, то есть без установления виртуального соединения, и поэтому требует меньших накладных расходов, чем TCP.

Верхний уровень (уровень I) называется прикладным. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня. К ним относятся такие широко используемые протоколы, как протокол копирования файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet и ее российской ветви РЕЛКОМ, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной информации, такие как WWW и многие другие. Остановимся несколько подробнее на некоторых из них, наиболее тесно связанных с тематикой данного курса.

Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) используется для организации сетевого управления. Проблема управления разделяется здесь на две задачи. Первая задача связана с передачей информации. Протоколы передачи управляющей информации определяют процедуру взаимодействия сервера с программой-клиентом, работающей на хосте администратора. Они определяют форматы сообщений, которыми обмениваются клиенты и серверы, а также форматы имен и адресов. Вторая задача связана с контролируемыми данными. Стандарты регламентируют, какие данные должны сохраняться и накапливаться в шлюзах, имена этих данных и синтаксис этих имен. В стандарте SNMP определена спецификация информационной базы данных управления сетью. Эта спецификация, известная как база данных MIB (Management Information Base), определяет те элементы данных, которые хост или шлюз должен сохранять, и допустимые операции над ними.

Протокол пересылки файлов FTP (File Transfer Protocol) реализует удаленный доступ к файлу. Для того, чтобы обеспечить надежную передачу, FTP использует в качестве транспорта протокол с установлением соединений - TCP. Кроме пересылки файлов протокол, FTP предлагает и другие услуги. Так пользователю предоставляется возможность интерактивной работы с удаленной машиной, например, он может распечатать содержимое ее каталогов, FTP позволяет пользователю указывать тип и формат запоминаемых данных. Наконец, FTP выполняет аутентификацию пользователей. Прежде, чем получить доступ к файлу, в соответствии с протоколом пользователи должны сообщить свое имя и пароль.

В стеке TCP/IP протокол FTP предлагает наиболее широкий набор услуг для работы с файлами, однако он является и самым сложным для программирования. Приложения, которым не требуются все возможности FTP, могут использовать другой, более экономичный протокол - простейший протокол пересылки файлов TFTP (Trivial File Transfer Protocol). Этот протокол реализует только передачу файлов, причем в качестве транспорта используется более простой, чем TCP, протокол без установления соединения - UDP.

Протокол telnet обеспечивает передачу потока байтов между процессами, а также между процессом и терминалом. Наиболее часто этот протокол используется для эмуляции терминала удаленной ЭВМ.

Протокол BGP

Общая схема работы BGP такова. BGP-маршрутизаторы соседних АС, решившие обмениваться маршрутной информацией, устанавливают между собой соединения по протоколу BGP и становятся BGP-соседями (BGP-peers).

Далее BGP использует подход под названием path vector, являющийся развитием дистанционно-векторного подхода. BGP-соседи рассылают (анонсируют, advertise) друг другу векторы путей (path vectors). Вектор путей, в отличие от вектора расстояний, содержит не просто адрес сети и расстояние до нее, а адрес сети и список атрибутов (path attributes), описывающих различные характеристики маршрута от маршрутизатора-отправителя в указанную сеть. В дальнейшем для краткости мы будем называть набор данных, состоящих из адреса сети и атрибутов пути до этой сети, маршрутом в данную сеть.

Реализация BGP

Пара BGP-соседей устанавливает между собой соединение по протоколу TCP, порт 179. Соседи, принадлежащие разным АС, должны быть доступны друг другу непосредственно; для соседей из одной АС такого ограничения нет, поскольку протокол внутренней маршрутизации обеспечит наличие всех необходимых маршрутов между узлами одной автономной системы.

Поток информации, которым обмениваются BGP-соседи по протоколу TCP, состоит из последовательности BGP-сообщений. Максимальная длина сообщения 4096 октетов, минимальная - 19. Имеется 4 типа сообщений.

Типы BGP-сообщений

• OPEN - посылается после установления TCP-соединения. Ответом на OPEN является сообщение KEEPALIVE, если вторая сторона согласна стать BGP-соседом; иначе посылается сообщение NOTIFICATION с кодом, поясняющим причину отказа, и соединение разрывается.
• KEEPALIVE - сообщение предназначено для подтверждения согласия установить соседские отношения, а также для мониторинга активности открытого соединения: для этого BGP-соседи обмениваются KEEPALIVE-сообщениями через определенные интервалы времени.
• UPDATE - сообщение предназначено для анонсирования и отзыва маршрутов. После установления соединения с помощью сообщений UPDATE пересылаются все маршруты, которые маршрутизатор хочет объявить соседу (full update), после чего пересылаются только данные о добавленных или удаленных маршрутах по мере их появления (partial update).
• NOTIFICATION - сообщение этого типа используется для информирования соседа о причине закрытия соединения. После отправления этого сообщения BGP-соединение закрывается.

Формат BGP-сообщения

Сообщение протокола BGP состоит из заголовка и тела. Заголовок имеет длину 19 октетов и состоит из следующих полей:

· маркер: в сообщении OPEN всегда, и при работе без аутентификации - в других собщениях, заполнен единицами. Иначе содержит аутентификационную информацию. Сопутствующая функция маркера - повышение надежности выделения границы сообщения в потоке данных.

· длина сообщения в октетах, включая заголовок.

Протокол IGRP

Протокол маршрутизации внутренних роутеров (Interior Gateway Routing Protokol-IGRP) является протоколом маршрутизации, разработанным в середине 1980 гг. компанией Cisco Systems, Inc. Главной целью было обеспечение живучего протокола для маршрутизации в пределах автономной системы (AS), имеющей произвольно сложную топологию и включающую в себя носитель с разнообразными характеристиками ширины полосы и задержки.

IGRP является протоколом внутренних роутеров (IGP) с вектором расстояния. Протоколы маршрутизации с вектором расстояния требуют от каждого роутера отправления через определенные интервалы времени всем соседним роутерам всей или части своей маршрутной таблицы в сообщениях о корректировке маршрута. По мере того, как маршрутная информация распространяется по сети, роутеры могут вычислять расстояния до всех узлов объединенной сети.

IGRP использует комбинацию (вектор) показателей. Задержка объединенной сети (internetwork delay), ширина полосы (bandwidth), надежность (reliability) и нагрузка (load) - все эти показатели учитываются в виде коэффициентов при принятии маршрутного решения. Администраторы сети могут устанавливать факторы весомости для каждого из этих показателей. IGRP предусматривает широкий диапазон значений для своих показателей.

Для обеспечения дополнительной гибкости IGRP разрешает многотрактовую маршрутизацию. Дублированные линии с одинаковой шириной полосы могут пропускать отдельный поток трафика циклическим способом с автоматическим переключением на вторую линию, если первая линия выходит из строя.

Формат пакета

Первое поле пакета IGRP содержит номер версии (version number).

Поле операционного кода (opcode). Это поле обозначает тип пакета. Операционный код, равный 1, обозначает пакет корректировки (содержат заголовок, за которым сразу же идут записи данных маршрутной таблицы); равный 2-пакет запроса (используются источником для запроса маршрутной таблицы из другого роутера.

Поле выпуска (edition). Это значение номера выпуска используется для того, чтобы позволить роутерам избежать обработки корректировок, содержащих информацию, которую они уже видели.

Следующие три поля обозначают номер подсетей, номер главных сетей и номер внешних сетей в пакете корректировки.

Поле контрольной суммы (checksum). Вычисление контрольной суммы позволяет принимающему роутеру проверять достоверность входящего пакета.

Характеристики стабильности

IGRP обладает рядом характеристик, предназначенных для повышения своей стабильности. В их число входят:

Временные удерживания изменений используется для того, чтобы помешать регулярным сообщениям о коррректировке незаконно восстановить в правах маршрут, который возможно был испорчен. Период удерживания изменений обычно рассчитывается так, чтобы он был больше периода времени, необходимого для корректировки всей сети в соответствии с каким-либо изменением маршрутизации.

Расщепленные горизонты Понятие о расщепленных горизонтах проистекает из того факта, что никогда не бывает полезным отправлять информацию о каком-нибудь маршруте обратно в том направлении, из которого она пришла. Правило о расщепленных горизонтах помогает предотвращать зацикливание маршрутов.

Корректировки отмены маршрута предназначены для борьбы с более крупными маршрутными петлями. Увеличение значений показателей маршрутизации обычно указывает на появление маршрутных петель. В этом случае посылаются корректировки отмены, чтобы удалить этот маршрут и перевести его в состояние удерживания.

IGRP обеспечивает ряд таймеров и переменных, содержащих временные интервалы. Сюда входят

• таймер корректировки (определяет, как часто должны отправляться сообщения о корректировке маршрутов),
• таймер недействующих маршрутов, определяет, сколько времени должен ожидать роутер при отсутствии сообщений о корректировке какого-нибудь конкретного маршрута, прежде чем об"явить этот маршрут недействующим
• период времени удерживания изменений
• таймер отключения. указывает, сколько времени должно пройти прежде, чем какой-нибудь роутер должен быть исключен из маршрутной таблицы.

Протоколы сетевого уровня реализуются, как правило, в виде программных модулей и выполняются на конечных узлах-компьютерах, называемых хостами, а также на промежуточных узлах - маршрутизаторах, называемых шлюзами. Функции маршрутизаторов могут выполнять как специализированные устройства, так и универсальн

Понятие internetworking

Основная идея введения сетевого уровня состоит в следующем. Сеть в общем случае рассматривается как совокупность нескольких сетей и называется составной сетью или интерсетью (internetwork или internet) . Сети, входящие в составную сеть, называются подсетями (subnet) , составляющими сетями или просто сетями (рис. 5.1). Подсети соединяются между собой маршрутизаторами. Компонентами составной сети могут являться как локальные, так и глобальные сети. Внутренняя структура каждой сети на рисунке не показана, так как она не имеет значения при рассмотрении сетевого протокола. Все узлы в пределах одной подсети взаимодействуют, используя единую для них технологию. Так, в составную сеть, показанную на рисунке, входит несколько сетей разных технологий: локальные сети Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI и глобальные сети frame relay, X.25, ISDN. Каждая из этих технологий достаточна для того, чтобы организовать взаимодействие всех узлов в своей подсети, но не способна построить информационную связь между произвольно выбранными узлами, принадлежащим и разным подсетям, например между узлом А и узлом В на рис. 5.1. Следовательно, для организации взаимодействия между любой произвольной парой узлов этой «большой» составной сети требуются дополнительные средства. Такие средства и предоставляет сетевой уровень.

Сетевой уровень выступает в качестве координатора, организующего работу всех подсетей, лежащих на пути продвижения пакета по составной сети. Для перемещения данных в пределах подсетей сетевой уровень обращается к используемым в этих подсетях технологиям.

Хотя многие технологии локальных сетей (Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet и др.) используют одну и ту же систему адресации узлов на основе МАС - адресов, существует немало технологий (X.25, АТМ, frame relay), в которых применяются другие схемы адресации. Адреса, присвоенные узлам в соответствии с технологиями подсетей, называют локальными. Чтобы сетевой уровень мог выполнить свою задачу, ему необходима собственная система адресации, не зависящая от способов адресации узлов в отдельных подсетях, которая позволила бы на сетевом уровне универсальным и однозначным способами идентифицировать любой узел составной сети.

Естественным способом формирования сетевого адреса является уникальная нумерация всех подсетей составной сети и нумерация всех узлов в пределах каждой подсети. Таким образом, сетевой адрес представляет собой пару: номер сети (подсети) и номер узла.

В качестве номера узла может выступать либо локальный адрес этого узла (такая схема принята в стеке IPX/SPX), либо некоторое число, никак не связанное с локальной технологией, которое однозначно идентифицирует узел в пределах данной подсети. В первом случае сетевой адрес становится зависимым от локальных технологий, что ограничивает его применение. Например, сетевые адреса IPX/SPX рассчитаны на работу в составных сетях, объединяющих сети, в которых используются только МАС - адреса или адреса аналогичного формата. Второй подход более универсален, он характерен для стека TCP/IP. И в том и другом случае каждый узел составной сети имеет наряду со своим локальным адресом еще один - универсальный сетевой адрес.

Данные, которые поступают на сетевой уровень и которые необходимо передать через составную сеть, снабжаются заголовком сетевого уровня. Данные вместе с заголовком образуют пакет. Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифицированный формат, не зависящий от форматов кадров канального уровня тех сетей, которые могут входить в объединенную сеть, и несет наряду с другой служебной информацией данные о номере сети, которой предназначается этот пакет. Сетевой уровень определяет маршрут и перемещает пакет между подсетями.

При передаче пакета из одной подсети в другую пакет сетевого уровня, инкапсулированный в прибывший канальный кадр первой подсети, освобождается от заголовков этого кадра и окружается заголовками кадра канального уровня следующей подсети. Информацией, на основе которой делается эта замена, являются служебные поля пакета сетевого уровня. В поле адреса назначения нового кадра указывается локальный адрес следующего маршрутизатора.

Концентраторы Ethernet

В технологии Ethernet устройства, объединяющие несколько физических сегментов коаксиального кабеля в единую разделяемую среду, использовались давно и получили название "повторителей" по своей основной функции - повторению на всех своих портах сигналов, полученных на входе одного из портов. В сетях на основе коаксиального кабеля обычными являлись двухпортовые повторители, соединяющие только два сегмента кабеля, поэтому термин концентратор к ним обычно не применялся.

С появлением спецификации lOBase-T для витой пары повторитель стал неотъемлемой частью сети Ethernet, так как без него связь можно было организовать только между двумя узлами сети. Многопортовые повторители Ethernet на витой паре стали называть концентраторами или хабами, так как в одном устройстве действительно концентрировались связи между большим количеством узлов сети. Концентратор Ethernet обычно имеет от 8 до 72 портов, причем основная часть портов предназначена для подключения кабелей на витой паре. На рис. 2. показан типичный концентратор Ethernet, рассчитанный на образование небольших сегментов разделяемой среды. Он имеет 16 портов стандарта lOBase-T с разъемами RJ-45, а также один порт AUI для подключения внешнего трансивера.

Обычно к этому порту подключается трансивер, работающий на коаксиал или оптоволокно. С помощью этого трансивера концентратор подключается к магистральному кабелю, соединяющему несколько концентраторов между собой, либо таким образом обеспечивается подключение станции, удаленной от концентратора более чем на 100 м.

Рис. 15. Концентратор Ethernet.

Для соединения концентраторов технологии lOBase-T между собой в иерархическую систему коаксиальный или оптоволоконный кабель не обязателен, можно применять те же порты, что и для подключения конечных станций, с учетом одного обстоятельства. Дело в том, что обычный порт RJ-45, предназначенный для подключения сетевого адаптера и называемый MDI-X (кроссированный MDI), имеет инвертированную разводку контактов разъема, чтобы сетевой адаптер можно было подключить к концентратору с помощью стандартного соединительного кабеля, не кроссирующего контакты.

В случае соединения концентраторов через стандартный порт MDI-X приходится использовать нестандартный кабель с перекрестным соединением пар. Поэтому некоторые изготовители снабжают концентратор выделенным портом MDI, в котором нет кроссирования пар. Таким образом, два концентратора можно соединить обычным некроссированным кабелем, если это делать через порт MDI-X одного концентратора и порт MDI второго. Чаще один порт концентратора может работать и как порт MDI-X, и как порт MDI, в зависимости от положения кнопочного переключателя.

Многопортовый повторитель-концентратор Ethernet может по-разному рассматриваться при использовании правила 4-х хабов. В большинстве моделей все порты связаны с единственным блоком повторения, и при прохождении сигнала между двумя портами повторителя блок повторения вносит задержку всего один раз. Поэтому такой концентратор нужно считать одним повторителем с ограничениями, накладываемыми правилом 4-х хабов. Но существуют и другие модели повторителей, в которых на несколько портов имеется свой блок повторения.

В таком случае каждый блок повторения нужно считать отдельным повторителем и учитывать его отдельно в правиле 4-х хабов.
Некоторые отличия могут демонстрировать модели концентраторов, работающие на одномодовый волоконно-оптический кабель. Дальность сегмента кабеля, поддерживаемого концентратором FDDI, на таком кабеле может значительно отличаться в зависимости от мощности лазерного излучателя - от 10 до 40 км.

Однако если существующие различия при выполнении основной функции концентраторов не столь велики, то их намного превосходит разброс в возможностях реализации концентраторами дополнительных функций. Отключение портов.

Очень полезной при эксплуатации сети является способность концентратора отключать некорректно работающие порты, изолируя тем самым остальную часть сети от возникших в узле проблем. Эту функцию называют автосегментацией (autopartitioning). Для концентратора FDDI эта функция для многих ошибочных ситуаций является основной, так как определена в протоколе. В то же время для концентратора Ethernet или Token Ring функция автосегментации для многих ситуаций является дополнительной, так как стандарт не описывает реакцию концентратора на эту ситуацию. Основной причиной отключения порта в стандартах Ethernet и Fast Ethernet является отсутствие ответа на последовательность импульсов link test, посылаемых во все порты каждые 16 мс. В этом случае неисправный порт переводится в состояние "отключен", но импульсы link test будут продолжать посылаться в порт с тем, чтобы при восстановлении устройства работа с ним была продолжена автоматически.

Рассмотрим ситуации, в которых концентраторы Ethernet и Fast Ethernet выполняют отключение порта:

o Ошибки на уровне кадра. Если интенсивность прохождения через порт кадров, имеющих ошибки, превышает заданный порог, то порт отключается, а затем, при отсутствии ошибок в течение заданного времени, включается снова. Такими ошибками могут быть: неверная контрольная сумма, неверная длина кадра (больше 1518 байт или меньше 64 байт), неоформленный заголовок кадра.
o Множественные коллизии. Если концентратор фиксирует, что источником коллизии был один и тот же порт 60 раз подряд, то порт отключается. Через некоторое время порт снова будет включен.

o Затянувшаяся передача (jabber). Как и сетевой адаптер, концентратор контролирует время прохождения одного кадра через порт. Если это время превышает время передачи кадра максимальной длины в 3 раза, то порт отключается.

Поддержка резервных связей

Так как использование резервных связей в концентраторах определено только в стандарте FDDI, то для остальных стандартов разработчики концентраторов поддерживают такую функцию с помощью своих частных решений. Например, концентраторы Ethernet/Fast Ethernet могут образовывать только иерархические связи без петель. Поэтому резервные связи всегда должны соединять отключенные порты, чтобы не нарушать логику работы сети.

Обычно при конфигурировании концентратора администратор должен определить, какие порты являются основными, а какие по отношению к ним - резервными (рис. 16). Если по какой-либо причине порт отключается (срабатывает механизм автосегментации), концентратор делает активным его резервный порт.

Рис. 16.

Рис. 16. Резервные связи между концентраторами Ethernet.

При рассмотрении некоторых моделей концентраторов возникает вопрос - зачем в этой модели имеется такое большое количество портов, например 192 или 240? Имеет ли смысл разделять среду в 10 или 16 Мбит/с между таким большим количеством станций? Возможно, десять - пятнадцать лет назад ответ в некоторых случаях мог бы быть и положительным, например, для тех сетей, в которых компьютеры пользовались сетью только для отправки небольших почтовых сообщений или для переписывания небольшого текстового файла.

Сегодня таких сетей осталось крайне мало, и даже 5 компьютеров могут полностью загрузить сегмент Ethernet или Token Ring, a в некоторых случаях - и сегмент Fast Ethernet. Для чего же тогда нужен концентратор с большим количеством портов, если ими практически нельзя воспользоваться из-за ограничений по пропускной способности, приходящейся на одну станцию? Ответ состоит в том, что в таких концентраторах имеется несколько несвязанных внутренних шин, которые предназначены для создания нескольких разделяемых сред.

Например, концентратор, изображенный на рис. 17, имеет три внутренние шины Ethernet. Если, например, в таком концентраторе 72 порта, то каждый из этих портов может быть связан с любой из трех внутренних шин. На рисунке первые два компьютера связаны с шиной Ethernet 3, а третий и четвертый компьютеры - с шиной Ethernet 1. Первые два компьютера образуют один разделяемый сегмент, а третий и четвертый - другой разделяемый сегмент.

Рис. 17. Многосегментный концентратор.

Между собой компьютеры, подключенные к разным сегментам, общаться через концентратор не могут, так как шины внутри концентратора никак не связаны. Многосегментные концентраторы нужны для создания разделяемых сегментов, состав которых может легко изменяться. Большинство многосегментных концентраторов, например System 5000 компании Nortel Networks или PortSwitch Hub компании 3Com, позволяют выполнять операцию соединения порта с одной из внутренних шин чисто программным способом, например с помощью локального конфигурирования через консольный порт.

В результате администратор сети может присоединять компьютеры пользователей к любым портам концентратора, а затем с помощью программы конфигурирования концентратора управлять составом каждого сегмента. Если завтра сегмент 1 станет перегруженным, то его компьютеры можно распределить между оставшимися сегментами концентратора.

Возможность многосегментного концентратора программно изменять связи портов с внутренними шинами называется конфигурационной коммутацией (configuration switching).
ВНИМАНИЕ
Конфигурационная коммутация не имеет ничего общего с коммутацией кадров, которую выполняют мосты и коммутаторы. Многосегментные концентраторы - это программируемая основа больших сетей. Для соединения сегментов между собой нужны устройства другого типа - мосты/коммутаторы или маршрутизаторы. Такое межсетевое устройство должно подключаться к нескольким портам многосегментного концентратора, подсоединенным к разным внутренним шинам, и выполнять передачу кадров или пакетов между сегментами точно так же, как если бы они были образованы отдельными устройствами-концентраторами.

Для крупных сетей многосегментный концентратор играет роль интеллектуального кроссового шкафа, который выполняет новое соединение не за счет механического перемещения вилки кабеля в новый порт, а за счет программного изменения внутренней конфигурации устройства. Управление концентратором по протоколу SNMP.

Как видно из описания дополнительных функций, многие из них требуют конфигурирования концентратора. Это конфигурирование может производиться локально, через интерфейс RS-232C, который имеется у любого концентратора, имеющего блок управления. Кроме конфигурирования в большой сети очень полезна функция наблюдения за состоянием концентратора: работоспособен ли он, в каком состоянии находятся его порты.

Понятие компьютерных сетей; локальные и глобальные сети; топологии сетей; сетевые операционные системы.

Цель лекции:

- изучитьаппаратные и программные средства локальных и глобальных сетей.

Появление персональных компьютеров потребовало нового подхода к организации системы обработки данных, к созданию новых информационных технологий. Возникла потребность пе­рехода от использования отдельных компьютеров в системах централи­зованной обработки данных к распределенной обработке дан­ ных в компьютерной вычислительной сети . Абонентами сети могут быть отдельные компь­ютеры, компьютерные комплексы, терминалы, промышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т. д. В зависимости от территориального расположения абонентов компьютерные сети делятся на глобальные , региональные и локальные . Объединение глобальных, региональных и локальных компь­ютерных сетей позволяет создаватьмногосетевые иерархии , обеспечивающие мощные средства обработки огромных информаци­онных массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам.

В общем случае компьютерная сетьпредставляется совокуп­ностью трех вложенных друг в друга подсистем: сети рабочих станций , сети серверов и базовой сети передачи данных.

Базовыми требованиями, определяющими архитектуру компь­ютерных сетей, являются следующие: открытость , живучесть , адаптивность , безопасность информации. Указанные требования обеспечиваются модульной организа­цией управления процессами в сети, реализуемой по многоуров­невой схеме. Число уровней и распределение функций между ними существенно влияет на сложность программного обеспечения ком­пьютеров, входящих в сеть, и на эффективность сети. Формаль­ной процедуры выбора числа уровней не существует.

В качестве эталонной модели принята семиуровневая схема: уровень 1 - физический, у ровень 2 - канальный, у ровень 3 -сетевой, уровень 4 –транспортный , 5 - сеансовый , 6 - представительный , 7 - прикладной . Уровни 1-3 организуют базовую сеть передачи данных как систему, обеспечивающую надежную передачу данных между або­нентами сети. На уровне 5 по запросам процессов создаются порты для приема и передачи сообщений и орга­низуются соединения - логические каналы.

Порядок реализации связей в сети регулируется протоколами .

Базовые принципы организации компьютерной сети опреде­ляют ее основные характеристики: операционные возможности , производительность , время доставки сообщений и стоимость предоставляемых услуг.

Информационные системы, построенные на базе локальных вычислительных сетей , обеспечивают решение следующих задач: хранение данных, обработка данных, организация доступа пользователей к данным, передача данных и результатов их обработки пользователям.

Компьютерные сети реализуют распределенную обработку дан­ных. Здесь обработка данных распределяется между двумя объек­тами: клиентом и сервером . Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования и организует доступ к этим данным. В процессе обработки данных клиент формирует запрос к серверу на выполнение сложных процедур. Сервер выполняет запрос, и результаты передает кли­енту. Подобная модель вычислительной сети получила названиеархи­ тектуры клиент-сервер.

Другой моделью вычислительной сети является файл-сервер , запускающий операционную систему и управляющий потоком данных, передаваемых по сети. Отдельные рабочие станции и любые, совместно используемые периферийные устройства (принтеры, сканеры, модемы и т.д.) подсоединяются к файл-серверу. Каждая рабочая станция работает под управлением собственной дисковой операционной системы, но в отличие от автономного персонального компьютера, содержит плату сетевого интерфейса и физически соединена кабелями с файл-сервером. Рабочая станция запускает оболочку сети, которая позволяет использовать файлы и программы, хранящиеся на файл-сервере, так же легко, как и находящиеся на ее собственных дисках. Чтобы включить рабочую станцию в состав сети, оболочка сетевой операционной системы загружается в начало операционной системы компьютера. Оболочка сохраняет большую часть команд и функций операционной системы и добавляет локальной системе больше функций, что придает ей гибкость.

По признаку распределения функций локальные компьютер­ные сети делятся на одноранговые и двухранговые (иерархичес­кие сети или сети с выделенным сервером). В одноранговой сети компьютер выступает и в роли клиента, и в роли сервера. Одноранговое разделение ресурсов является вполне при­емлемым для малых офисов с 5-10 пользователями, объединяя их в рабочую группу. Двухранговая сеть организуется на основе сервера, на котором регистрируются пользователи сети. Для современных компьютерных сетей типичной является смешанная сеть, объединяющая рабочие станции и серверы, при­чем часть рабочих станций образует одноранговые сети, а другая часть принадлежит двухранговым сетям.

Геометрическая схема соединения (конфигурация физического подключения) узлов сети называется топологией сети . Существу­ет большое количество вариантов сетевых топологий, базовыми из которых являются шина , кольцо , звезда . Локальная сеть может использовать одну из перечисленных топологий. Это зависит от количества объединяемых компьютеров, их взаимного расположения и других условий.

Проблемы шинной топологии возникают в следующих случаях: при разрыве в любой точке шины; при выходе из строя сетевого адаптера одного из компьютеров и передачи на шину сигналов с помехами; при необходимости подключения к сети нового компьютера. Недостатками кольцевой организации являются разрывы в любом месте кольца, прекращающие работу всей сети; зависимость времени передачи сообщения временем последовательного срабатывания каждого узла, находящегося между отправителем и получателем; возможность непреднамеренного искажения информации из-за прохождения данных через каждый узел. Комбинация базовых топологий (гибридная)обеспечивает получение широкого спектра решений, аккумулиру­ющих достоинства и недостатки базовых.

В различных сетях существуют различные процедуры, описывающие методы доступа к сетевым каналам (протоколы передачи данных ). Наибольшее распространение получили конкретные реализации методов доступа: Ethernet , Arcnet и Token - Ring .

Метод доступа Ethernet , разработанный фирмой Xerox в 1975 году, пользуется наибольшей популярностью, так как обеспечивает высокую скорость передачи данных и не исключает возможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькими станциями. Для данного метода доступа используется топология «общая шина».

Метод доступа Arcnet разработанный фирмой DatapointCorp . получил широкое распространение, благодаря тому, что оборудование Arcnet дешевле, чем оборудование Ethernet или Token - Ring . Arcnet используется в локальных сетях с топологией «звезда».

Метод доступа Token - Ring был разработан фирмой IBM и рассчитан на кольцевую топологию сети.

Кроме проблем создания локальных вычислительных сетей имеется также проблема расширения (объединения) компьютер­ных сетей. Вычислительная сеть, созданная на определенном этапе развития информационной системы, со временем может перестать удовлетворять потребности всех пользо­вателей. В то же время физические свойства сигналов, каналов передачи данных и конструктивные особенности сетевых компо­нент накладывают жесткие ограничения на количество узлов и геометрические размеры сети. Для объединения локальных сетей применя­ются следующие устройства: повторитель , мост , маршрутизатор ,шлюз .

Крупные локальные сети объединяются в глобальные. Функционирование глобальных сетей поддерживают центры управления (специальные компьютеры), которые служат только для административных целей, ведут учет, предоставляют пользователям информацию относительно ресурсов сети, проверяют работу сети. Пользователи общаются с другими абонентами сети посредством специального коммуникационного программного обеспечения. В настоящее время наиболее крупной глобальной сетью, охватывающей практически все страны мира, считается Internet .

Internet обеспечивает обмен ин­формацией между всеми компьютерами, которые входят в сети, подключенные к ней, и предоставляет в распоряжение своих пользователей мно­жество всевозможных ресурсов. Тип компьютера и используемая им опера­ционная система значения не имеют.

Для того чтобы информация передавалась между компьютера­ми независимо от используемых линий связи, типа компьютера и про­граммного обеспечения, разработаны специальные протоколы пе­редачи данных. Они работают по принципу разбиения данных на блоки определенного размера (пакеты), которые последовательно отсылаются адресату. В Интернете используются два основных протокола: межсетевой протокол IP и протокол управления передачей TCP . Так как эти протоколы взаи­мосвязаны, обычно говорят о протоколе TCP / IP .

Основными ячейками Internet являются локальные вычислительные сети. Если некоторая локальная сеть подключена к Internet , то каждая рабочая станция этой сети также может подключаться к Internet . Компьютеры, самостоятельно подключаемые к Internet , называются хост-компьютерами .

Каждый подключенный к сети компьютер имеет свой адрес. К адресам станций предъявляются специальные требования. Адрес должен иметь формат, позволяющий вести его обработку автома­тически, и должен нести информацию о своем владельце. С этой целью для каждого компьютера устанавливаются два адреса:циф­ровой IP -адрес идоменный адрес . Первый из них более понятен компьютеру, второй - человеку. Оба эти адреса являются равноправными.

Для упрощения связи абонентов сети все ее адресное пространство разбито на отдельные области – домены , которые в систе­ме адресов Internet представлены геогра­фическими регионами и имеют имя, состоящее из двух букв. Существуют домены, разделенные по тематическим признакам, имеющие трехбуквенное сокращенное название. Компьютерное имя включает как минимум два уровня доме­нов, которые отделяются друг от друга точкой. Справа указывается домен верхнего уровня, слева - поддомены общего домена.

Для обработки пути поиска в доменах имеются специальные серверы имен .

Использование технологий Интернета необязательно реализуется в рамках всемирной информационной сети. Технологии, применяемые в глобальной сети, пригодны и для создания мощ­ных корпоративных информационных систем и систем обеспече­ния коллективной работы (IntraNet ).

Компоненты (протоколы, программы, компьютеры-серверы), собранные вместе для обеспечения одной из услуг Internet , называются сервисами (услугами, службами) сети. Одним из важнейших сервисов является электронная почта . Локальные системы электронной почты характеризуются сек­ретностью, низкой стоимостью и высокой функциональностью. Существуют два основных вида локальных систем: централизо­ ванные системы и системы на основе локальных сетей . Существует множество программных пакетов электронной по­чты. К ним относятся Microsoft Outlook Express , Microsoft Mail , Novell Group Wise и другие. Возможности электронной почты могут быть использованы в Internet . При этом используется система адресов, базирующа­яся на доменном адресе компьютера, подключенного к Internet .

Дополнительную информацию по теме можно получить в .