Для современных вычислительных сетей что характерно

Томский межвузовский центр дистанционного образования

Компьютерной вычислительной сетью называют совокупность взаимосвязанных через каналы передачи компьютеров, обеспечивающих пользователя средствами обмена информацией и коллективного использования ресурсов сети.

В на­стоящее время вычислительные сети представляют собой высшую организационную форму применения ЭВМ.

Для современных вычислительных сетей характерно:

объединение многих достаточно удаленных друг от друга ЭВМ и (или) отдельных вычислительных систем в единую распределенную систему обработки данных;

применение средств приема-передачи данных и каналов связи для организации обмена информацией в процессе взаимодействия средств ВТ;

наличие широкого спектра периферийного оборудования, используемого в виде абонентских пунктов и терминалов пользователей, подключаемых к узлам сети передачи данных;

использование унифицированных способов сопряжения технических средств и каналов связи, облегчающих процедуру наращивания и замену оборудования;

наличие операционной системы, обеспечивающей надежное и эффективное применение технических и программных средств в процессе решения задач пользователей вычислительной сети.

Особенностью эксплуатации вычислительных сетей является не только, приближение аппаратных средств непосредственно к местам возникновения и использования данных, но и разделение функций обработки и управления на отдельные составляющие с целью их эф­фективного распределения между несколькими ЭВМ, а также обес­печение надежного и быстрого доступа пользователей к вычисли­тельным и информационным ресурсам и организация коллективного использования этих ресурсов.

Вычислительные сети позволяют автоматизировать управление производством, транспортом, материально-техническим снабжением в масштабе отдельных регионов и страны в целом.

Возможность концентрации в вычислительных сетях больших объемов данных, общедоступность этих данных, а также программ­ных и аппаратных средств обработки и высокая надежность их функ­ционирования — все это позволяет улучшить информационное об­служивание пользователей и резко повысить эффективность приме­нения ВТ.

В условиях вычислительной сети предусмотрена возможность:

организовать параллельную обработку данных многими ЭВМ;

создавать распределенные базы данных, размещаемые в памяти различных ЭВМ;

специализировать отдельные ЭВМ (группы ЭВМ) для эффектив­ного решения определенных классов задач;

автоматизировать обмен информацией и программами между от­дельными ЭВМ и пользователями сети;

резервировать вычислительные мощности и средства передачи данных на случай выхода из строя отдельных из них с целью быстро­го восстановления нормальной работы сети;

перераспределять вычислительные мощности между пользовате­лями сети в зависимости от изменения их потребностей и сложности решаемых задач;

стабилизировать и повышать уровень загрузки ЭВМ и дорого­стоящего периферийного оборудования;

сочетать работу в широком диапазоне режимов: диалоговом, па­кетном, режимах «запрос-ответ», а также сбора, передачи и обмена информацией.

Метод CSMA/CD

Множественный доступ с контролем несущей и об­наружением коллизий (CSMA/CD, Carrier—Sense Multiple Access with Collision Detection) — метод доступа, используемый в топологиях «шина» и «звезда». При таком доступе все компьютеры в сети — и клиенты, и серверы — «прослушивают» кабель, стремясь обнаружить передаваемые данные (т.е. трафик).(рис.1)

Компьютер «понимает», что кабель свободен (т.е. трафик отсутствует).

Компьютер может начать передачу данных.

Пока кабель не освободится (в течение передачи данных), ни один из сетевых компь­ютеров не может вести передачу.

Рис.1. Компьютер может начать передачу лишь в том случае, когда кабель свободен

Если два (или более) компьютера попытаются вести пере­дачу данных одновременно, это приведет к коллизии. Тогда эти компьютеры приоста­навливают передачу на случайный интервал времени, а затем вновь стараются «нала­дить» связь.

Компью­теры «прослушивают» кабель, отсюда — контроль несущей. Чаще всего сразу несколько компьютеров в сети «хотят» передать данные, отсюда — множественный доступ. Передавая данные, компьютеры «прослушивают» кабель, чтобы, обнаружив коллизии, некоторое время переждать, а затем возобновить передачу, отсюда — обна­ружение коллизий.

В то же время способность обнаружить коллизии — причина, которая ограничи­вает область действия самого CSMA/CD. Из-за ослабления сигнала при расстояниях свыше 2500 м (1,5 мили) механизм обнаружения коллизий не эффективен. Если рас­стояние до передающего компьютера превышает это ограничение, некоторые компь­ютеры могут не «услышать» его и начнут передачу данных, что приведет к коллизии и разрушению пакетов данных.

CSMA/CD известен как состязательный метод, поскольку сетевые компьютеры «со­стязаются» (конкурируют) между собой за право передавать данные. Он кажется дос­таточно громоздким, но современные реализации CSMA/CD настолько быстры, что пользователи даже не задумываются над тем, что применяют состязательный метод доступа.

Чем больше компьютеров в сети, тем интенсивнее сетевой трафик. При интенсивном трафике число коллизий возрастает, а это приводит к замедлению сети (уменьшению ее пропускной способности). Поэтому в некоторых ситуациях метод CSMA/CD может оказаться недостаточно быстрым.

После каждой коллизии обоим компьютерам приходится возобновлять передачу. Если сеть очень загружена, повторные попытки опять могут привести к коллизиям, но уже с другими компьютерами. Теперь уже четыре компьютера (два — от первой не­удачной попытки и два — от второй неудачной попытки первых) будут возобновлять передачу. Результат может оказаться тем же, что и в предыдущем случае, только по­страдавших компьютеров станет еще больше. Такое лавинообразное нарастание по­вторных передач может парализовать работу всей сети.

Вероятность возникновения подобной ситуации зависит от числа пользователей, пытающихся получить доступ к сети, и приложений, с которыми они работают. Базы данных, например, сеть используют интенсивнее, чем текстовые процессоры.

Сеть с методом доступа CSMA/CD, обслуживающая многих пользователей, кото­рые работают с несколькими системами управления базами данных (критическое чис­ло пользователей зависит от аппаратных компонентов, кабельной системы и сетевого программного обеспечения), может практически «зависнуть» из-за чрезмерного сете­вого трафика.

Сетевой, транспортный и сеансный уровни базовой модели открытых систем – основное назначение

В модели OSI сетевые функции распределены между семью уровнями. Каждому уровню соответствуют различные сетевые операции, оборудование и протоколы. (рис.2)

Рис. 2. Семь уровней модели OSI

По заданию рассмотрим сетевой, транспортный и сеансовый уровни.

Сетевой уровень

Уровень 3, Сетевой (Network), отвечает за адресацию сообщений и перевод логических адресов и имен в физические адреса. Одним словом, исходя из конкретных сетевых условий, приоритета услуги и других факторов здесь определяется маршрут от компь­ютера-отправителя к компьютеру-получателю. На этом уровне решаются также такие задачи и проблемы, связанные с сетевым трафиком, как коммутация пакетов, марш­рутизация и перегрузки.

Если сетевой адаптер маршрутизатора не может передавать большие блоки дан­ных, посланные компьютером-отправителем, на Сетевом уровне эти блоки разбива­ются на меньшие. А Сетевой уровень компьютера-получателя собирает эти данные в исходное состояние.

Транспортный уровень

Уровень 4, Транспортный (Transport), обеспечивает дополнительный уровень соеди­нения — ниже Сеансового уровня. Транспортный уровень гарантирует доставку паке­тов без ошибок, в той же последовательности, без потерь и дублирования. На этом уровне сообщения переупаковываются: длинные разбиваются на несколько пакетов, а короткие объединяются в один. Это увеличивает эффективность передачи пакетов по сети. На Транспортном уровне компьютера-получателя сообщения распаковываются, восстанавливаются в первоначальном виде, и обычно посылается сигнал подтвержде­ния приема.

Транспортный уровень управляет потоком, проверяет ошибки и участвует в реше­нии проблем, связанных с отправкой и получением пакетов.

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.

Сеансовый уровень обеспечивает синхронизацию между пользовательскими зада­чами посредством расстановки в потоке данных контрольных точек (chekpoints). Та­ким образом, в случае сетевой ошибки, потребуется заново передать только данные, следующие за последней контрольной точкой. На этом уровне выполняется управле­ние диалогом между взаимодействующими процессами, т.е. регулируется, какая из сторон осуществляет передачу, когда, как долго и т.д.

Что такое активный монитор

В сетевой кольцевой топологии не выполняется широковещательная передача данных по сети. Они передаются от узла к узлу, поэтому большое значение имеет синхронизация процессов, гарантирующая, что пересы­лаемые по сети кадры принимаются должным образом. Важно также, чтобы и маркер обеспечивал такую синхронизацию. Из-за важности мар­керов для поддержания порядка в сети, построенной по логической кольцевой топологи, один компьютер специально выделяется для управ­ления маркером. Этот компьютер, называемый активным монитором, определяет потерю маркеров, отслеживает передачу кадров и создает новый маркер, если это необходимо. Активный монитор также генерирует импульсы сигналов времени в сети, синхронизирующие все остальные узлы сети.

Наиболее популярные утилиты, использующие TCP/IP. Какой именно протокол этого стека они используют.

Поддержка протоколов TCP/IP включена практически во все операционные системы с сетевыми возможностями, и в большинстве случаев в стек TCP/IP входит набор утилит, позволяющих получать информацию о различ­ных протоколах и о сети в целом. По традиции эти утилиты запуска­ются из командной строки, хотя для некоторых из них созданы и ва­рианты с графическим интерфейсом. Часто в разных операционных системах про­граммы TCP/IP имеют один и тот же синтаксис.

Рассмотрим назначение основных утилит TCP/IP.

Ping — основная утилита TCP/IP, включенная практически во все реализации: ping — в UNIX, PING.EXE — в Microsoft Windows. В NetWare есть ее серверная версия PING.NLM. Суть действия Ping — проверка работы стека TCP/IP на другой системе. С помощью прото­кола ICMP (Internet Control Message Protocol) программа Ping гене­рирует серию сообщений Echo Request и отправляет их компьютеру, имя или IP-адрес которого указывается в командной строке. В про­стейшем варианте вызов Ping выглядит так:

ping <целевая система>

Здесь <целевая система > — это IP-адрес или имя компьютера в сети. В команде Ping можно применять имена как DNS, так и Net­BIOS. Перед отправкой сообщения Echo Request программа преобра­зует имя в IP-адрес и выводит этот адрес на экран. В большинстве реализаций Ping предусмотрены также переключатели, позволяющие задавать параметры ее работы, например, количество и объем пере­даваемых сообщений Echo Request.

Утилита Traceroute похожа на программу Ping, отображающую путь, по которому пакеты добираются до места назначения. Traceroute отображает список маршрутизаторов, которые в настоящий момент пе­ресылают пакеты по направлению к целевой системе (в силу самой природы IP-маршрутизации пути эти от минуты к минуте меняются). В UNIX она называется traceroute, в Windows — Tracert.exe, а в NetWare — Iptrace.nlm.

Как и Ping, Traceroute пользуется сообщениями ICMP Echo Re­quest и Echo Reply, но при этом изменяет значение поля TTL в заго­ловке IP. Поле TTL нужно для того, чтобы пакеты в странствованиях по сети не зацикливались и не путешествовали по ней вечно. Компьютер, отправляющий пакет, обычно записывает в поле TTL довольно большое число (в Windows оно по умолчанию равно 128). Каждый маршрутизатор, которому приходится обрабатывать пакет, уменьшает величину TTL на единицу. Если значение на пути к цели достигает нуля, очередной маршрутизатор «выбрасывает» пакет и пе­редает отправителю сообщение ICMP об ошибке.

Утилита Traceroute — удобное средство для локализации проблем с коммуникациями в сети. Ping просто сообщает о наличии неис­правности, но не говорит, где именно она произошла. Невозможность установки контакта с удаленным компьютером может означать про­блему на рабочей станции, на удаленном компьютере или на любом маршрутизаторе между ними. Traceroute сообщит Вам, как далеко удалось уйти пакетам, прежде чем они столкнулись с какими-то трудностями.

Основы компьютерных сетей. Тема №1. Основные сетевые термины и сетевые модели

Всем привет. На днях возникла идея написать статьи про основы компьютерных сетей, разобрать работу самых важных протоколов и как строятся сети простым языком. Заинтересовавшихся приглашаю под кат.

Немного оффтопа: Приблизительно месяц назад сдал экзамен CCNA (на 980/1000 баллов) и осталось много материала за год моей подготовки и обучения. Учился я сначала в академии Cisco около 7 месяцев, а оставшееся время вел конспекты по всем темам, которые были мною изучены. Также консультировал многих ребят в области сетевых технологий и заметил, что многие наступают на одни и те же грабли, в виде пробелов по каким-то ключевым темам. На днях пару ребят попросили меня объяснить, что такое сети и как с ними работать. В связи с этим решил максимально подробно и простым языком описать самые ключевые и важные вещи. Статьи будут полезны новичкам, которые только встали на путь изучения. Но, возможно, и бывалые сисадмины подчеркнут из этого что-то полезное. Так как я буду идти по программе CCNA, это будет очень полезно тем людям, которые готовятся к сдаче. Можете держать статьи в виде шпаргалок и периодически их просматривать. Я во время обучения делал конспекты по книгам и периодически читал их, чтобы освежать знания.

Вообще хочу дать всем начинающим совет. Моей первой серьезной книгой, была книга Олиферов «Компьютерные сети». И мне было очень тяжело читать ее. Не скажу, что все было тяжело. Но моменты, где детально разбиралось, как работает MPLS или Ethernet операторского класса, вводило в ступор. Я читал одну главу по несколько часов и все равно многое оставалось загадкой. Если вы понимаете, что какие то термины никак не хотят лезть в голову, пропустите их и читайте дальше, но ни в коем случае не отбрасывайте книгу полностью. Это не роман или эпос, где важно читать по главам, чтобы понять сюжет. Пройдет время и то, что раньше было непонятным, в итоге станет ясно. Здесь прокачивается «книжный скилл». Каждая следующая книга, читается легче предыдущей книги. К примеру, после прочтения Олиферов «Компьютерные сети», читать Таненбаума «Компьютерные сети» легче в несколько раз и наоборот. Потому что новых понятий встречается меньше. Поэтому мой совет: не бойтесь читать книги. Ваши усилия в будущем принесут плоды. Заканчиваю разглагольствование и приступаю к написанию статьи.

P.S. Возможно, со временем список дополнится.

Итак, начнем с основных сетевых терминов.

Что такое сеть? Это совокупность устройств и систем, которые подключены друг к другу (логически или физически) и общающихся между собой. Сюда можно отнести сервера, компьютеры, телефоны, маршрутизаторы и так далее. Размер этой сети может достигать размера Интернета, а может состоять всего из двух устройств, соединенных между собой кабелем. Чтобы не было каши, разделим компоненты сети на группы:

1) Оконечные узлы: Устройства, которые передают и/или принимают какие-либо данные. Это могут быть компьютеры, телефоны, сервера, какие-то терминалы или тонкие клиенты, телевизоры.

2) Промежуточные устройства: Это устройства, которые соединяют оконечные узлы между собой. Сюда можно отнести коммутаторы, концентраторы, модемы, маршрутизаторы, точки доступа Wi-Fi.

3) Сетевые среды: Это те среды, в которых происходит непосредственная передача данных. Сюда относятся кабели, сетевые карточки, различного рода коннекторы, воздушная среда передачи. Если это медный кабель, то передача данных осуществляется при помощи электрических сигналов. У оптоволоконных кабелей, при помощи световых импульсов. Ну и у беспроводных устройств, при помощи радиоволн.

Посмотрим все это на картинке:

На данный момент надо просто понимать отличие. Детальные отличия будут разобраны позже.

Теперь, на мой взгляд, главный вопрос: Для чего мы используем сети? Ответов на этот вопрос много, но я освещу самые популярные, которые используются в повседневной жизни:

1) Приложения: При помощи приложений отправляем разные данные между устройствами, открываем доступ к общим ресурсам. Это могут быть как консольные приложения, так и приложения с графическим интерфейсом.

2) Сетевые ресурсы: Это сетевые принтеры, которыми, к примеру, пользуются в офисе или сетевые камеры, которые просматривает охрана, находясь в удаленной местности.

3) Хранилище: Используя сервер или рабочую станцию, подключенную к сети, создается хранилище доступное для других. Многие люди выкладывают туда свои файлы, видео, картинки и открывают общий доступ к ним для других пользователей. Пример, который на ходу приходит в голову, — это google диск, яндекс диск и тому подобные сервисы.

4) Резервное копирование: Часто, в крупных компаниях, используют центральный сервер, куда все компьютеры копируют важные файлы для резервной копии. Это нужно для последующего восстановления данных, если оригинал удалился или повредился. Методов копирования огромное количество: с предварительным сжатием, кодированием и так далее.

5) VoIP: Телефония, работающая по протоколу IP. Применяется она сейчас повсеместно, так как проще, дешевле традиционной телефонии и с каждым годом вытесняет ее.

Из всего списка, чаще всего многие работали именно с приложениями. Поэтому разберем их более подробно. Я старательно буду выбирать только те приложения, которые как-то связаны с сетью. Поэтому приложения типа калькулятора или блокнота, во внимание не беру.

1) Загрузчики. Это файловые менеджеры, работающие по протоколу FTP, TFTP. Банальный пример — это скачивание фильма, музыки, картинок с файлообменников или иных источников. К этой категории еще можно отнести резервное копирование, которое автоматически делает сервер каждую ночь. То есть это встроенные или сторонние программы и утилиты, которые выполняют копирование и скачивание. Данный вид приложений не требует прямого человеческого вмешательства. Достаточно указать место, куда сохранить и скачивание само начнется и закончится.

Скорость скачивания зависит от пропускной способности. Для данного типа приложений это не совсем критично. Если, например, файл будет скачиваться не минуту, а 10, то тут только вопрос времени, и на целостности файла это никак не скажется. Сложности могут возникнуть только когда нам надо за пару часов сделать резервную копию системы, а из-за плохого канала и, соответственно, низкой пропускной способности, это занимает несколько дней. Ниже приведены описания самых популярных протоколов данной группы:

FTP- это стандартный протокол передачи данных с установлением соединения. Работает по протоколу TCP (этот протокол в дальнейшем будет подробно рассмотрен). Стандартный номер порта 21. Чаще всего используется для загрузки сайта на веб-хостинг и выгрузки его. Самым популярным приложением, работающим по этому протоколу — это Filezilla. Вот так выглядит само приложение:

TFTP- это упрощенная версия протокола FTP, которая работает без установления соединения, по протоколу UDP. Применяется для загрузки образа бездисковыми рабочими станциями. Особенно широко используется устройствами Cisco для той же загрузки образа и резервных копий.

Интерактивные приложения. Приложения, позволяющие осуществить интерактивный обмен. Например, модель «человек-человек». Когда два человека, при помощи интерактивных приложений, общаются между собой или ведут общую работу. Сюда относится: ICQ, электронная почта, форум, на котором несколько экспертов помогают людям в решении вопросов. Или модель «человек-машина». Когда человек общается непосредственно с компьютером. Это может быть удаленная настройка базы, конфигурация сетевого устройства. Здесь, в отличие от загрузчиков, важно постоянное вмешательство человека. То есть, как минимум, один человек выступает инициатором. Пропускная способность уже более чувствительна к задержкам, чем приложения-загрузчики. Например, при удаленной конфигурации сетевого устройства, будет тяжело его настраивать, если отклик от команды будет в 30 секунд.

Приложения в реальном времени. Приложения, позволяющие передавать информацию в реальном времени. Как раз к этой группе относится IP-телефония, системы потокового вещания, видеоконференции. Самые чувствительные к задержкам и пропускной способности приложения. Представьте, что вы разговариваете по телефону и то, что вы говорите, собеседник услышит через 2 секунды и наоборот, вы от собеседника с таким же интервалом. Такое общение еще и приведет к тому, что голоса будут пропадать и разговор будет трудноразличимым, а в видеоконференция превратится в кашу. В среднем, задержка не должна превышать 300 мс. К данной категории можно отнести Skype, Lync, Viber (когда совершаем звонок).

Теперь поговорим о такой важной вещи, как топология. Она делится на 2 большие категории: физическая и логическая. Очень важно понимать их разницу. Итак, физическая топология — это как наша сеть выглядит. Где находятся узлы, какие сетевые промежуточные устройства используются и где они стоят, какие сетевые кабели используются, как они протянуты и в какой порт воткнуты. Логическая топология — это каким путем будут идти пакеты в нашей физической топологии. То есть физическая — это как мы расположили устройства, а логическая — это через какие устройства будут проходить пакеты.

Теперь посмотрим и разберем виды топологии:

1) Топология с общей шиной (англ. Bus Topology)

Одна из первых физических топологий. Суть состояла в том, что к одному длинному кабелю подсоединяли все устройства и организовывали локальную сеть. На концах кабеля требовались терминаторы. Как правило — это было сопротивление на 50 Ом, которое использовалось для того, чтобы сигнал не отражался в кабеле. Преимущество ее было только в простоте установки. С точки зрения работоспособности была крайне не устойчивой. Если где-то в кабеле происходил разрыв, то вся сеть оставалась парализованной, до замены кабеля.

2) Кольцевая топология (англ. Ring Topology)

В данной топологии каждое устройство подключается к 2-ум соседним. Создавая, таким образом, кольцо. Здесь логика такова, что с одного конца компьютер только принимает, а с другого только отправляет. То есть, получается передача по кольцу и следующий компьютер играет роль ретранслятора сигнала. За счет этого нужда в терминаторах отпала. Соответственно, если где-то кабель повреждался, кольцо размыкалось и сеть становилась не работоспособной. Для повышения отказоустойчивости, применяют двойное кольцо, то есть в каждое устройство приходит два кабеля, а не один. Соответственно, при отказе одного кабеля, остается работать резервный.

3) Топология звезда (англ. Star Topology)

Все устройства подключаются к центральному узлу, который уже является ретранслятором. В наше время данная модель используется в локальных сетях, когда к одному коммутатору подключаются несколько устройств, и он является посредником в передаче. Здесь отказоустойчивость значительно выше, чем в предыдущих двух. При обрыве, какого либо кабеля, выпадает из сети только одно устройство. Все остальные продолжают спокойно работать. Однако если откажет центральное звено, сеть станет неработоспособной.

4)Полносвязная топология (англ. Full-Mesh Topology)

Все устройства связаны напрямую друг с другом. То есть с каждого на каждый. Данная модель является, пожалуй, самой отказоустойчивой, так как не зависит от других. Но строить сети на такой модели сложно и дорого. Так как в сети, в которой минимум 1000 компьютеров, придется подключать 1000 кабелей на каждый компьютер.

5)Неполносвязная топология (англ. Partial-Mesh Topology)

Как правило, вариантов ее несколько. Она похожа по строению на полносвязную топологию. Однако соединение построено не с каждого на каждый, а через дополнительные узлы. То есть узел A, связан напрямую только с узлом B, а узел B связан и с узлом A, и с узлом C. Так вот, чтобы узлу A отправить сообщение узлу C, ему надо отправить сначала узлу B, а узел B в свою очередь отправит это сообщение узлу C. В принципе по этой топологии работают маршрутизаторы. Приведу пример из домашней сети. Когда вы из дома выходите в Интернет, у вас нет прямого кабеля до всех узлов, и вы отправляете данные своему провайдеру, а он уже знает куда эти данные нужно отправить.

6) Смешанная топология (англ. Hybrid Topology)

Самая популярная топология, которая объединила все топологии выше в себя. Представляет собой древовидную структуру, которая объединяет все топологии. Одна из самых отказоустойчивых топологий, так как если у двух площадок произойдет обрыв, то парализована будет связь только между ними, а все остальные объединенные площадки будут работать безотказно. На сегодняшний день, данная топология используется во всех средних и крупных компаниях.

И последнее, что осталось разобрать — это сетевые модели. На этапе зарождения компьютеров, у сетей не было единых стандартов. Каждый вендор использовал свои проприетарные решения, которые не работали с технологиями других вендоров. Конечно, оставлять так было нельзя и нужно было придумывать общее решение. Эту задачу взвалила на себя международная организация по стандартизации (ISO — International Organization for Standartization). Они изучали многие, применяемые на то время, модели и в результате придумали модель OSI, релиз которой состоялся в 1984 году. Проблема ее была только в том, что ее разрабатывали около 7 лет. Пока специалисты спорили, как ее лучше сделать, другие модели модернизировались и набирали обороты. В настоящее время модель OSI не используют. Она применяется только в качестве обучения сетям. Мое личное мнение, что модель OSI должен знать каждый уважающий себя админ как таблицу умножения. Хоть ее и не применяют в том виде, в каком она есть, принципы работы у всех моделей схожи с ней.

Состоит она из 7 уровней и каждый уровень выполняет определенную ему роль и задачи. Разберем, что делает каждый уровень снизу вверх:

1) Физический уровень (Physical Layer): определяет метод передачи данных, какая среда используется (передача электрических сигналов, световых импульсов или радиоэфир), уровень напряжения, метод кодирования двоичных сигналов.

2) Канальный уровень (Data Link Layer): он берет на себя задачу адресации в пределах локальной сети, обнаруживает ошибки, проверяет целостность данных. Если слышали про MAC-адреса и протокол «Ethernet», то они располагаются на этом уровне.

3) Сетевой уровень (Network Layer): этот уровень берет на себя объединения участков сети и выбор оптимального пути (т.е. маршрутизация). Каждое сетевое устройство должно иметь уникальный сетевой адрес в сети. Думаю, многие слышали про протоколы IPv4 и IPv6. Эти протоколы работают на данном уровне.

4) Транспортный уровень (Transport Layer): Этот уровень берет на себя функцию транспорта. К примеру, когда вы скачиваете файл с Интернета, файл в виде сегментов отправляется на Ваш компьютер. Также здесь вводятся понятия портов, которые нужны для указания назначения к конкретной службе. На этом уровне работают протоколы TCP (с установлением соединения) и UDP (без установления соединения).

5) Сеансовый уровень (Session Layer): Роль этого уровня в установлении, управлении и разрыве соединения между двумя хостами. К примеру, когда открываете страницу на веб-сервере, то Вы не единственный посетитель на нем. И вот для того, чтобы поддерживать сеансы со всеми пользователями, нужен сеансовый уровень.

6) Уровень представления (Presentation Layer): Он структурирует информацию в читабельный вид для прикладного уровня. Например, многие компьютеры используют таблицу кодировки ASCII для вывода текстовой информации или формат jpeg для вывода графического изображения.

7) Прикладной уровень (Application Layer): Наверное, это самый понятный для всех уровень. Как раз на этом уроне работают привычные для нас приложения — e-mail, браузеры по протоколу HTTP, FTP и остальное.

Самое главное помнить, что нельзя перескакивать с уровня на уровень (Например, с прикладного на канальный, или с физического на транспортный). Весь путь должен проходить строго с верхнего на нижний и с нижнего на верхний. Такие процессы получили название инкапсуляция (с верхнего на нижний) и деинкапсуляция (с нижнего на верхний). Также стоит упомянуть, что на каждом уровне передаваемая информация называется по-разному.

На прикладном, представления и сеансовым уровнях, передаваемая информация обозначается как PDU (Protocol Data Units). На русском еще называют блоки данных, хотя в моем круге их называют просто данные).

Информацию транспортного уровня называют сегментами. Хотя понятие сегменты, применимо только для протокола TCP. Для протокола UDP используется понятие — датаграмма. Но, как правило, на это различие закрывают глаза.
На сетевом уровне называют IP пакеты или просто пакеты.

И на канальном уровне — кадры. С одной стороны это все терминология и она не играет важной роли в том, как вы будете называть передаваемые данные, но для экзамена эти понятия лучше знать. Итак, приведу свой любимый пример, который помог мне, в мое время, разобраться с процессом инкапсуляции и деинкапусуляции:

1) Представим ситуацию, что вы сидите у себя дома за компьютером, а в соседней комнате у вас свой локальный веб-сервер. И вот вам понадобилось скачать файл с него. Вы набираете адрес страницы вашего сайта. Сейчас вы используете протокол HTTP, которые работает на прикладном уровне. Данные упаковываются и спускаются на уровень ниже.

2) Полученные данные прибегают на уровень представления. Здесь эти данные структурируются и приводятся в формат, который сможет быть прочитан на сервере. Запаковывается и спускается ниже.

3) На этом уровне создается сессия между компьютером и сервером.

4) Так как это веб сервер и требуется надежное установление соединения и контроль за принятыми данными, используется протокол TCP. Здесь мы указываем порт, на который будем стучаться и порт источника, чтобы сервер знал, куда отправлять ответ. Это нужно для того, чтобы сервер понял, что мы хотим попасть на веб-сервер (стандартно — это 80 порт), а не на почтовый сервер. Упаковываем и спускаем дальше.

5) Здесь мы должны указать, на какой адрес отправлять пакет. Соответственно, указываем адрес назначения (пусть адрес сервера будет 192.168.1.2) и адрес источника (адрес компьютера 192.168.1.1). Заворачиваем и спускаем дальше.

6) IP пакет спускается вниз и тут вступает в работу канальный уровень. Он добавляет физические адреса источника и назначения, о которых подробно будет расписано в последующей статье. Так как у нас компьютер и сервер в локальной среде, то адресом источника будет являться MAC-адрес компьютера, а адресом назначения MAC-адрес сервера (если бы компьютер и сервер находились в разных сетях, то адресация работала по-другому). Если на верхних уровнях каждый раз добавлялся заголовок, то здесь еще добавляется концевик, который указывает на конец кадра и готовность всех собранных данных к отправке.

7) И уже физический уровень конвертирует полученное в биты и при помощи электрических сигналов (если это витая пара), отправляет на сервер.

Процесс деинкапсуляции аналогичен, но с обратной последовательностью:

1) На физическом уровне принимаются электрические сигналы и конвертируются в понятную битовую последовательность для канального уровня.

2) На канальном уровне проверяется MAC-адрес назначения (ему ли это адресовано). Если да, то проверяется кадр на целостность и отсутствие ошибок, если все прекрасно и данные целы, он передает их вышестоящему уровню.

3) На сетевом уровне проверяется IP адрес назначения. И если он верен, данные поднимаются выше. Не стоит сейчас вдаваться в подробности, почему у нас адресация на канальном и сетевом уровне. Это тема требует особого внимания, и я подробно объясню их различие позже. Главное сейчас понять, как данные упаковываются и распаковываются.

4) На транспортном уровне проверяется порт назначения (не адрес). И по номеру порта, выясняется какому приложению или сервису адресованы данные. У нас это веб-сервер и номер порта — 80.

5) На этом уровне происходит установление сеанса между компьютером и сервером.

6) Уровень представления видит, как все должно быть структурировано и приводит информацию в читабельный вид.

7) И на этом уровне приложения или сервисы понимают, что надо выполнить.

Много было написано про модель OSI. Хотя я постарался быть максимально краток и осветить самое важное. На самом деле про эту модель в Интернете и в книгах написано очень много и подробно, но для новичков и готовящихся к CCNA, этого достаточно. Из вопросов на экзамене по данной модели может быть 2 вопроса. Это правильно расположить уровни и на каком уровне работает определенный протокол.

Как было написано выше, модель OSI в наше время не используется. Пока разрабатывалась эта модель, все большую популярность получал стек протоколов TCP/IP. Он был значительно проще и завоевал быструю популярность.
Вот так этот стек выглядит:

Как видно, он отличается от OSI и даже сменил название некоторых уровней. По сути, принцип у него тот же, что и у OSI. Но только три верхних уровня OSI: прикладной, представления и сеансовый объединены у TCP/IP в один, под названием прикладной. Сетевой уровень сменил название и называется — Интернет. Транспортный остался таким же и с тем же названием. А два нижних уровня OSI: канальный и физический объединены у TCP/IP в один с названием — уровень сетевого доступа. Стек TCP/IP в некоторых источниках обозначают еще как модель DoD (Department of Defence). Как говорит википедия, была разработана Министерством обороны США. Этот вопрос встретился мне на экзамене и до этого я про нее ничего не слышал. Соответственно вопрос: «Как называется сетевой уровень в модели DoD?», ввел меня в ступор. Поэтому знать это полезно.

Было еще несколько сетевых моделей, которые, какое то время держались. Это был стек протоколов IPX/SPX. Использовался с середины 80-х годов и продержался до конца 90-х, где его вытеснила TCP/IP. Был реализован компанией Novell и являлся модернизированной версией стека протоколов Xerox Network Services компании Xerox. Использовался в локальных сетях долгое время. Впервые IPX/SPX я увидел в игре «Казаки». При выборе сетевой игры, там предлагалось несколько стеков на выбор. И хоть выпуск этой игры был, где то в 2001 году, это говорило о том, что IPX/SPX еще встречался в локальных сетях.

Еще один стек, который стоит упомянуть — это AppleTalk. Как ясно из названия, был придуман компанией Apple. Создан был в том же году, в котором состоялся релиз модели OSI, то есть в 1984 году. Продержался он совсем недолго и Apple решила использовать вместо него TCP/IP.

Также хочу подчеркнуть одну важную вещь. Token Ring и FDDI — не сетевые модели! Token Ring — это протокол канального уровня, а FDDI это стандарт передачи данных, который как раз основывается на протоколе Token Ring. Это не самая важная информация, так как эти понятия сейчас не встретишь. Но главное помнить о том, что это не сетевые модели.

Вот и подошла к концу статья по первой теме. Хоть и поверхностно, но было рассмотрено много понятий. Самые ключевые будут разобраны подробнее в следующих статьях. Надеюсь теперь сети перестанут казаться чем то невозможным и страшным, а читать умные книги будет легче). Если я что-то забыл упомянуть, возникли дополнительные вопросы или у кого есть, что дополнить к этой статье, оставляйте комментарии, либо спрашивайте лично. Спасибо за прочтение. Буду готовить следующую тему.

Что такое компьютерные сети и какие основные задачи они выполняют?

Всем здравствуйте! Сегодня мы поговорим о таком понятии, как «компьютерные сети». Об этом мало кто задумывается, полагая, что понятие компьютерных сетей относится больше к каким-то производственным объектам, где несколько компьютеров соединены между собой. На самом деле это и так и не совсем так.

Под компьютерной сетью понимают совокупность всех компьютеров и периферийных устройств, которые соединены через каналы связи и обеспечивают пользователей средствами обмена информацией и коллективного использования ресурсов сети. А таких ресурсов выделяют три типа: аппаратные, программные и информационные.

Таким образом, основной задачей сети является обеспечение простого, удобного и надежного доступа к различным общесетевым ресурсам, а также организации совместного использования этих ресурсов разными пользователями, включая защиту от несанкционированного доступа.

Кроме того, компьютерная сеть обеспечивает передачу данных между пользователями, которая должна быть надежно защищена. Компьютерная сеть состоит из следующих компонентов:

• Сервер – это компьютеры, которые служат источниками различных ресурсов в сети.
• Локальные компьютеры пользователей, они определяются еще и как рабочие станции – это компьютеры, которые подключаются к сети. С их помощью пользователи получают доступ к ресурсам сети.
• Каналы связи – это линии, которые соединяют все компьютеры между собой, и серверы, и рабочие станции.

Кроме того, в состав компьютерных сетей могут входить и такие узлы, как принтеры, сканеры и пр. Находясь в общей сети, они позволяют пользоваться этими устройствами всех пользователей данной сети.

Что же касается каналов связи, то они могут быть кабельными – это и телефонные линии, и оптико-волоконные каналы, и сетевые кабели, или беспроводными – сотовая связь, спутниковая или Wi-Fi.

Сетевое взаимодействие компьютеров осуществляется на основе передачи различных запросов от одних компьютеров данной сети к другим, а так же включенным в эту сеть устройствам и получении в ответ доступа к тем или иным ресурсам сети.

Компьютеры, которые предоставляют доступ к сети, называются серверами, а те, которые получают этот доступ, т.е., пользуются услугами сервера – клиентские или рабочие станции.

Каждый компьютер, объединяясь в компьютерную сеть должен получать и передавать различные данные. Осуществляется это при помощи специальных устройств, которые называются сетевыми адаптерами или сетевыми платами. В обиходе их называют еще сетевой картой.

Эти карты могут быть как уже встроенные в материнскую плату компьютера, так и внешние, которые необходимо приобретать отдельно и ставить в специальный слот на этой самой материнской плате.

В компьютерных сетях используют два варианта серверов. Он может быть выделенным, когда под сервер выделяется специальный компьютер, который и осуществляет связь других машин. А есть сети, где все компьютеры выполняют роль одновременно и серверов и клиентских машин. Таким компьютерам предоставляются равные права в сети. Это, так называемая, одноранговая компьютерная сеть. Все компьютеры сети соединяются между собой при помощи каналов связи, которые и подключаются через сетевые адаптеры.

Самый распространенный на сегодня вид канала связи – это кабельный канал, т.е. соединение при помощи специальных сетевых кабелей. Они бывают коаксиальными, оптико-волоконными и витой парой.

При создании сетей используют два варианта. Самый простой – это объединение двух компьютеров. Здесь необходим только кабель, который связывает их, подсоединив через сетевые адаптеры. В самих компьютерах делаются специальные настройки, что бы они увидели друг друга.

Второй вариант более сложный – соединяет от трех и более компьютеров вместе. Здесь уже простого подсоединения кабеля не получится. Для этой цели используют специальные устройства – сетевой коммутатор («свитч») или же сетевой концентратор («хаб»).

Эти устройства являются своего рода разветвителями данных между компьютерами сети. Выделяют несколько типов компьютерных сетей.

Виды компьютерных сетей

Один из принципов выделения компьютерных сетей является степень территориальной распределенности. Здесь выделяют три типа:

• локальные сети (LAN —LocalAreaNetwork);
• региональные (или городские) сети (MAN — Metropolitan Area Network);
• глобальныесети(WAN — Wide Area Network).

В локальных сетях находятся компьютеры, которые размещены на небольшом удалении друг от друга. В частности – это компьютеры, находящиеся или в одном здании, даже в одной комнате, или в нескольких соседних зданиях. В основном, к локальным сетям относятся офисные сети. Эти сети отличает высокоскоростной канал передачи данных, который одинаков для всех компьютеров сети.

В региональные сети объединяются пользователи города, области или страны. Для передачи данных используются чаще всего такие каналы, как телефонные линии, ISDN и пр.

Глобальные сети подразумевают под собой объединение пользователей на разных расстояниях друг от друга, вплоть до разных континентов. Одним из характерных примеров такой сети является сеть интернет. Связь между пользователями может быть здесь самая разнообразная, в том числе и радиосвязь и спутники.

Ниже в таблице показаны различные типы компьютерных сетей и их характеристика.

Встречается еще и очень специфическая сеть – нательная компьютерная сеть (Body Area Network — BAN). Ее особенность заключается в том, что она объединяет компьютерные устройства, которые или надеваются пользователями, или имплантируются в организм.

Это такие, например, как умные часы, мониторы пульса и давления, умные кардиостимуляторы и пр. Пока, такие приборы еще мало распространены (речь не идет о медицинских), но в скором будущем будет за ними. По способу размещения сетей или схеме их размещения, т.е., топологии они представляют собой кольцевые, звезду, шину.

Можно выделить и еще много разных вариантов, по принципу где элементы сети будут находиться, как будет осуществляться связь между ними и многие другие. Вот такие особенности компьютерных и сетей и их функциональности существует. Успехов!

Компьютерные сети и их классификация

Компьютерными сетями называют совокупность компьютеров, которые объединены друг с другом каналами передачи данных и обработки информации. Каналы реализуют надежный и оперативный доступ пользователя ко всем информационным услугам или ресурсам сети.

Особенности компьютерных сетей используют для хранения и обработки информационных данных, предоставления удаленного доступа к ним и передачи данных пользователям с результатами обработки.

Преимущества использования компьютерных сетей:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

• общедоступность файлов;
• совместный доступ к устройствам ввода-вывода;
• простота использования;
• надежность через резервное копирование;
• безопасность посредством авторизации.

Назначение и классификация компьютерных сетей

По архитектуре

1. Локальные (Local Area Network — LAN). Частные, расположенные на ограниченной несколькими десятками метров территории здания/организации. Используются для совместного доступа к таким ресурсам, как принтер или сканер и обмена данными.
2. Региональные (Metropolitan Area Network — MAN). Сеть, ограниченная пределами города. Пример — кабельное телевидение. Региональные сети объединяют локальные.
3. Глобальные (Wide Area Network — WAN). Могут покрывать территорию страны или континента. Предназначены для организации связи между различными географическими областями как способа коммуникации в режиме реального времени, постоянного доступа к информационным ресурсам, электронной почте, обмен файлами в сети Интернет.

По масштабу администрирования

1. Офисные (сети отделов).
2. Учрежденческие (сети кампусов).
3. Корпоративные.
4. Сети общего доступа (Интернет).

По уровню однородности

1. Одноранговые. Равноправные компьютерные сети, которые функционируют как самостоятельные рабочие станции, отвечают на запросы в качестве сервера или отправляют запросы в качестве клиента другим компьютерам. Одноранговые сети просты в использовании и экономичны, но эффективность и безопасность информации зависит от каждого компьютера, способного внепланово отключиться от сети.
2. Иерархические. Один или несколько мощных компьютеров назначаются серверами, которые обеспечивают управление сетями и хранят информацию. Остальные компьютеры — клиенты. При таком виде разделения отключение рабочих станций не влияет на функционирование сети, а также достигается высокий уровень защиты информации.

По скорости передачи данных

1. Низкоскоростные. Не более 10 Мбит/с.
2. Среднескоростные. Не более 100 Мбит/с.
3. Высокоскоростные. Более 100 Мбит/с.

По типу передающей среды

1. Проводная. Передача сигнала происходит по кабелю в конкретном направлении пути.
2. Беспроводная. Передача сигналов происходит на расстоянии при помощи радиоволнового, микроволнового, инфракрасного излучения.

По топологии сети

Топология сети — это физическая или электрическая конфигурация кабелей и соединений сети.