Назначение и классификация компьютерных сетей

Компьютерные сети

Назначение и классификация компьютерных сетей

Современные информационные технологии нуждаются во все более совершенных средствах обработки информации. Поэтому по­требности в таких средствах постоянно растут. Объединение компь­ютеров и средств коммуникации оказало существенное влияние на принципы организации компьютерных систем. Модель, в которой один компьютер выполнял всю необходимую работу по обработке данных, уступила место модели, представляющей собой большое ко­личество отдельных, но связанных между собой компьютеров. Такие системы называются компьютерными сетями. Два или более компь­ютера называются связанными между собой, если они могут обмени­ваться информацией.

Для каких же целей используются компьютерные сети?

· Первая цель − предоставление доступак программам, оборудованию и особенно данным для любого пользователя сети. Это называется совместным использованием ресурсов.

· Вторая цель — обеспечение высокой надежности при помощи альтернативных источников информации. Например, все файлы могут быть расположены на двух или трех машинах одновремен­но, так что, если одна из них недоступна по какой-либо причи­не, то используются другие копии. Возможность продолжат ра­боту, несмотря на аппаратные проблемы, имеет большое
значение для военных и банковских задач, воздушного транспор­та, безопасности ядерного реактора и т.п.

· Третья цель — экономия средств. Небольшие компьютеры обладают значительно лучшим соотношением цена−производитель­ность, нежели большие. Это обстоятельство заставляет разработчиков создавать системы на основе модели клиент-сервер. Обмен информацией в модели клиент-сервер обычно принимает фор­му запроса серверу на выполнение каких-либо действий. Сервер выполняет работу и отсылает ответ клиенту. Обычно в сети ко­личество клиентов значительно больше числа используемых ими серверов.

· Четвертая цель — масштабируемость, т.е. способность увели­чивать производительность системы по мере роста нагрузки. В случае модели клиент-сервер новые клиенты и новые серверы могут добавляться по мере необходимости.

· Пятая цель — ускорение передачи информации. Компьютерная сеть является мощным средством связи между удаленными друг от друга пользователями. Если один из них изменяет документ,
находящийся на сервере, в режиме on-line, остальные могут не­медленно увидеть эти изменения.

Имеется два важнейших параметра классификации сетей: техно­логия передачи и размеры.

Существуют два типа технологии передачи:

· широковещательные сети;

· сети с передачей от узла к узлу.

Широковещательныесети обладают единым каналом связи, со­вместно используемым всеми машинами сети. Короткие сообщения, называемые пакетами, посылаемые одной машиной, принимаются всеми машинами. Поле адреса в пакете указывает, кому направляет­ся сообщение. При получении пакета машина проверяет его адрес­ное поле. Если пакет адресован этой машине, она обрабатывает па­кет. Пакеты, адресованные другим машинам, игнорируются.

Сети с передачей от узла к узлусостоят из большого количества соединенных пар машин. В такой сети пакету необходимо пройти через ряд промежуточных машин, чтобы добраться до пункта назна­чения. Часто при этом существует несколько возможных путей от источника к получателю.

Обычно небольшие сети используют широковещательную пере­дачу, тогда как в крупных сетях применяется передача от узла к узлу.

Другим критерием классификации сетей является их размер. Сети можно разделить на:

· локальные,

· муниципальные,

· глобальные.

И, наконец, существуют объединения двух и более сетей. Хорошо из­вестным примером такого объединения является Internet. Размеры сетей являются важным классификационным фактором, поскольку в сетях различного размера применяется различная техника.

Локальными сетями(ЛВС — локальные вычислительные сети или LAN — Local Area Network) называют сети, размещающиеся, как пра­вило, в одном здании или на территории какой-либо организации размерами до нескольких километров. Их часто используют для пре­доставления совместного доступа компьютеров к ресурсам (напри­мер, принтерам) и обмена информацией. Локальные сети отличают­ся от других сетей тремя характеристиками: размерами, технологией передачи данных и топологией. Обычные ЛВС имеют пропускную способность канала связи от 10 до 100 Мбит/с, небольшую задержку − десятые доли мкс и очень мало ошибок.

Муниципальныеили региональные сети (MAN — Metropolitan AN) являются увеличенными версиями локальных сетей и обычно исполь­зуют схожие технологии. Такая сеть может объединять несколько предприятий корпорации или город. Муниципальная сеть может поддерживать передачу цифровых данных, звука и включать в себя кабельное телевидение. Обычно муниципальная сеть не содержит переключающих элементов для переадресации пакетов во внешние линии, что упрощает структуру сети.

Глобальные сети(WAN − Wide AN или ГВС) охватывают значительную территорию, часто целую страну или даже континент. Они объеди­няют множество машин, предназначенных для выполнения прило­жений. Эти машины называются хостами. Хосты соединяются коммуникационными подсетямиили просто подсетями. Задачей подсети является передача сообщений от хоста хосту, подобно тому, как теле­фонная система переносит слова говорящего слушающему. То есть коммуникативный аспект сети — подсеть отделен от прикладного ас­пекта − хостов, что значительно упрощает структуру сети.

Типы сетей

Сети подразделяются на два типа: одноранговыеи на основе сер­вера.

Между этими двумя типами сетей существуют принципиальные различия, которые определяют их разные возможности. Выбор типа сети зависит от многих факторов: размера предприятия и вида его деятельности, необходимого уровня безопасности, доступности административной поддержки, объема сетевого трафика, потребностей сетевых пользователей, финансовых возможностей.

В одноранговой сети все компьютеры равноправны. Каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер. Нет отдель­ного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Пользователи сами решают, какие ресурсы на своем компьютере сде­лать доступными в сети.

Одноранговые сети, как правило, объединяют не более 10 ком­пьютеров. Отсюда их другое название — рабочие группы. Одноранго­вые сети относительно просты, дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных компьютеров. Требования к производитель­ности и уровню защиты сетевого программного обеспечения (ПО) ниже, чем в сетях с выделенным сервером. Поддержка одноранговых сетей встроена во многие операционные системы (ОС), поэтому для организации одноранговой сети дополнительного ПО не требуется.

Если в сети более 10 компьютеров, то одноранговая сеть стано­вится недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей имеют другую конфигурацию − они работают на основе выделенного сервера. Выделенным сервером называется такой компьютер, кото­рый функционирует только как сервер и не используется в качестве клиента или рабочей станции. Он специально оптимизирован для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и обеспечивает за­щиту файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышлен­ным стандартом.

Основным аргументом при выборе сети на основе сервера явля­ется защита данных. Проблемами безопасности занимается один ад­министратор: он формирует единую политику безопасности и при­меняет ее в отношении каждого пользователя сети.

Сети на основе сервера, в отличие от одноранговых сетей, спо­собны поддерживать тысячи пользователей. При этом к характерис­тикам компьютеров и квалификации пользователей предъявляются более мягкие требования, чем в одноранговых сетях.

Топология сетей

Термин топология сетихарактеризует способ организации фи­зических связей компьютеров и других сетевых компонентов. Выбор той или иной топологии влияет на состав необходимого сетевого оборудования, возможности расширения сети и способ управление/ сетью. Топология — это стандартный термин. Все сети строятся на основе базовых топологий:

· шина,

· звезда,

· кольцо,

· ячеистая (полносвязная).

Сами по себе базовые топологии не сложны, однако на практике часто встре­чаются довольно сложные их комбинации.

Шина. Эту топологию часто называют линейной шиной. Она наиболее простая из всех топологий и весьма распространенная. В ней используется один кабель, называемый магистралью или сег­ментом, вдоль которого подключены все компьютеры.

С — сервер, К — компьютер, Т — терминатор

В сети с топологией шина данные в виде электрических сигна­лов передаются всем компьютерам сети, но принимает их тот, адрес которого совпадает с адресом получателя, зашифрованном в этих сигналах. Причем в каждый момент времени передачу может вести только один компьютер. Поэтому производительность такой сети зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть. На быстродействие сети также влияют:

· тип аппаратного обеспечения сетевых компьютеров;

· частота, с которой компьютеры передают данные;

· тип работающих сетевых приложений;

· тип сетевого кабеля;

· расстояние между компьютерами в сети.

Шина — пассивнаятопология: компьютеры только слушают пе­редаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому выход одного или нескольких компьютеров из строя никак не сказывается на работе сети.

Электрические сигналы распространяются по всему кабелю — от одного конца к другому. Сигналы, достигшие концов кабеля, отра­жаются от них. Возникает наложение сигналов, находящихся в раз­ных фазах, и, как следствие, их искажение и ослабление. Поэтому сигналы, достигшие конца кабеля, следует погасить. Для гашения сигналов на концах кабеля устанавливают терминаторы. При разрыве кабеля или отсутствии терминаторов функционирование сети прекра­щается. Сеть падает.

Звезда. При топологии звезда все компьютеры с помо­щью сегментов кабеля подключаются к центральному устройству, называемому концентратором(хаб, hub). Сигналы от передающего ком­пьютера поступают через концентратор ко всем остальным.

В настоящее время концентратор стал одним из стандартных компонентов сетей. В сетях с топологией звезда он, например, слу­жит центральным узлом. Концентраторы делятся на активные и пас­сивные. Активные концентраторы регенерируют и передают сигналы так же, как репитеры. Их называют многопортовыми повторителями. Обычно они имеют от 8 до 12 портов для подключения компьютеров. Актив­ные концентраторы следует подключать к электрической сети. К пас­сивным концентраторам относятся монтажные или коммутирующие панели. Они просто пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивные концентраторы не надо подключать к электрической сети.

Недостатки этой топологии: дополнительный расход кабеля, ус­тановка концентратора. Главное преимущество этой топологии пе­ред шиной — более высокая надежность. Выход из строя одного или нескольких компьютеров на работу сети не влияет. Любые неприят­ности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора приво­дит к падению сети. Кроме того, концентратор может играть роль интеллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные администра­тором передачи.

Кольцо. Компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо (рис. 7.3). 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(повторителя), усиливая сигналы и передавая их следующему ком­пьютеру. Поэтому выход из строя хотя бы одного компьютера при­водит к падению сети.

Способ передачи данных по кольцу называется передачей марке­ра. Маркер (token) — это специальная последовательность бит, пере­дающаяся по сети. В каждой сети существует только один маркер. Маркер передается по кольцу последовательно от одного компьюте­ра к другому до тех пор, пока его не захватит тот компьютер, кото­рый хочет передать данные. Передающий компьютер добавляет к маркеру данные и адрес получателя, и отправляет его дальше по коль­цу. Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя. Затем принимающий компьютер посылает передающему сообщение, в котором подтверж­дает факт приема. Получив подтверждение, передающий компьютер восстанавливает маркер и возвращает его в сеть. Скорость движения маркера сопоставима со скоростью света. Так, в кольце диаметром 200 м маркер может циркулировать с частотой 477 376 об/с.

Ячеистая (полносвязная) топология. Сеть с ячеистой топологией обладает вы­сокой избыточностью и надежностью, так как каждый компьютер в такой сети соединен с каждым другим отдельным кабелем

Сигнал от компьютера-отправителя до компьютера-получателя может проходить по разным маршрутам, поэтому разрыв кабеля не сказывается на работоспособности сети. Основной недо­статок — большие затраты на прокладку кабеля, что компенсируется высокой надежностью и простотой обслуживания. Ячеистая тополо­гия применяется в комбинации с другими топологиями при постро­ении больших сетей.

Кроме базовых топологий существуют их комбинации — комби­нированные топологии. Чаще всего используются две комбинирован­ные топологии: звезда-шина и звезда-кольцо. Звезда-шина − не­сколько сетей с топологией звезда объединяются при помощи магистральной линейной шины (к концентратору подключены ком­пьютеры, а сами концентраторы соединены шиной). Выход из строя одного компьютера не сказывается на работе всей сети, а сбой в ра­боте концентратора влечет за собой отсоединение от сети только подключенных к нему компьютеров и концентраторов. Звезда-коль­цо — отличие состоит только в том, что концентраторы в звезде-шине соединяются магистральной линейной шиной, а в звезде-кольце кон­центраторы подсоединены к главному концентратору, внутри кото­рого физически реализовано кольцо.

СетеВые компоненты

СетеВые кабели

На сегодня подавляющая часть компьютерных сетей использует для соединения кабели. Это среда передачи сигналов между компь­ютерами.

В большинстве сетей применяются три основные группы кабелей:

· коаксиальный кабель;

· витая пара − неэкранированная и эк­ранированная;

· оптоволоконный кабель.

Коаксиальный кабель до недавнего времени был самым распро­страненным. Недорогой, легкий, гибкий, удобный, безопасный и простой в установке.

Существует два типа коаксиальных кабелей: тонкий и толстый. Тонкий − гибкий, диаметр 0,64 см (0,25"). Прост в применении и подходит практически для любого типа сети. Подключается непосредственно к плате сетевого адаптера. Передает сигнал на 185 м практически без затухания. Волновое сопротивление — 50 ом. Толстый − жесткий, диаметр 1,27 см (0,5"). Его иногда называ­ют стандартный Ethernet (первый кабель в популярной сетевой ар­хитектуре). Жила толще, затухание меньше. Передает сигнал без за­тухания на 500 м. Используют в качестве магистрали, соединяющей несколько небольших сетей. Волновое сопротивление − 75 ом.

Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применя­ется специальное устройство − трансивер (transceiver — приемопере­датчик). Он снабжен коннектором, который называется вампир или пронзающий ответвитесь. К сетевой плате трансивер подключается с помощью кабеля с разъемом. Для подключения тонкого коаксиаль­ного кабеля используются BNC-коннекторы.

Витая пара — это два перевитых изолированных медных прово­да. Несколько витых пар проводов часто помещают в одну защит­ную оболочку. Переплетение проводов позволяет избавиться от элек­трических помех, наводимых соседними проводами и другими внешними источниками, например двигателями, трансформаторами, мощными реле.

Неэкранированная витая пара (UTP) широко используется в ЛВС, максимальная длина 100 м. Экранированная витая пара (STP) помещена в медную оплетку. Кроме того, пары проводов обмотаны фольгой. Поэтому экранированная витая пара мень­ше подвержена влиянию электрических помех и может передавать сигналы с более высокой скоростью и на большие расстояния.

Преимущества витой пары − дешевизна, простота при подклю­чении. Недостатки − нельзя использовать при передаче данных на большие расстояния с высокой скоростью.

В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это надежный способ передачи, так как электрические сигналы при этом не передаются. Следовательно, оптоволоконный кабель нельзя вскрыть и перехватить данные.

Оптоволоконные линии предназначены для перемещения боль­ших объемов данных на очень высоких скоростях, так как сигнал в них практически не затухает и не искажается. Оптоволокно переда­ет сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон с отдельными коннекторами: одно − для передачи, дру­гое − для приема.

Скорость передачи данных в настоящее время составляет от 100 Мбит/с. Между тем, получает все большее распространение ско­рость 1 Гбит/с, теоретически — до 200 Гбит/с. Расстояние — многие километры. Кабель не подвержен электрическим помехам. Суще­ственным недостатком этой технологии является дороговизна и слож­ность в установке и подключении.

Типичная оптическая сеть состоит из лазерного передатчика света, мультиплексора/демультиплексора для объединения оптических сигналов с разными длинами волн, усилителей оптических сигналов, демультиплексоров и приемников, преобразующих оптический сиг­нал обратно в электрический. Все эти компоненты обычно собира­ются вручную.

Для передачи по кабелю кодированных сигналов используют две технологии — немодулированную и модулированную передачу.

Немодулированные системы передают данные в виде цифровых сигналов, которые представляют собой дискретные электрические или световые импульсы. При таком способе цифровой сигнал использует всю полосу пропускания кабеля (полоса пропускания — раз­ница между максимальной и минимальной частотой, которую мож­но передать по кабелю). Устройство в сетях с немодулированной передачей посылает данные в обоих направлениях. Для того, чтобы избежать затухания и искажения сигнала в немодулированных сис­темах, используют репитеры, которые усиливают и ретранслируют сигнал.

Модулированные системы передают данные в виде аналогового сигнала (электрического или светового), занимающего некоторую полосу частот. Если полосы пропускания достаточно, то один кабель могут одновременно использовать несколько систем (например, транслировать передачи кабельного телевидения и передавать дан­ные). Каждой передающей системе выделяется часть полосы пропус­кания. Для восстановления сигнала в модулированных системах ис­пользуют усилители. В модулированной системе устройства имеют раздельные тракты для приема и передачи сигнала, так как передача идет в одном направлении. Чтобы устройства могли и передавать, и принимать данные, используют разбиение полосы пропускания на два канала, которые работают с разными частотами для передачи и приема, или прокладку двух кабелей — для передачи и приема.

БеспроВодная среДа

Словосочетание беспроводная среда не означает полное отсутствие проводов в сети. Обычно беспроводные компоненты взаимодейству­ют с сетью, в которой в качестве среды передачи используется ка­бель. Такие сети называют гибридными.

Беспроводная среда обеспечивает временное подключение к существующей кабельной сети, гарантирует определенный уровень мобильности и снижает ограничения на протяженность сети. Применяется в служебных помещениях, где у сотрудников нет постоян­ного рабочего места, в изолированных помещениях и зданиях, в стро­ениях, где прокладка кабелей запрещена.

Существуют следующие типы беспроводных сетей: ЛВС, расши­ренные ЛВС и мобильные сети (переносные компьютеры). Основные различия между ними − параметры передачи. ЛВС и расширенные ЛВС используют передатчики и приемники той организации, в ко­торой функционирует сеть. Для переносных компьютеров средой передачи служат общедоступные сети (например, телефонная или Internet).

ЛВС выглядит и функционирует практически так же, как и ка­бельная, за исключением среды передачи. Беспроводный сетевой адаптер с трансивером установлен в каждом компьютере, и пользо­ватели работают так, будто их компьютеры соединены кабелем. Трансивер или точка доступа обеспечивает обмен сигналами между компьютерами с беспроводным подключением и кабельной сетью. Используются небольшие настенные трансиверы, которые устанав­ливают радиоконтакт с переносными устройствами.

Работа беспроводных ЛВС основана на четырех способах пере­дачи данных: инфракрасном излучении, лазере, радиопередаче в уз­ком диапазоне (одночастотной передаче), радиопередаче в рассеянном спектре.

Платы сетевого адаптера

Платы сетевого адаптера (СА) выступают в качестве физичес­кого интерфейса, или соединения, между компьютером и сетевым кабелем. Платы вставляются в слоты расширения материнской пла­ты всех сетевых компьютеров и серверов или интегрируются на ма­теринскую плату. Для обеспечения физического соединения между компьютером и сетью к разъему платы подключается сетевой кабель.

Плата СА выполняет:

· подготовку данных, поступающих от компьютера, к передаче по сетевому кабелю;

· передачу данных другому компьютеру;

· управление потоком данных между компьютером и кабельной системой;

· прием данных из кабеля и перевод их в форму, понятную ЦП компьютера.

Плата СА должна также указать свое местонахождение или се­тевой адрес, чтобы ее могли отличить от других плат сети. Сетевые адреса определены комитетом IEEE, который закрепляет за каждым произво­дителем плат сетевого адаптера некоторый интервал адресов. Про­изводители «зашивают» эти адреса в микросхемы, поэтому каждый компьютер имеет свой уникальный номер, т.е. адрес в сети.

Перед тем, как послать данные по сети, плата СА проводит элек­тронный диалог с принимающей платой, в результате которого они устанавливают:

· максимальный размер блока передаваемых данных;

· объем данных, пересылаемых без подтверждения о получении;

· интервал между передачами блоков данных;

· интервал, в течение которого необходимо послать подтверждение;

· объем данных, который может принять плата без переполнения буфера;

· скорость передачи.

Если новая (более сложная и быстрая) плата взаимодействует с устаревшей (медленной) платой, то они должны найти общую для них обеих скорость передачи. Схемы современных плат позволяют им приспособиться к низкой скорости старых плат. Каждая плата оповещает другую о своих параметрах, принимая чужие параметры и подстраиваясь к ним. После определения всех деталей начинается обмен данными.

Для обеспечения совместимости компьютера и сети плата СА должна соответствовать внутренней структуре компьютера (архитек­туре шины данных) и иметь соответствующий соединитель, подхо­дящий к типу кабельной системы.

Например, плата, которая нормально работает в компьютере Apple Macintosh в сети с топологией шина, не будет работать в ком­пьютере IBM в сети с топологией кольцо. Сеть топологии кольцо требует плату, которая физически отличается от применяемой в сети топологии шина, к тому же Apple использует другой метод сетевого взаимодействия.

Сетевые стандарты

Работа сети заключается в передаче данных от одного компью­тера к другому. В этом процессе можно выделить следующие задачи:

· Распознавание данных.

· Разбиение данных на управляемые блоки.

· Добавление информации к каждому блоку о местонахождении данных и получателе.

· Добавление информации для синхронизации и проверки оши­бок.

· Перемещение данных в сеть и отправка их по заданному адресу.

Сетевая ОС при выполнении этих задач строго следует опреде­ленному набору процедур. Эти процедуры называются протоколами. Они регламентируют каждую сетевую операцию. Стандартные про­токолы позволяют программному и аппаратному обеспечению раз­ных производителей нормально взаимодействовать.

Существует два главных набора стандартов: эталонная модель OSI и ее модификация Project 802.

Эталонная моДель OSI

В 1978 г. ISO (International Standards Organization) выпустила на­бор спецификаций, описывающих модель взаимодействия открытых систем, т.е. систем, доступных для связи с другими системами. Это был первый шаг к международной стандартизации протоколов. Все системы могли теперь использовать одинаковые протоколы и стан­дарты для обмена информацией.

В 1984 г. ISO выпустила новую версию своей модели, названную эталонной моделью взаимодействия открытых систем ISO. Эта вер­сия стала международным стандартом. Ее спецификации использу­ют производители при разработке сетевых продуктов, ее придержи­ваются при построении сетей. Полностью модель носит название ISO OSI (Open System Interconnection Reference Model). Для краткости будем ее называть модель OSI. Модель OSI не является сетевой архи­тектурой, так как не описывает службы и протоколы, используемые на каждом уровне. Она просто определяет, что должен делать каждый уровень. Важно также понимать, что эталонная модель не явля­ется чем-то реальным, таким, что обеспечивает связь. Сама по себе она не заставляет коммуникации функционировать и служит лишь для классификации. Она классифицирует то, что непосредственно работает, а именно — протоколы. Протоколом считается набор спе­цификаций, определяющих реализацию одного или нескольких уров­ней OSI. ISO разработала также стандарты для каждого уровня, хотя эти стандарты не входят в саму эталонную модель. Каждый из них был опубликован как отдельный международный стандарт.

Модель OSI имеет семь уровней. Каждому уровню соответствуют различные сетевые операции, оборудование и протоколы. Появление именно семи уровней было обусловлено функциональными особен­ностями модели.

Модель OSI без физического носителя показана на рис.

Определенные сетевые функции, выполняемые на каждом уров­не, взаимодействуют только с функциями соседних уровней — вы­шестоящего и нижележащего. Например, Сеансовый уровень должен взаимодействовать только с Представительским и Транспортным уров­нями. Все эти функции подробно описаны.

Каждый уровень выполняет несколько операций при подготов­ке данных для доставки по сети на другой компьютер. Уровни отделяются друг от друга границами — интерфейсами. Все запросы от одного уровня к другому передаются через интерфейс. Каждый уро­вень, выполняя свои функции, пользуется услугами нижележащего уровня. Самые нижние уровни — 1-й и 2-й — определяют физичес­кую среду при передаче битов данных через плату СА и кабель. Са­мые верхние уровни определяют, каким способом реализуется дос­туп приложений к услугам связи.

Задача каждого уровня − предоставление услуг вышележащему уровню, маскируя при этом детали реализации этих услуг. Каждый уровень на компьютере-отправителе работает так, как будто он напрямую связан с соответствующим уровнем на компьютере-полу­чателе. Эта виртуальная связь показана на рис. пунктирными ли­ниями. В действительности же связь осуществляется между соседни­ми уровнями одного компьютера. ПО каждого уровня реализует определенные сетевые функции в соответствии с набором прото­колов.

Перед отправкой в сеть данные разбиваются на пакеты, переда­ваемые между устройствами сети как единое целое. Пакет проходит последовательно все уровни ПО от прикладного до физического, при этом на каждом уровне к пакету добавляется форматирующая или адресная информация, необходимая для безошибочной передачи дан­ных по сети.

На принимающей стороне пакет также проходит через все уров­ни, но в обратном порядке. ПО каждого уровня анализирует инфор­мацию пакета, удаляет ту информацию, которая добавлена к пакету на таком же уровне отправителем, и передает пакет следующему уровню. По достижении пакетом Прикладного уровня вся служебная информация будет удалена, и данные примут свой первоначальный вид.

Таким образом, только Физический уровень модели может не­посредственно послать информацию соответствующему уровню дру­гого компьютера. Информация на компьютере-отправителе и ком­пьютере-получателе должна пройти все уровни, начиная с того, с которого она посылается, и заканчивая соответствующим уровнем того компьютера, которым она принимается. Например, если Сете­вой уровень передает информацию с компьютера А, она спускается через Канальный и Физический уровни в сетевой кабель, затем по­падает в компьютер В, где поднимается через Физический и Каналь­ный уровни и достигает Сетевого уровня. В среде клиент-сервер при­мером такой информации служит адрес и результат контроля ошибок, добавленные к пакету.

Взаимодействие смежных уровней осуществляется через интер­фейс. Интерфейс определяет услуги, которые нижний уровень пре­доставляет верхнему, и способ доступа к ним.

Рассмотрим каждый из семи уровней модели OSI и услуги, ко­торые они предоставляют смежным уровням.

Прикладной (Application) уровень. Уровень 7. Он представляет собой окно для доступа прикладных процессов к сетевым услугам. Услуги, которые он обеспечивает, напрямую поддерживают приложения пользователя. Прикладной уровень управляет общим доступом к сети, потоком данных и восстановлением данных после сбоев связи.

Уровень представления (Presentation). Уровень 6. Представитель­ский уровень определяет формат, используемый для обмена данны­ми между сетевыми компьютерами. Типичный пример работы служб Представительского уровня − кодирование передаваемых данных определенным стандартным образом. Уровень представления отвечает за преобразование протоколов, трансляцию и шифрование данных, смену кодовой таблицы и расширение графических команд. Кроме того, он управляет сжатием данных для уменьшения объема переда­ваемых бит.

Сеансовый уровень (Session). Уровень 5. Сеансовый уровень позво­ляет двум приложениям разных компьютеров устанавливать, исполь­зовать и завершать соединение, называемое сеансом. Сеанс может предоставлять еще и расширенный набор услуг, полезный для неко­торых приложений. Сеансовый уровень управляет диалогом между взаимодействующими процессами, устанавливая, какая из сторон, когда, как долго и т.д. должна осуществлять передачу.

Транспортный уровень (Transport). Уровень 4. Основная функция Транспортного уровня − принять данные от Сеансового уровня, раз­бить их при необходимости на небольшие части и передать Сетево­му уровню, гарантируя, что эти части в правильном порядке прибу­дут по назначению. Все это должно быть сделано эффективно и так, чтобы изолировать более высокие уровни от каких-либо изменений в аппаратной технологии. Транспортный уровень также следит за созданием и удалением сетевых соединений, управляет потоком со­общений, проверяет ошибки и участвует в решении задач, связан­ных с отправкой и получением пакетов. Примеры протоколов транс­портного уровня — ТСР и SРХ.

Сетевой уровень (Network). Уровень 3. Сетевой уровень управля­ет операциями подсети. Он отвечает за адресацию сообщений и пе­ревод логических адресов и имен в физические. Сетевой уровень раз­решает также проблемы, связанные с разными способами адресации и разными протоколами при переходе пакетов из одной сети в дру­гую, позволяя объединять разнородные сети. Примеры протоколов сетевого уровня - IP и IPX.

Уровень передачи данных или канальный (Data Link). Уровень 2. Основная задача Канального уровня - преобразовать способность Физического уровня передавать данные в надежную линию связи, свободную от необнаруженных ошибок с точки зрения вышестоящего Сетевого уровня. Эту задачу Канальный уровень выполняет при по­мощи разбиения входных данных на кадры размером от нескольких сот до нескольких тысяч байтов. Каждый следующий кадр данных передается только после получения и обработки кадра подтвержде­ния, посылаемого обратно получателем. Кадр - это логически организованная структура, в которую можно помещать данные. На рис. представлен простой кадр данных, где идентификатор отправи­теля − адрес компьютера-отправителя, а идентификатор получателя − адрес компьютера-получателя. Управляющая информация исполь­зуется для маршрутизации, указания типа пакета и сегментации. CRC (циклический код) позволяет выявить ошибки и гарантирует правильный прием информации.

Физический уровень (Physical). Уровень 1. Физический уровень осу­ществляет передачу неструктурированного, сырого, потока бит по физической среде (например, по сетевому кабелю). На этом уровне реализуются электрический, оптический, механический и функцио­нальный интерфейсы с кабелем. Физический уровень также форми­рует сигналы, которые переносят данные, поступившие ото всех вы­шележащих уровней. На этом уровне определяется способ соединения сетевого кабеля с платой СА и способ передачи сигналов по сетевому кабелю. Физический уровень отвечает за кодирование данных и син­хронизацию бит, гарантируя, что переданная единица будет воспри­нята именно как единица, а не как ноль. Уровень устанавливает дли­тельность каждого бита и способ перевода в электрические или оптические импульсы, передаваемые по сетевому кабелю

СетеВые архитектуры

Сетевые архитектуры — это комбинация стандартов, топологий и протоколов, необходимых для создания работоспособной сети.