Шпоры по курсу Системы и сети передачи информации - файл n1.doc

Шпоры по курсу Системы и сети передачи информации
Скачать все файлы (611.5 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.doc612kb.04.02.2014 12:25скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7

1.Эволюция вычислительных систем и история развития компьютерных сетей.

История развития сетей

В 50-х годах, когда ЭВМ получили широкое распространение, они имели большие габаритные размеры, большую стоимость, и были доступны лишь крупным организациям. ЭВМ состояли из: центрального обрабатывающего устройства (центрального процессора или ЦП); оперативной памяти относительно небольшого обьема (оперативного запоминающего устройства - ОЗУ); вторичной памяти, такой как устройства для работы с магнитной лентой, магнитным барабаном или диском; устройств вывода информации таких, как карточный перфоратор, печатающее устройство; устройств ввода информации таких, как консоль оператора, устройство чтения перфокарт. Передача информации между ЭВМ осуществлялась с помощью физической

транспортировки таких носителей информации, как колоды перфокарт, пакеты магнитных дисков, бобины магнитных лент. Подготовленный на одной ЭВМ носитель пересылался на другую ЭВМ, где и выполнялось считывание сохраненной информации. При этом из-за того, что организации все в большей мере становились зависимыми от высоко-производительной обработки информации с помощью ЭВМ, возникала проблема ограниченности доступа к ЭВМ.

В результате совершенствования компьютерной технологии возникли улучшенные операционные системы, позволяющие нескольким пользователям разделять мощность ЦП, используя различные терминалы. Пользователи могли интерактивно получать доступ к сохраняемым данным, одновременно исполняя свои программы на одной и той же ЭВМ. Для получения твердой копии результатов работы можно было использовать отдельное устройство вывода информации. Развитие технологии позволило также подключать терминалы к ЭВМ по коммутируемым телефонным сетям или по выделенным линиям. При этом увеличилось число подключаемых терминалов и их удаление от ЦП. Каждый процессор должен был тратить часть своего времени для обслуживания соединения с терминалом, что приводило к неэффективному использованию процессорного времени. Решение проблемы заключалось в разработке процессоров переднего фронта (ППФ), которые, решая связные задачи, разгружали ЦП. Кроме этого, разработка кластерных контроллеров позволяла разделять единственную линию (обычно телефонную) между подсоединенными к ним терминалами.

В результате вычислительные ресурсы стали доступными предприятиям, которые не могли себе позволить приобретение и обслуживание своих собственных ЭВМ. В некоторых случаях предоставление вычислительных услуг приобрело индустриальный размах. Простые правила (протоколы) для подключения таких гомогенных систем реализовывались в аппаратуре. Однако при этом не велась какая-либо стандартизация, обеспечивающая возможность совместного использования систем различных производителей. В результате этого организации попали в сильную зависимость от производителей своих систем в вопросах их развития и поддержки.

В результате развития технологии производства интегральных микросхем (ИС) сократились габариты вычислительных систем, возросла их вычислительная мощность, снизилась стоимость, усилилась их специализация. Организации приобретали специализированные вычислительные системы для обеспечения собственных нужд (зачастую системы различных производителей). Так, для групп маркетинга и сбыта покупались системы, адаптированные для решения соответствующих задач, оснащенные базами данных, содержащими информацию о покупателях. Инженерные группы оснащались инструментальным программным обеспечением и соответствующей аппаратурой. Бухгалтерские группы приобретали базы данных для бухгалтерского учета и т.д.. Однако все эти различные системы были подобны автоматизированным островкам, которые не имели какой-либо связи и возможностей для простого обмена данными. Такая ситуация не позволяла совершенствовать, интегрировать управление в рамках организации.

Ситуация, подобная описанной, сложилась и в области учрежденческой

деятельности. Здесь также был необходим обмен информацией. Для того, чтобы обеспечить взаимосвязь между островками автоматизации, различные организации независимо друг от друга стали создавать сети ЭВМ. Например, фирма DIGITAL разработала архитектуру DECnet, фирма IBM - SNA.

Ранние сети ЭВМ обеспечивали взаимосвязанность лишь в пределах относительно гомогенных (т.е. однородных) сфер оборудования основного производителя и его подрядчиков. Проблема широкомасштабного взаимодействия оставалась неразрешенной. По-прежнему ЭВМ различных производителей не могли взаимодействовать.

Поддержка в развитии протоколов и оборудования, в которых были бы заложены действительные возможности для организации широкомасштабного взаимодействия вычислительных систем различных производителей, была получена от правительства. В сообщении центрального статистического управления (GAO - General Accounting Office) в конце 60-х годов отмечалась неравномерность использования федеральных вычислительных мощностей: в то время, как одна часть была перегруженной, другая располагала большими незадействованными ресурсами. Все, что было нужно для решения этой проблемы - это создание сети, связывающей вычислительные мощности, и обеспечивающей обмен данными между ними.

2.Понятие топологии вычислительной сети. Топологии «шина», «звезда», «кольцо». Комбинированные топологии компьютерной сети.

Термин "топология", или "топология сети", характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топология — это стандартный термин, который используется профессионалами при описании основной к сети. Кроме термина "топология", для описания физической компоновки ют также следующие:

• физическое расположение;

• компоновка;

• диаграмма;

• карта.

Топология сети обуславливает ее характеристики. В частности, выбор иной топологии влияет:

• на состав необходимого сетевого оборудования;

• характеристики сетевого оборудования;

• возможности расширения сети;

• способ управления сетью.

Шина

Топологию "шина" часто называют "линейной шиной" (linear bus). Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все компьютеры сети (рис. 1.4).

В сети с топологией "шина" компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов. Чтобы понять процесс взаимодействия компьютеров по шине, необходимо определить следующие понятия:

• передача сигнала;

• отражение сигнала;

• терминатор.

искажений.

Звезда

При топологии "звезда" все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (hub) (рис. 1.6). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным. Эта топология возникла на заре вычислительной техники, когда компьютеры были подключены к центральному, главному, компьютеру.

В сетях с топологией "звезда" подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованны. Но есть и недостаток: так как все компьютеры подключены к центральной точке, для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля. К тому же, если центральный компонент выйдет из строя, нарушится работа всей сети. А если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры в сети это не повлияет.

Кольцо

При топологии "кольцо" компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключать терминатор. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии "шина", здесь каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.

Один из принципов передачи данных в кольцевой сети носит название передачи маркера. Суть его такова. Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передается до тех пор, пока его не получит тот, который "хочет" передать данные. Передающий компьютер изменяет маркер, помещает электронный адрес в данные и посылает их по кольцу. Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя, указанным в данных. После этого принимающий компьютер посылает передающему сообщение, где подтверждает факт приема данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть (рис. 1.7). На первый взгляд кажется, что передача маркера отнимает много времени, однако на самом деле маркер передвигается практически со скоростью света. В кольце диаметром 200 м маркер может циркулировать с частотой 10 000 оборотов в секунду.

Комбинированные топологии

В настоящее время часто используются топологии, которые комбинируют компоновку сети по принципу шины, звезды и кольца.

Звезда-шина

Звезда-шина (star-bus) — это комбинация топологий "шина" и "звезда". Чаще всего это выглядит так: несколько сетей с топологией "звезда" объединяются при помощи магистральной линейной шины (рис. 1.9). В этом случае выход из строя одного компьютера не оказывает никакого влияния на сеть — остальные компьютеры по-прежнему взаимодействуют друг с другом. А выход из строя концентратора повлечет за собой остановку подключенных к нему компьютеров и концентраторов.

Звезда-кольцо

Звезда-кольцо (star-ring) кажется несколько похожей на звезду-шину. И в той, и в другой топологии компьютеры подключены к концентратору, который фактически и формирует кольцо или шину. Отличие в том, что концентраторы в звезде-шине соединены магистральной линейной шиной, а в звезде-кольце на основе главного концентратора они образуют звезду (рис. 1.10).

3.Модель OSI и ее применение. Уровни модели OSI. Связь уровней модели OSI со стеком протоколов операционных систем семейства Windows.

Модель OSI

В 1978 году International Standards Organization (ISO) выпустила набор спецификаций, описывающих архитектуру сети с неоднородными устройствами. Исходный документ относился к открытым системам, чтобы все они могли использовать одинаковые протоколы и стандарты для обмена информацией.

В 1984 году ISO выпустила новую версию своей модели, названную эталонной моделью взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection reference model, OSI). Версия 1984 года стала международным стандартом: именно ее спецификации используют производители при разработке сетевых продуктов, именно ее придерживаются при построении сетей.

В модели OSI сетевые функции распределены между семью уровнями. Каждому уровню соответствуют различные сетевые операции, оборудование и протоколы. На рис. 4.1 представлена многоуровневая архитектура модели OSI. На каждом уровне выполняются определенные сетевые функции, которые взаимодействуют с функциями соседних уровней, вышележащего и нижележащего.

Взаимодействие уровней модели OSI

Задача каждого уровня — предоставление услуг вышележащему уровню, "маскируя" детали реализации этих услуг. При этом каждый уровень на одном компьютере работает так, будто он напрямую связан с таким же уровнем на другом компьютере. Эта логическая, или виртуальная, связь между одинаковыми уровнями показана на рисунке 4.2. Однако в действительности связь осуществляется между смежными уровнями одного компьютера — программное обеспечение, работающее на каждом уровне, реализует определенные сетевые функции в соответствии с набором протоколов.

Перед подачей в сеть данные разбиваются на пакеты. Пакет (packet) — это единица информации, передаваемая между устройствами сети как единое целое. Пакет проходит последовательно через все уровни программного обеспечения. На каждом уровне: не к пакету добавляется некоторая информация, форматирующая или адресная, которая необходима для успешной передачи данных по сети.

На принимающей стороне пакет проходит через все уровни в обратном порядке Программное обеспечение на каждом уровне читает информацию пакета, затем удаляет информацию, добавленную к пакету на этом же уровне отправляющей стороной, передает пакет следующему уровню. Когда пакет дойдет до прикладного уровня, вся адресная информация будет удалена и данные примут свой первоначальный вид.

Таким образом, за исключением самого нижнего уровня сетевой модели, никакой иной уровень не может непосредственно послать информацию соответствующему уровню другого компьютера. Информация на компьютере-отправителе должна пройти через все уровни. Затем она передается по сетевому кабелю на компьютер-получатель и опять проходит сквозь все слои, пока не достигнет того же уровня, с которого она была послана на компьютере-отправителе.

Взаимодействие смежных уровней осуществляется через интерфейс. Интерфейс определяет услуги, которые нижний уровень предоставляет верхнему, и способ доступа к ним. Поэтому каждому уровню одного компьютера "кажется", что он непосредственно взаимодействует с таким же уровнем другого компьютера.

Далее описывается каждый из семи уровней модели OSI и определяются услуги, которые они предоставляют смежным уровням.

Прикладной уровень

Уровень 7, прикладной (Application), — самый верхний уровень модели OSI. Он представляет собой окно для доступа прикладных процессов к сетевым услугам.

Представительский уровень

Уровень 6, представительский (Presentation), определяет формат, используемый для обмена данными между сетевыми компьютерами. Этот уровень можно назвать переводчиком.

Сеансовый уровень

Уровень 5, сеансовый (Session), позволяет двум приложениям на разных компьютерах устанавливать, использовать и завершать соединение, называемое сеансом. На этом уровне выполняются такие функции, как распознавание имен и защита, необходимые для связи двух приложений в сети.

Транспортный уровень

Транспортный уровень гарантирует доставку пакетов без ошибок, в той же последовательности, без потерь и дублирования.

Сетевой уровень

Уровень 3, сетевой (Network), отвечает за адресацию сообщений и перевод логических адресов и имен в физические адреса.

Канальный уровень

Уровень 2, канальный, осуществляет передачу кадров (frames) данных от сетевого уровня к физическому. Кадры — это логически организованная структура, в которую можно помещать данные.

Физический уровень

Уровень 1, физический, — самый нижний в модели OSI. Этот уровень осуществляет передачу неструктурированного, "сырого" потока битов по физической среде (например, по сетевому кабелю). Здесь реализуются электрический, оптический, механической и функциональный интерфейсы с кабелем.

4.Семейство стандартов IEEE 802.x.

В конце 70-х годов, когда ЛВС стали восприниматься в качестве потенциального инструмента для ведения бизнеса, IEEE пришел к выводу: необходимо определить для них стандарты. В результате был выпущен Project 802, названный в соответствии с годом и месяцем своего издания (1980 год, февраль).

В 1980 году в институте IEEE был организован комитет 802 по стандартизации локальных сетей, в результате работы которого было принято семейство стандартов IEEE 802-х, которые содержат рекомендации по проектированию нижних уровней локальных сетей. Позже результаты работы этого комитета легли в основу комплекса международных стандартов ISO 8802-1...5. Эти стандарты были созданы на основе очень распространенных фирменных стандартов сетей Ethernet, ArcNet и Token Ring.

Помимо IEEE в работе по стандартизации протоколов локальных сетей принимали участие и другие организации. Так, для сетей, работающих на оптоволокне, американским институтом по стандартизации ANSI был разработан стандарт FDDI, обеспечивающий скорость передачи данных 100 Мб/с. Работы по стандартизации протоколов ведутся также ассоциацией ЕСМА, которой приняты стандарты ЕСМА-80, 81, 82 для локальной сети типа Ethernet и впоследствии стандарты ЕСМА-89,90 по методу передачи маркера.

Стандарты семейства IEEE 802.X охватывают только два нижних уровня семи-уровневой модели OSI - физический и канальный. Это связано с тем, что именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей. Старшие же уровни, начиная с сетевого, в значительной степени имеют общие черты как для локальных, так и для глобальных сетей.

Специфика локальных сетей также нашла свое отражение в разделении канального уровня на два подуровня, которые часто называют также уровнями. Канальный уровень (Data Link Layer) делится в локальных сетях на два подуровня:

логической передачи данных (Logical Link Control, LLC);

управления доступом к среде (Media Access Control, MAC).

Уровень MAC появился из-за существования в локальных сетях разделяемой среды передачи данных. Именно этот уровень обеспечивает корректное совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом в распоряжение той или иной станции сети. Уровень LLC отвечает за передачу кадров данных между узлами с различной степенью надежности, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. Именно через уровень LLC сетевой протокол запрашивает у канального уровня нужную ему транспортную операцию с нужным качеством. На уровне LLC существует несколько режимов работы, отличающихся наличием или отсутствием на этом уровне процедур восстановления кадров в случае их потери или искажения, то есть отличающихся качеством транспортных услуг этого уровня.

Протоколы уровней MAC и LLC взаимно независимы - каждый протокол уровня MAC может применяться с любым протоколом уровня LLC, и наоборот.

Над канальным уровнем всех технологий изображен общий для них протокол LLC, поддерживающий несколько режимов работы, но независимый от выбора конкретной технологии. Стандарт LLC курирует подкомитет 802.2. Даже технологии, стандартизованные не в рамках комитета 802, ориентируются на использование протокола LLC, определенного стандартом 802.2, например протокол FDDI, стандартизованный ANSI.

Особняком стоят стандарты, разрабатываемые подкомитетом 802.1. Эти стандарты носят общий для всех технологий характер. В подкомитете 802.1 были разработаны общие определения локальных сетей и их свойств, определена связь трех уровней модели IEEE 802 с моделью OSI. Но наиболее практически важными являются стандарты 802.1, которые описывают взаимодействие между собой различных технологий, а также стандарты по построению более сложных сетей на основе базовых топологий. Эта группа стандартов носит общее название стандартов межсетевого взаимодействия (internetworking). Сюда входят такие важные стандарты, как стандарт 802. ID, описывающий логику работы моста/коммутатора, стандарт 802.1Н, определяющий работу транслирующего моста, который может без маршрутизатора объединять сети Ethernet и FDDI, Ethernet и Token Ring и т. п. Сегодня набор стандартов, разработанных подкомитетом 802.1, продолжает расти. Например, недавно он пополнился важным стандартом 802.1Q, определяющим способ построения виртуальных локальных сетей VLAN в сетях на основе коммутаторов.

Стандарты 802.3,802.4,802.5 и 802.12 описывают технологии локальных сетей, которые появились в результате улучшений фирменных технологий, легших в их основу. Так, основу стандарта 802.3 составила технология Ethernet, разработанная компаниями Digital, Intel и Xerox (или Ethernet DIX),

Сегодня комитет 802 включает следующий ряд подкомитетов, в который входят как уже упомянутые, так и некоторые другие:

802.1 - Internetworking - объединение сетей;

802.2 - Logical Link Control, LLC - управление логической передачей данных;

802.3 - Ethernet с методом доступа CSMA/CD;

802.4 - Token Bus LAN - локальные сети с методом доступа Token Bus;

802.5 - Token Ring LAN - локальные сети с методом доступа Token Ring;

802.6 - Metropolitan Area Network, MAN - сети мегаполисов;

802.7 - Broadband Technical Advisory Group - техническая консультационная группа по широкополосной передаче;

802,8 - Fiber Optic Technical Advisory Group - техническая консультационная группа по волоконно-оптическим сетям;

802.9 - Integrated Voice and data Networks - интегрированные сети передачи голоса и данных;

802.10 - Network Security - сетевая безопасность;

802.11 - Wireless Networks - беспроводные сети;

802.12 - Demand Priority Access LAN, l00VG-AnyLAN - локальные сети с методом доступа по требованию с приоритетами.

5.Сетевая архитектура Ethernet, ее основные характеристики. Формат кадра Ethernet.

Сетевая архитектура (network architecture) — это комбинация стандартов, топологий и протоколов, необходимых для создания работоспособной сети. Данное занятие, представляющее сетевую архитектуру Ethernet, является первым в серии занятий, посвященных сетевым архитектурам.

Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов этой технологии. В более узком смысле, Ethernet - это сетевой стандарт, основанный на технологиях экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году (еще до появления персонального компьютера). Метод доступа был опробован еще раньше: во второй половине 60-х годов в радиосети Гавайского университета использовались различные варианты случайного доступа к общей радиосреде, получившие общее название Aloha. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для сети, построенной на основе коаксиального кабеля. Поэтому стандарт Ethernet иногда называют стандартом DIX по заглавным буквам названий фирм.

Спецификация Ethernet выполняет те же функции, что физический и канальный уровни модели OSI. Эта разработка лежит в основе спецификации IEEE 802.3.

Уровень MAC появился из-за существования в локальных сетях разделяемой среды передачи данных. Именно этот уровень обеспечивает корректное совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом в распоряжение той или иной станции сети. После того как доступ к среде получен, ею может пользоваться более высокий уровень - уровень LLC, организующий передачу логических единиц данных, кадров информации, с различным уровнем качества транспортных услуг. В современных локальных сетях получили распространение несколько протоколов уровня MAC, реализующих различные алгоритмы доступа к разделяемой среде. Эти протоколы полностью определяют специфику таких технологий, как Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI, l00VG-AnyLAN.

Уровень LLC отвечает за передачу кадров данных между узлами с различной степенью надежности, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. Именно через уровень LLC сетевой протокол запрашивает у канального уровня нужную ему транспортную операцию с нужным качеством. На уровне LLC существует несколько режимов работы, отличающихся наличием или отсутствием на этом уровне процедур восстановления кадров в случае их потери или искажения, то есть отличающихся качеством транспортных услуг этого уровня.

Протоколы уровней MAC и LLC взаимно независимы - каждый протокол уровня MAC может применяться с любым протоколом уровня LLC, и наоборот.

Сеть Ethernet имеет следующие характеристики:

топология - линейная шина; звезда; звезда-шина;

тип передачи - узкополосная;

метод доступа - CSMA/CD;

спецификации - IEEE 802.3;

скорость передачи данных -10, 100, 1000 Мбит/с;

кабельная система - толстый и тонкий коаксиальный кабель, UTP, STP, оптоволоконный кабель.

Ethernet разбивает данные на пакеты (кадры), формат которых отличается от формата пакетов, используемого в других сетях. Кадры представляют собой блоки информации, передаваемые как единое целое. Кадр Ethernet может иметь длину от 64 до 1518 байтов, но сама структура кадра Ethernet использует, по крайней мере, 18 байтов, поэтому размер блока данных в Ethernet — от 46 до 1500 байтов. Каждый кадр содержит управляющую информацию и имеет общую с другими кадрами организацию.

Стандарт 802.3 определяет восемь полей кадра данных:

Поле преамбулы состоит из семи байтов синхронизирующих данных. Каждый байт содержит одну и ту же последовательность битов - 10101010. При манчестерском кодировании эта комбинация представляется в физической среде периодическим волновым сигналом. Преамбула используется для того, чтобы дать время и возможность схемам приемопередатчиков (transceiver) прийти в устойчивый синхронизм с принимаемыми тактовыми сигналами.

Начальный ограничитель кадра SFD (start frame delimiter) состоит из одного байта с набором битов 10101011. Появление этой комбинации является указанием на предстоящий прием кадра.

Адрес получателя - может быть длиной 2 или 6 байтов (MAC-адрес получателя). Первый бит адреса получателя - это признак того, является адрес индивидуальным или групповым: если 0, то адрес указывает на определенную станцию, если 1, то это групповой адрес нескольких (возможно всех) станций сети. При широковещательной адресации все биты поля адреса устанавливаются в 1. Общепринятым является использование 6-байтовых адресов.

Адрес отправителя - 2-х или 6-ти байтовое поле, содержащее адрес станции отправителя. Первый бит - всегда имеет значение 0.

Двухбайтовое поле длины определяет длину поля данных в кадре.

Поле данных может содержать от 0 до 1500 байт. Но если длина поля меньше 46 байт, то используется следующее поле - поле заполнения, чтобы дополнить кадр до минимально допустимой длины.

Поле заполнения состоит из такого количества байтов заполнителей, которое обеспечивает определенную минимальную длину поля данных (46 байт). Это обеспечивает корректную работу механизма обнаружения коллизий. Если длина поля данных достаточна, то поле заполнения в кадре не появляется.

Поле контрольной суммы - 4 байта, содержащие значение, которое вычисляется по определенному алгоритму (полиному CRC-32). После получения кадра рабочая станция выполняет собственное вычисление контрольной суммы для этого кадра, сравнивает полученное значение со значением поля контрольной суммы и, таким образом, определяет, не искажен ли полученный кадр.

Поле EFD (end frame delimiter) задает конец кадра битовой последовательностью 10101011.
  1   2   3   4   5   6   7
Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации