Региональные сети

      1.2Сетевая модель OSI 

      Сетевая модель OSI (базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем, англ. Open Systems Interconnection Basic Reference Model) – абстрактная сетевая модель для коммуникаций и разработки сетевых протоколов. Представляет уровневый подход к сети. Каждый уровень обслуживает свою часть процесса взаимодействия. Благодаря такой структуре совместная работа сетевого оборудования и программного обеспечения становится гораздо проще и прозрачнее.

      Модель  состоит из 7–ми уровней, расположенных друг над другом. Уровни взаимодействуют друг с другом (по «вертикали») посредством интерфейсов, и могут взаимодействовать с параллельным уровнем другой системы (по «горизонтали») с помощью протоколов. Каждый уровень может взаимодействовать только со своими соседями и выполнять отведённые только ему функции. Подробнее можно посмотреть в таблице: 

     Прикладной уровень (англ. Application layer) 

     Обеспечивает  взаимодействие сети и пользователя. Уровень разрешает приложениям  пользователя иметь доступ к сетевым  службам, таким как обработчик запросов к базам данных, доступ к файлам, пересылке электронной почты. Также отвечает за передачу служебной информации, предоставляет приложениям информацию об ошибках и формирует запросы к уровню представления. Пример: HTTP, POP3, SMTP.

     Представительский уровень (Уровень представления, (англ. Presentation layer)

     Этот  уровень отвечает за преобразование протоколов и кодирование/декодирование  данных. Запросы приложений, полученные с уровня приложений, он преобразует  в формат для передачи по сети, а полученные из сети данные преобразует в формат, понятный приложениям. На этом уровне может осуществляться сжатие/распаковка или кодирование/декодирование данных, а также перенаправление запросов другому сетевому ресурсу, если они не могут быть обработаны локально.

     На  уровне 6 (представления данных) эталонной  модели OSI обычно выполняется преобразование информации из соседних уровней, что  позволяет осуществлять обмен между  приложениями на разнородных компьютерных системах прозрачным для приложений образом. Уровень представлений обеспечивает форматирование и преобразование данных. Форматирование данных используется для того, чтобы гарантировать приложению поступление информации для обработки, которая имела бы для него смысл. При необходимости этот уровень может выполнять перевод из одного формата данных в другой. Уровень представлений имеет дело не только с форматами и представлением данных, он также занимается структурами данных, которые используются программами. Таким образом, уровень 6 обеспечивает организацию данных при их

     Сеансовый уровень (англ. Session layer)

     Отвечает  за поддержание сеанса связи, позволяя приложениям взаимодействовать  между собой длительное время. Уровень  управляет созданием/завершением  сеанса, обменом информацией, синхронизацией задач, определением права на передачу данных и поддержанием сеанса в периоды неактивности приложений. Синхронизация передачи обеспечивается помещением в поток данных контрольных точек, начиная с которых возобновляется процесс при нарушении взаимодействия.

     Транспортный уровень (англ. Transport layer) 

     Уровень предназначен для доставки данных без  ошибок, потерь и дублирования в  той последовательности, как они  были переданы. При этом не важно, какие  данные передаются, откуда и куда, то есть он предоставляет сам механизм передачи. Блоки данных он разделяет на фрагменты, размер которых зависит от протокола, короткие объединяет в один, а длинные разбивает. Протоколы этого уровня предназначены для взаимодействия типа точка–точка. Пример: TCP, UDP. 
 
 
 

     Протокол  сетевого уровня (англ. Network layer) 

     Протокол 3–его уровня сетевой модели OSI, предназначается для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и заторов в сети. На этом уровне работает такое сетевое устройство, как маршрутизатор.Протоколы сетевого уровня маршрутизируют данные от источника к получателю и могут быть разделены на два класса: протоколы с установкой соединения и без него.Описать работу протоколов с установкой соединения можно на примере работы обычного телефона. Протоколы этого класса начинают передачу данных с вызова или установки маршрута следования пакетов от источника к получателю. После чего начинают последовательную передачу данных и затем по окончании передачи разрывают связь.Протоколы без установки соединения, которые посылают данные, содержащие полную адресную информацию в каждом пакете, работают аналогично почтовой системе. Каждое письмо или пакет содержит адрес отправителя и получателя. Далее каждый промежуточный почтамт или сетевое устройство считывает адресную информацию и принимает решение о маршрутизации данных. Письмо или пакет данных передается от одного промежуточного устройства к другому до тех пор, пока не будет доставлено получателю.

     Канальный уровень (англ. Data Link layer)

     уровень, который предназначен для обеспечения  взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые  могут возникнуть. Полученные с физического уровня данные он упаковывает во фреймы, проверяет на целостность, если нужно исправляет ошибки (посылает повторный запрос поврежденного кадра) и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием. Спецификация IEEE 802 разделяет этот уровень на 2 подуровня – MAC (Media Access Control) регулирует доступ к разделяемой физической среде, LLC (Logical Link Control) обеспечивает обслуживание сетевого уровня.

     На  этом уровне работают коммутаторы, мосты.

     Физический  уровень 

     Самый нижний уровень сетевой модели OSI, предназначен непосредственно для передачи потока данных. Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и, соответственно, их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов. Другими словами, осуществляет интерфейс между сетевым носителем и сетевым устройством.

     На  этом уровне работают концентраторы (хабы), повторители (ретрансляторы) сигнала и медиаконверторы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      2. Анализ региональных сетей 

      Региональные  сети появились до начала эры локальных вычислительных сетей (ЛВС), в 60-х годах. Первоначальное их назначение - передача информации между традиционными в то время централизованными системами, находящимися друг от друга на расстоянии. Одной из первых сетей, оказавшей влияние на дальнейшее развитие, была сеть ARPANET (Advanced Research Projects Agency), первоначально связавшая 4 исследовательских лаборатории разных университетов США. Эта сеть доказала техническую возможность и экономическую целесообразность разработки больших сетей для более эффективного использования ЭВМ, программного обеспечения и создания принципиально новых перспективных информационных технологий. В России в 80-х годах была создана система телеобработки статистической информации (СТОСИ), обслуживающая Главный ВЦ ЦСУ СССР и региональные ВЦ статистических управлений. В настоящее время региональные сети исчисляются сотнями и некоторые из них приобрели глобальные масштабы.

      Региональные  сети характеризуются большой площадью покрытия, большим количеством пользователей и смешанной сетевой топологией. Сеть покрывает несколько, а иногда десятки и сотни населенных пунктов. На самом ближнем уровне сеть состоит из нескольких ключевых узлов. Как правило, узлом является какой–либо населенный пункт, которые соединяются между собой по топологии звезда, но для надежности могут быть организованы и резервные линии связи. Связь между узлами может быть реализована с использованием существующих линий связи (в т.ч. телефонных), так и с прокладкой новых линий. Беспроводные технологии тут не используются т.к. они не обладают высокой дальностью передачи. Телефонные линии связи морально устарели, и не дают необходимого качества и скорости работы. Предпочтение отдается линиям на оптоволокне. Такие линии обладают существенно большей пропускной способностью и помехозащищенностью, т.к. на них не влияют электромагнитные излучения. Пропускная способность оптических линий достигает 100 Гбит/с., причем ее, при необходимости, сравнительно дешево можно повысить. Для этого достаточно заменить оборудование на обоих концах линии. Замена оптоволокна, как правило, не нужна.

      От  ключевого узла сеть распространяется по всему населенному пункту. В зависимости от размеров сети и потребностей, тут могут использоваться для передачи данных как оптические, так и обычные проводные технологии. А так же могут использоваться существующие телефонные линии (технологии xDSL). Передача данных между отдельными сегментами сети может быть сделана на беспроводных технологиях. При использовании технологии xDSL на обоих концах используемой телефонной линии ставится специальное оборудование. На АТС ставится DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) – мультиплексор доступа цифровой абонентской линии. Со стороны сети у него WAN порты, к которым подключается сеть, а со стороны клиента – xDSL полукомплекты (модемы), к которым подключается абонентская линия. На другом конце абонентской линии у клиента стоит абонентский полукомплект xDSL (модем). Компьютеры подключаются к сети проводом – так называемой «витой парой» или по технологии Wi–Fi (домашняя беспроводная сеть).

      Региональная  сеть – сложная и дорогостоящая  компьютерная сеть. Ее организация  требует специальной подготовки и знание необходимых технологий. Она нуждается в постоянном контроле и обслуживании.

      Существует  несколько подходов к определению, что такое региональная сеть - по принципу принадлежности коммуникационных каналов, по территориальному признаку, по используемым технологиям передачи данных, по сфере деятельности организаций, занимающихся предоставлением доступа в сеть. Одно несомненно - назначение региональных сетей - удовлетворять потребности организаций в обмене информацией между их локальными сетями. Кроме того, региональные сети имеют свои естественные географические границы, поскольку их использование сопровождается многими проблемами, связанными с юридическими вопросами. Они обслуживаются двумя типами организаций - одни владеют каналами связи и специализируются на эксплуатации их оборудования, а другие - на обеспечении обмена информацией между различными ЛВС и отдельными пользователями. Последних по сложившейся традиции называют провайдерами, поскольку они, арендуя каналы связи, организуют соединения и предоставляют услуги по их использованию. По сложившейся практике, эксплуатационные организации - это телефонные компании, которые получают полномочия на свою деятельность от правительственных учреждений (AT&T, MCI, Western Union, Sprint и GTE в США; АО Ростелеком в России). Количество провайдеров намного больше и на рынке коммуникационных услуг существует жесткая конкуренция между ними.

      Региональные  сети (WAN - Wide Area Network) с точки зрения архитектуры и протоколов практически  не отличаются от глобальных. В региональных сетях обычно не используются трансокеанские кабели, но это отличие не может рассматриваться как принципиальное. Региональные сети решают проблему формирования из LAN (локальных сетей) сетей регионов и целых стран и даже наднациональных сетей (например, E-BONE для Европы). Как правило, эти сети строятся с использованием протоколов SDH, ATM, ISDN, Frame Relay или X.25. Архитектурно такие сети формируются из каналов со схемой точка-точка и мощных коммутаторов-мультиплексоров. Из таких фрагментов формируются и опорные сети (BackBone), которые позволяют сократить число шагов от узла к узлу. В этих сетях в основном используются оптоволоконные транспортные системы, а там где это нерентабельно, спутниковые или радиорелейные каналы.

      С появлением корпоративных сетей типа Интранет понятия локальной и региональной сетей стало частично перекрываться. Для пользователя Интранет все узлы такой сети являются локальными, хотя и могут отстоять на сотни или даже тысячи километров друг от друга. По существу сети Интранет являются наложенными сетями по отношению к региональным сетям (WAN). Интернет также следует отнести к числу наложенных сетей по отношению к WAN.