Слайд 1Образовательный комплекс
Компьютерные сети
Лекция 2
Архитектура сетевой системы
Слайд 2Компьютерные сети
Введение
из 34
Содержание
Типы архитектур сетевых систем
Сетевая система Windows как
пример архитектуры
Взаимодействие систем многоуровневой архитектуры
Слайд 3Компьютерные сети
Введение
из 34
Задачи сетевой системы
перенаправление ввода/вывода;
маршрутизация пакетов между сетями;
шифрование
и расшифровка пакетов;
мультиплексирование и демультиплексирование сообщений;
и многие другие
Как должна быть
устроена система,
решающая все подобные задачи?
Слайд 4Компьютерные сети
Введение
из 34
Монолитная архитектура
Пользовательское приложение
Сетевое программное обеспечение
Сетевой
адаптер
Среда передачи
Вся сетевая
функциональность реализована в одном модуле
Высокая производительность
Сложность разработки
Сложность разделения разработки (например,
между компаниями)
Слайд 5Компьютерные сети
Введение
из 34
Монолитная архитектура
Сетевые клиенты DOS
Пользовательское приложение
ipx.com
Сетевой
адаптер
Среда передачи
ipx.com
управляет сетевым
адаптером
предоставляет приложениям и сервисам услуги по сетевой передаче
делает многое другое
Сетевые
сервисы (например, net.exe)
Слайд 6Компьютерные сети
Введение
из 34
Монолитная архитектура
Сетевые клиенты DOS
Для каждого типа сетевых
карт необходимо использовать свой модуль ipx.com
Кто должен его разрабатывать:
Разработчики сетевых
приложений?
Разработчики сетевых адаптеров?
Разработчики DOS?
Слайд 7Компьютерные сети
Введение
из 34
Многоуровневая архитектура
Уровень N
Уровень 1
(Среда передачи)
Каждый уровень выполняет
четко определенный набор функций
Каждый уровень взаимодействует только со смежными уровнями
Транзитные
передачи приводят к потерям производительности
Возможна независимая и параллельная разработка уровней
Уровень N-1
Уровень 2
(Сетевой адаптер)
Слайд 8Компьютерные сети
Введение
из 34
Многоуровневая архитектура
Сетевые клиенты DOS (2)
Пользовательское приложение
Сетевая подсистема
Сетевой
адаптер
Среда передачи
lsl.com – формирует окружение для выполнения других модулей сетевой
системы
3c509.com - управляет сетевым адаптером
ipxodi.com - предоставляет приложениям и сервисам услуги по сетевой передаче
Сетевые сервисы (например, net.exe)
lsl.com
ipxodi.com
3c509.com
Слайд 9Компьютерные сети
Введение
из 34
Многоуровневая архитектура
Сетевые клиенты DOS (2)
Модули lsl.com и
ipxodi.com – универсальные и не зависят от типа сетевого адаптера
Модуль,
управляющий сетевым адаптером (драйвер), для каждого типа адаптера свой и может иметь произвольное имя
Кто разрабатывает модули?
lsl.com, ipxodi.com – разработчики сетевой архитектуры
3c509.com – производитель сетевого адаптера
Слайд 11Компьютерные сети
Введение
из 34
Сетевая архитектура Windows
(семейство NT/2000/XP/…)
Приложения и службы
Среда передачи
Сетевые
протоколы
Драйверы сетевых адаптеров
Сетевые адаптеры
Пограничный
уровень TDI
Пограничный
уровень NDIS
Слайд 12Компьютерные сети
Введение
из 34
Сетевая архитектура Windows
Сетевые адаптеры
Сетевой адаптер (Network Interface
Card, NIC) – устройство, выполняющее передачу данных через среду передачи
Параметры
настройки NIC должны быть известны драйверу и обычно включают
Номер используемого прерывания (IRQ number)
Базовый адрес ввода-вывода (I/O Base)
Слайд 13Компьютерные сети
Введение
из 34
Сетевая архитектура Windows
Драйверы сетевых адаптеров
Network Driver Interface
Specification (NDIS) – спецификация архитектуры сетевых драйверов, позволяющая сетевым протоколам
взаимодействовать с аппаратными устройствами
Драйверы сетевых адаптеров выполняются в среде NDIS и должны соответствовать данной спецификации
Драйверы разрабатываются производителями NIC
Слайд 14Компьютерные сети
Введение
из 34
Сетевая архитектура Windows
Сетевые протоколы
Transport Driver Interface (TDI)
– стандарт интерфейса взаимодействия приложений с сетевыми протоколами. Реализации сетевых
протоколов должны соответствовать данной спецификации
Реализованные протоколы
TCP/IP
NWLink (реализация IPX/SPX, выполненная Microsoft для Windows)
NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface)
Другие протоколы (DLC, IrDA,…)
Слайд 15Компьютерные сети
Введение
из 34
Сетевая архитектура Windows
Сетевые приложения и сервисы
Для сетевого
взаимодействия приложениям и сервисам предоставляются сетевые API
Winsock API
NetBIOS API
Telephony API
Messaging
API
WNet API
Слайд 16Компьютерные сети
Введение
из 34
Сетевая архитектура Windows
Сетевые приложения и сервисы
… и
средства межпроцессного взаимодействия (InterProcess Communication, IPC)
DCOM (Distributed Component Object Model)
– распределенная модель компонентных объектов
RPC (Remote Procedure Call) – удаленный вызов процедур
Pipes – именованные каналы
MailSlots – почтовые ящики
Слайд 17Компьютерные сети
Введение
из 34
Сетевая архитектура Windows
Сетевые приложения и сервисы
Windows включает
десятки базовых сетевых служб
"Сервер" – позволяет предоставлять локальные каталоги и
принтеры в сетевое использование
"Рабочая станция" – позволяет подключаться к предоставленным в совместное использование папкам и принтерам и использовать их
…
Слайд 18Компьютерные сети
Введение
из 34
Сетевая архитектура Windows
(семейство NT/2000/XP/…)
Приложения и службы
Среда передачи
Сетевые
протоколы
Драйверы сетевых адаптеров
Сетевые адаптеры
Пограничный
уровень TDI
Пограничный
уровень NDIS
DCOM
RPC
Pipes
MailSlots
Winsock
TAPI
NetBIOS API
TCP/IP
NetBEUI
NWLink
Слайд 19Компьютерные сети
Введение
из 34
Сетевая архитектура Windows
Привязка (binding)
Поскольку на каждом уровне
может одновременно выполняться несколько модулей (например, сетевых протоколов), на границах
уровней используется привязка – указание, какие компоненты нижележащего уровня использует каждый компонент вышележащего
Службa 1
Драйвер
NIC1
Пограничный
уровень TDI
TCP/IP
NetBEUI
Службa 2
Драйвер
NIC2
Пограничный
уровень NDIS
Слайд 20Взаимодействие систем многоуровневой архитектуры
Слайд 21Компьютерные сети
Введение
из 34
Многоуровневая архитектура
Уровень N
Уровень 1
Определим принципы взаимодействия многоуровневых
архитектур
Уровень N-1
Уровень 2
Слайд 22Компьютерные сети
Введение
из 34
Многоуровневая архитектура
Параметры архитектуры
При разработке архитектуры необходимо определить
следующие параметры
Количество уровней
Для каждого уровня
множество задач, решаемых на уровне;
какой сервис
предлагает этот уровень вышележащему, и как к этому сервису получить доступ;
какой сервис необходим со стороны нижележащего уровня, и как к этому сервису получить доступ;
формат данных, принимаемых от вышележащего уровня и передаваемых нижележащему;
формат представления данных, обрабатываемых на уровне
Слайд 23Компьютерные сети
Введение
из 34
Многоуровневая архитектура
Методы коммутации
При передачи сигнала между двумя
устройствами им должна быть предоставлена линия связи. Поскольку физическую линию,
как правило, выделить невозможно, используются различные методы коммутации
Коммутация каналов
Коммутация пакетов
Коммутация сообщений
Слайд 24Компьютерные сети
Введение
из 34
Многоуровневая архитектура
Коммутация каналов
Коммутация каналов – создание непрерывного
составного физического канала из последовательно соединенных участков для прямой передачи
между взаимодействующими устройствами
Слайд 25Компьютерные сети
Введение
из 34
Многоуровневая архитектура
Коммутация пакетов
Все передаваемые сообщения разбиваются на
сравнительно небольшие части, называемые пакетами
Каждый пакет снабжается заголовком, содержащим адрес
получателя
Пакеты транспортируются по сети как независимые блоки
Получатель реконструирует исходное сообщение из пакетов
В дальнейшем мы будем предполагать
использование коммутации пакетов и полагать
пакет единицей передаваемых данных
Слайд 26Компьютерные сети
Введение
из 34
Многоуровневая архитектура
Передача данных
Формирование пакета начинается на самом
высоком уровне
На каждом уровне данные, полученные с вышележащего уровня, обрабатываются
и дополняются управляющей информацией в форме заголовка (header) и/или завершающего блока (trailer), и передаются на нижележащий уровень
Когда данные проходят через все уровни, они передаются в физическую среду передачи
Уровень N
Уровень 1
Уровень N-1
Уровень 2
Физическая среда передачи
данные
данные
данные
данные
данные
данные
Источник
Слайд 27Компьютерные сети
Введение
из 34
Многоуровневая архитектура
Прием данных
Пакет передается от уровня к
уровню снизу вверх
На каждом уровне интерпретируется только та информация, которая
содержится в заголовке или в завершающем блоке, которые были добавлены к пакету одноименным уровнем при передаче
Остальная часть пакета рассматривается как данные, и передается на вышележащий уровень
Уровень N
Уровень 1
Уровень N-1
Уровень 2
Физическая среда передачи
данные
данные
данные
данные
данные
данные
Источник
Приемник
Слайд 28Компьютерные сети
Введение
из 34
Многоуровневая архитектура
Передача/прием данных
Таким образом, при сетевом взаимодействии
пакет, отправленный i-ым уровнем источника, будет получен i-ым уровнем приемника,
то есть одноименные уровни соединены виртуальными каналами передачи данных (ВКПД)
Слайд 29Компьютерные сети
Введение
из 34
Многоуровневая архитектура
Передача/прием данных
Уровень N
Уровень 1
Уровень N-1
Уровень 2
данные
данные
данные
данные
данные
данные
Источник
Уровень
N
Уровень 1
Уровень N-1
Уровень 2
Физическая среда передачи
данные
данные
данные
данные
данные
данные
Приемник
ВКПД
ВКПД
ВКПД
ВКПД
ВКПД
ВКПД
Слайд 30Компьютерные сети
Введение
из 34
Многоуровневая архитектура
Передача/прием данных
Правила передачи данных между одноименными
уровнями определяются соответствующим протоколом
Для организации взаимодействия систем с
N-уровневой архитектурой требуется
по крайне мере N протоколов
Совокупность протоколов всех уровней, обеспечивающая взаимодействие сетевых устройств, называется стеком протоколов
Слайд 31Компьютерные сети
Введение
из 34
Заключение
В настоящее время, как правило, используется многоуровневая
архитектура сетевой системы
Протокол и стек протоколов – важнейшие понятия в
области компьютерных сетей
Слайд 32Компьютерные сети
Введение
из 34
Тема следующей лекции
Рекомендуемая модель взаимодействия открытых систем
(Open Systems Interconnection Reference Model), часть 1
Слайд 33Компьютерные сети
Введение
из 34
Вопросы для обсуждения
Слайд 34Компьютерные сети
Введение
из 34
Литература
Сети TCP/IP. Ресурсы Microsoft Windows 2000 Server.
– М.: Русская редакция, 2001.
В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. Компьютерные сети.
Принципы, технологии, протоколы. СПб: Питер, 2001.