Компьютерные сети

Таблица. Функции уровней модели OSI 

 

Номер уровня	Наименование	Функция
7	Прикладной  уровень	Функции взаимодействия с приложением
6	Уровень представления
5	Сеансовый уровень	Логическая  связь
4	Транспортный  уровень	Межсетевая  связь
3	Сетевой уровень
2	Канальный уровень	Связь в локальной  сети
1	Физический  уровень

 

Сеансовый уровень — обеспечение организации и проведения сеансов связи между прикладными процессами, такими как инициализация и поддержание сеанса между абонентами сети, управление очередностью и режимами передачи данных. Многие функции этого уровня в части установления соединения и поддержания упорядоченного обмена данными реализуются на транспортном уровне, поэтому протоколы сеансового уровня имеют ограниченное применение.

Транспортный  уровень — отвечает за управление сегментированием данных (сегмент — блок данных транспортного уровня) и сквозной передачей (транспортировкой) данных от источника к потребителю. На данном уровне оптимизируется использование услуг, предоставляемых на сетевом уровне, в части обеспечения максимальной пропускной способности при минимальных затратах. Протоколы транспортного уровня (сегментирующие и дейтаграммные) развиты очень широко и интенсивно используются на практике. Сегментирующие протоколы разбивают исходное сообщение на блоки данных — сегменты. Основной функцией таких протоколов транспортного уровня является обеспечение доставки этих сегментов до объекта назначения и восстановление сообщения. Дейтаграммные протоколы не сегментируют сообщение и отправляют его одним куском, который называется «дейтаграмма».

Сетевой уровень. Назначением данного уровня является управление логическим каналом передачи данных в сети (адресация и маршрутизация данных, коммутация каналов, сообщений, пакетов и мультиплексирование). На данном уровне реализуется главная телекоммуникационная функция сетей, заключающаяся в обеспечении связи ее пользователей. Каждый пользователь сети обязательно использует протоколы этого уровня и имеет свой уникальный сетевой адрес, используемый протоколами сетевого уровня. На этом уровне передаваемые данные разбиваются на пакеты. Для того чтобы пакет был доставлен до какого-либо хоста, этому хосту должен быть поставлен в соответствие известный передатчику сетевой адрес.

Канальный уровень. Формирование и управление физическим каналом передачи данных между объектами сетевого уровня, обеспечение, прозрачности физических соединений, контроля и исправления ошибок передачи.

Физический  уровень отвечает за установление, поддержание и расторжение соединений с физическим каналом сети. На данном уровне определяются набор сигналов, которыми обмениваются системы, параметры этих сигналов — временные, электрические — и последовательность формирования этих сигналов при выполнении процедуры передачи данных. 

Техническое обеспечение компьютерных сетей

Техническое обеспечение компьютерных сетей  включает следующие компоненты:

*   серверы, рабочие станции;

*   каналы передачи данных;

*   интерфейсные платы и устройства преобразования сигналов;

*   маршрутизаторы и коммутационное оборудование.

Рабочая станция — компьютер, через который пользователь получает доступ к ресурсам сети. Часто рабочую станцию, так же как и пользователя сети, называют клиентом сети.

Сервер — это предназначенный для обработки запросов от всех рабочих станций сети многопользовательский компьютер, предоставляющий этим станциям доступ к общим системным ресурсам. Сервер работает под управлением сетевой операционной системы. Наиболее

 

важным требованием, которое предъявляется к серверу, является высокая производительность и надежность работы.

Сервер  приложений — это работающий в сети компьютер большой мощности, имеющий программное обеспечение (приложения), с которым могут работать клиенты сети.

Специализированные серверы применяют для создания и управления базами данных и архивами данных, поддержки многоадресной факсимильной связи и электронной почты, управления многопользовательскими терминалами (принтеры, плоттеры) и т. д. Можно привести следующие примеры специализированных серверов: файл-сервер, факс-сервер, почтовый сервер, сервер печати, серверы-шлюзы.

Файл-сервер. Основное назначение — работа с  базами данных, сервер имеет объемные дисковые запоминающие устройства, часто на отказоустойчивых дисковых массивах RAID емкостью до терабайта.

Факс-сервер. Это выделенная рабочая станция  для организации многоадресной факсимильной связи, с несколькими факс-модемными платами. Поддерживает защиту информации от несанкционированного доступа в процессе передачи, обладает системой хранения электронных факсов.

Почтовый  сервер. Это выделенная рабочая станция  для организации электронной почты, с электронными почтовыми ящиками.

Сервер печати предназначен для эффективного использования  системных принтеров.

Серверы-шлюзы в Интернете играют роль маршрутизаторов. Практически всегда совмещают функции почтового сервера и сетевого брандмауэра, обеспечивающего безопасную работу в сети.

Хост-компьютерами называют такие компьютеры, которые имеют непосредственный доступ в глобальную сеть.

Узлы коммутации предназначены для приема, анализа  и отправки данных по выбранному направлению. В сетях с маршрутизацией узлы коммутации осуществляют выбор маршрута.

Устройства коммутации являются наиболее важным оборудованием систем передачи информации в вычислительных сетях. Применение таких устройств значительно сокращает протяженность каналов связи в сетях с несколькими взаимодействующими абонентами.

Узлы коммутации могут осуществлять один из трех возможных  видов коммутации при передаче данных: коммутацию каналов, коммутацию сообщений, коммутацию пакетов.

При коммутации каналов используются сообщения  или пакеты, которые часто называют дейтаграммами.

 

Дейтаграмма — это пакет данных (сообщение), который содержит в своем заголовке информацию, необходимую для передачи его от источника к получателю независимо от всех предыдущих и последующих сообщений.

Между пунктами отправления  и приема сообщения устанавливается непосредственное физическое соединение на основе формирования составного канала из последовательно соединенных отдельных участков каналов связи. Такой канал организуется в начале сеанса связи, поддерживается в течение всего сеанса и разрывается только после окончания передачи. Основные достоинства метода заключаются в следующем:

*  возможность работы в диалоговом режиме и в режиме реального 
времени;

*  обеспечение полной прозрачности канала.

Метод коммутации применяется  чаще всего при дуплексной передаче аудиоинформации (телефонная связь).

При коммутации сообщений данные передаются в виде дискретных порций разной длины (сообщений). Между источником и адресатом сквозной физический канал не устанавливается и ресурсы коммуникационной системы предварительно не распределяются. Отправитель только указывает адрес получателя. Узлы коммутации анализируют адрес, текущую занятость каналов и передают сообщение по доступному в данный момент времени каналу на ближайший узел сети в сторону получателя. В узлах коммутации имеются коммутаторы, управляемые связным процессором, которые также обеспечивают временное хранение данных в буферной памяти, контроль достоверности информации и исправление ошибок, преобразование форматов данных, формирование сигналов подтверждения получения сообщения. Применяется этот вид коммутации в электронной почте, телеконференциях. Метод коммутации пакетов был разработан в современных системах для повышения оперативности, надежности передачи и уменьшения емкости запоминающих устройств узлов коммутации. Длинные сообщения разделяются на несколько более коротких, которые называют пакетами. Данный вид коммутации обеспечивает наибольшую пропускную способность сети и наименьшую задержку при передаче данных. Недостатком коммутации пакетов является сложность его применения для систем, работающих в интерактивном режиме и в режиме реального времени.

 

 

В узлах коммутации применяются  также концентраторы и удаленные мультиплексоры. Их назначение заключается в объединении и уплотнении входных потоков данных, поступающих от абонентов по низкоскоростным каналам связи, в один или несколько более скоростных каналов связи, и наоборот.

Концентраторы (хабы) используются для коммутации каналов в компьютерных сетях. Основные функции концентратора заключаются в повторении сигналов и концентрировании в себе функций объединения компьютеров в единую сеть.

Модем — устройство прямого (модулятор) и обратного (демодулятор) преобразования сигналов в вид, принятый для использования в определенном канале связи.

Модемы бывают разные, но в первую очередь их можно разделить на аналоговые и цифровые.

Аналоговые  модемы самые распространенные и  предназначены для выполнения следующих функций:

*  при передаче для преобразования широкополосных импульсов 
(цифрового кода) в узкополосные аналоговые сигналы;

*  при приеме для фильтрации принятого сигнала от помех и детектирования, то есть обратного преобразования узкополосного аналогового сигнала в цифровой код.

Преобразование, выполняемое при передаче данных, обычно связано с их модуляцией.

Модуляция — это изменение какого-либо параметра сигнала в канале связи (модулируемого сигнала) в соответствии с текущими значениями передаваемых данных (модулирующего сигнала).

Демодуляция — это обратное преобразование модулированного  сигнала в модулирующий сигнал.

Протокол передачи данных представляет собой совокупность правил, определяющих формат данных и процедуры их передачи в канале связи. В протоколе подробно указывается, как представить данные, какой способ модуляции данных избрать с целью ускорения и защиты

их передачи, как выполнить соединение с каналом и обеспечить достоверность передачи данных.

Модемы для  цифровых каналов связи более  правильно называть сетевыми адаптерами, так как классическая модуляция-демодуляция сигналов в них не осуществляется — входной и выходной сигналы такого модема являются импульсными.

Вместо модема в локальных сетях также используются сетевые адаптеры (сетевые карты), выполненные в виде плат, устанавливаемых в разъем материнской платы.

Сетевые адаптеры можно подразделить на две группы: адаптеры для клиентских компьютеров, адаптеры для серверов.

В адаптерах  для клиентских компьютеров основная часть работы по приему и передаче сообщений перекладывается на программное обеспечение. Такой адаптер дешевле и проще, но он достаточно сильно загружает центральный процессор компьютера. Адаптеры для серверов используют в своей работе собственные процессоры. Этот тип адаптеров значительно дороже адаптеров для клиентских компьютеров.  

Локальные вычислительные сети

Локальные сети обычно объединяют ряд компьютеров, работающих под управлением одной операционной системы.

Локальные сети отделов используются для работы небольшой группы сотрудников предприятия (отдел кадров, бухгалтерия, отдел маркетинга).

Сети кампусов (cumpus - университетский городок) могут занимать значительные территории и объединять много разнородных сетей.

Корпоративные сети — сети масштаба всего предприятия, корпорации могут охватывать большие территории, объединять филиалы, расположенные в разных странах.

В однородных сетях применяется однотипный состав программного и аппаратного обеспечения.

Различают одноранговые ЛВС и ЛВС на основе сервера.  

 

В серверных сетях один из компьютеров, который называют сервером, реализует процедуры, предназначенные для использования всеми рабочими станциями, управляет взаимодействием рабочих станций и выполняет ряд сервисных функций. В процессе обработки данных клиент формирует запрос на сервер для выполнения тех или иных процедур: чтение файла, поиск информации в базе данных, печать файла и т. п. 

 

В качестве межсетевого  интерфейса для соединения сетей  между собой используются повторители, мосты, маршрутизаторы, шлюзы.

Повторители — устройства, которые усиливают электрические сигналы и обеспечивают сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче его на большие расстояния.

Мосты — устройства, которые регулируют трафик между сетями, используют одинаковые протоколы передачи данных на сетевом и высших уровнях и выполняют фильтрацию информационных сообщений в соответствии с адресами получателей.

Маршрутизаторы — обеспечивают соединение логически не связанных сетей. Они анализируют сообщение, определяют его дальнейший наилучший путь, выполняют его некоторое протокольное преобразование для согласования и передачи в другую сеть, создают нужный логический канал и передают сообщение по назначению.

Шлюзы — устройства, позволяющие объединить вычислительные сети, использующие различные протоколы OSI на всех ее уровнях. Мосты,маршрутизаторы и шлюзы в локальной вычислительной сети — это, как правило, выделенные компьютеры со специальным программным обеспечением и дополнительной связной аппаратурой.