Архитектура компьютерных сетей

 

     Глобальные  сети придают всему этому большие  масштабы и добавляют такую удобную  вещь, как электронная почта. 
 
 
 

Сетевые протоколы и уровни 

     Протокол - набор правил, определяющий взаимодействие двух одноименных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских ЭВМ.

     Протокол - это не программа. Правила и последовательность выполнения действий при обмене информацией, определенные протоколом, должны быть реализованы в программе. Обычно функции протоколов различных уровней реализуются в драйверах для различных вычислительных сетей. 

     В соответствии с семиуровневой структурой модели можно говорить о необходимости  существования протоколов для каждого  уровня.

     Концепция открытых систем предусматривает разработку стандартов для протоколов различных уровней. Легче всего поддаются стандартизации протоколы трех нижних уровней модели архитектуры открытых систем, так как они определяют действия и процедуры, свойственные для вычислительных сетей любого класса. 

     Труднее всего стандартизовать протоколы  верхних уровней, особенно прикладного, из-за множественности прикладных задач  и в ряде случаев их уникальности. Если по типам структур, методам  доступа к физической передающей среде, используемым сетевым технологиям и некоторым другим особенностям можно насчитать примерно десяток различных моделей вычислительных сетей, то по их функциональному назначению пределов не существу. 

     Основные  типы протоколов 

     Проще всего представить особенности  сетевых протоколов на примере протоколов канального уровня, которые делятся на две основные группы: байт-ориентированные и бит-ориентированные. 

     Байт-ориентированный протокол обеспечивает передачу сообщения по информационному каналу в виде последовательности байтов. Кроме информационных байтов в канал передаются также управляющие и служебные байты. Такой тип протокола удобен для ЭВМ, так как она ориентирована на обработку данных, представленных в виде двоичных байтов. Для коммуникационной среды байт-ориентированный протокол менее удобен, так как разделение информационного потока в канале на байты требует использования дополнительных сигналов, что в конечном счете снижает пропускную способность канала связи. 

     Наиболее  известным и распространенным байт-ориентированным  протоколом является протокол двоичной синхронной связи BSC (Binary Synchronous Communication), разработанный фирмой IBM. Протокол обеспечивает передачу двух типов кадров: управляющих и информационных. В управляющих кадрах передаются управляющие и служебные символы, в информационных - сообщения (отдельные пакеты, последовательность пакетов). Работа протокола BSC осуществляется в три фазы: установление соединения, поддержание сеанса передачи сообщений, разрыв соединения. Протокол требует на каждый переданный кадр посылки квитанции о результате его приема. Кадры, переданные с ошибкой, передаются повторно. Протокол определяет максимальное число повторных передач. 

     Бит-ориентированный протокол предусматривает передачу информации в виде потока битов, не разделяемых на байты. Поэтому для разделения кадров используются специальные последовательности - флаги. В начале кадра ставится флаг открывающий, а в конце - флаг закрывающий. 

     Бит-ориентированный  протокол удобен относительно коммуникационной среды, так как канал связи как раз и ориентирован на передачу последовательности битов. Для ЭВМ он не очень удобен, потому что из поступающей последовательности битов приходится выделять байты для последующей обработки сообщения. Впрочем, учитывая быстродействие ЭВМ, можно считать, что эта операция не окажет существенного влияния на ее производительность. Потенциально бит-ориентированные протоколы являются более скоростными по сравнению с байт-ориентированными, что обусловливает их широкое распространение в современных вычислительных сетях. 

     Типичным  представителем группы бит-ориентированных  протоколов являются протокол HDLC (High-level Data Link Control - высший уровень управления каналом связи) и его подмножества. Протокол HDLC управляет информационным каналом с помощью специальных управляющих кадров, в которых передаются команды. Информационные кадры нумеруются. Кроме того, протокол HDLC позволяет без получения положительной квитанции передавать в канал до трех - пяти кадров. Положительная квитанция, полученная, например, на третий кадр, показывает, что два предыдущих приняты без ошибок и необходимо повторить передачу только четвертого и пятого кадров. Такой алгоритм работы и обеспечивает высокое быстродействие протокола. 
 
 
 

     Физический  и канальный уровни 

     Физический  уровень обеспечивает передачу битов данных по физическим каналам различных типов линий связи (на основе коаксиального, оптоволоконного кабеля, на основе витой пары и т. д.). 

     Название  блока данных, передаваемого по двум взаимодействующим иерархическим структурам сети, зависит от того, на каком уровне стека протоколов он находится. 

     Блок  передаваемых данных физического уровня называется пакетом. Протоколом физического  уровня определяются характеристики физических линий передачи данных: полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и др., а также характеристики передаваемых сигналов: параметры импульсов, тип кодировки и др. Помимо этого, стандартизуются типы коннекторов и назначение контактов коннектора. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером либо последовательным или параллельным портами. 

     Протоколы канального уровня преобразуют переданные им пакеты в данные собственного формата, которые называются кадром. При этом в состав полей каждого кадра помещаются поля с адресом узла назначения и контрольной суммой всех битов кадра. 

     Для протоколов физического уровня стандарты  определены рекомендациями МККТТ. Цифровая передача предусматривает использование протоколов Х.21 и Х.21- бис. 

     Протоколы канального уровня обеспечивают доставку кадров данных, как правило, внутри локальной сети с простой топологией и однотипной или близкой технологией, разделенных только мостами и коммутаторами. В таких конфигурациях адрес узла назначения имеет локальный смысл для данной сети и не изменяется при прохождении кадра от узла источника к узлу назначения. На этом уровне обеспечивается проверка доступности среды передачи данных и реализуется механизм обнаружения и коррекции ошибок, путем ввода избыточных битов и контрольной суммы в кадры данных. Избыточные биты представляют собой специальную последовательность битов, которые помешаются в начало и конец кадра для его выделения. 

     Основными протоколами канального уровня глобальных сетей являются протоколы SLIP и РРР. При этом обеспечивается взаимодействие только между двумя соседними узлами сети. 

     Канальный уровень определяют протокол HDLC(High-level Data Link Control - высший уровень управления каналом связи) и его подмножества, а также протокол Х.25/3.

     Широкое распространение локальных вычислительных сетей потребовало разработки стандартов для этой области. В настоящее время для ЛВС используются стандарты, разработанные Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике-ИИЭР(IЕЕЕ- Institute of Electrical and Electronics Engineers).

     Комитеты IEEE 802 разработали ряд стандартов, часть из которых принята МОС (ISO) и другими организациями. Для ЛВС разработаны следующие стандарты:

      802.1 - верхние уровни и административное  управление;

      802.2 - управление логическим звеном  данных (LLC);

      802.3 - случайный метод доступа к среде (CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - множественный доступ с контролем передачи и обнаружением столкновений);

      802.4 - маркерная шина;

      802.5 - маркерное кольцо;

      802.6 - городские сети. 
 
 
 

     Глобальная  сеть Интернет

     Интерне́т (Internet) - всемирная система объединённых компьютерных сетей, построенная на использовании протокола IP и маршрутизации пакетов данных. Интернет образует глобальное информационное пространство, служит физической основой для Всемирной паутины World Wide Web (WWW) и множества других систем (протоколов) передачи данных. Часто упоминается как Всемирная сеть и Глобальная сеть. 

     Internet стал доступен абсолютно каждому  человеку, у которого есть компьютер, телефонная розетка и специальное оборудование, предназначенное для обмена информацией по телефонной линии – модем. 

     Глобальная  компьютерная сеть Internet состоит из компьютеров-клиентов и серверов. Компьютер, владельцем которого вы являетесь - это клиент, который имеет доступ к общим ресурсам Internet. А те, которые сами предоставляют в пользование свои собственные ресурсы, являются серверами. 

     Когда говорят, что компьютер подключен  к сети, то имеют в виду, что  он посредствам модема или же сетевой  карты имеет связь со службой  доступа в Интернет (провайдером) и способен связаться с любым из компьютеров глобальной сети. Internet по сути, это и есть то множество серверов, ресурсами которых вы можете пользоваться. 

     К середине 2008 года число пользователей, регулярно использующих Интернет, составило около 1,5 млрд человек (около четверти населения Земли).Вместе с подключёнными к нему компьютерами, Интернет служит основой для развития информационного общества. 

     В течение пяти лет Интернет достиг аудитории свыше 50 миллионов пользователей. Другим средствам массовой информации требовалось гораздо больше времени для достижения такой популярности.

     Браузер - компьютерная программа для просмотра веб-страниц. Существует довольно много браузеров. Самые популярные из них — это Internet Explorer, Mozilla Firefox, Google Chrome, Safari и Opera. 

     Протокол - это, образно говоря, «язык», используемый компьютерами для обмена данными при работе в сети. Чтобы различные компьютеры сети могли взаимодействовать, они должны «разговаривать» на одном «языке», то есть использовать один и тот же протокол. Проще говоря, протокол — это правила передачи данных между узлами компьютерной сети. Систему протоколов Интернет называют «стеком протоколов TCP/IP». 

     Наиболее  распространённые интернет-протоколы (в алфавитном порядке, сгруппированные в примерном соответствии модели OSI): 

 

     Есть  ещё целый ряд протоколов, ещё  не стандартизированных, но уже очень  популярных в Интернете:OSCAR

• CDDB
• MFTP (сеть eDonkey2000) 
• BitTorrent
• Gnutella

 

     Эти протоколы в большинстве своём  нужны для обмена файлами и  текстовыми сообщениями, на некоторых из них построены целые файлообменные сети. 

     Сервисы

     В настоящее время в Интернете  существует достаточно большое количество сервисов, обеспечивающих работу со всем спектром ресурсов. Наиболее известными среди них являются:

• электронная почта (E-mail), обеспечивающая возможность обмена сообщениями одного человека с одним или несколькими абонентами
• телеконференции, или группы новостей (Usenet), обеспечивающие возможность коллективного обмена сообщениями
• сервис FTP — система файловых архивов, обеспечивающая хранение и пересылку файлов различных типов
• сервис Telnet, предназначенный для управления удаленными компьютерами в терминальном режиме
• World Wide Web (WWW, W3) - гипертекстовая (гипермедиа) система, предназначенная для интеграции различных сетевых ресурсов в единое информационное пространство
• сервис DNS, или система доменных имен, обеспечивающий возможность использования для адресации узлов сети мнемонических имен вместо числовых адресов
• сервис IRC, предназначенный для поддержки текстового общения в реальном времени (chat)
• Потоковое мультимедиа