Тема 8. Локальные и глобальные сети ЭВМ

архитектуры. Сетевые протоколы. Среда клиент-сервер.

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.

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

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.

управляет общим доступом к сети, потоком данных и восстановлением данных

после сбоев связи.
Уровень представления (Presentation). Уровень 6. Определяет формат, используемый для обмена данными между сетевыми компьютерами, кодирует и сжимает передаваемые данные определенным стандартным образом.
Сеансовый уровень (Session). Уровень 5. Позволяет двум приложениям разных компьютеров устанавливать, использовать и завершать соединение, называемое сеансом,устанавливая, какая из сторон, когда, как долго и т.д. должна осуществлять передачу.
Транспортный уровень (Transport). Уровень 4. 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, 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 - TCP и SPX.

за адресацию сообщений и перевод логических адресов и имен в

физические, 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. 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. Простой кадр данных: идентификатор отправителя - адрес компьютера-отправителя, а идентификатор получателя - адрес компьютера-получателя..

Управляющая информация используется для маршрутизации, указания типа пакета и сегментации. CRC (Cyclical Redundancy Check — циклический код) позволяет выявить ошибки и гарантирует правильный прием информации

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 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 драйверы обеспечивают связь между платами сетевого адаптера и работающими на компьютере редиректорами. Редиректор — это часть сетевого ПО, которое принимает запросы ввода/вывода, относящиеся к удаленным файлам, и переадресовывает их по сети на другой компьютер.

доступ с передачей маркера,
доступ по приоритету запроса.

Метод доступа

— набор правил, которые определяют, как компьютер должен отправлять и принимать данные по сетевому кабелю.

Множественный доступ с контролем несущей подразделяется на:
множественный доступ с обнаружением коллизий;
множественный доступ с предотвращением коллизий.

Access with Collision Detection, CSMA/CD). Все компьютеры в сети —

и клиенты, и серверы — прослушивают кабель, стремясь обнаружить передаваемые данные, т.е. трафик. Компьютер может начать передачу только тогда, когда убедится, что кабель свободен - трафик отсутствует. Пока кабель занят, ни один из компьютеров не может вести передачу. Если возникает коллизия, то эти компьютеры приостанавливают передачу на случайный интервал времени, а затем вновь стараются наладить связь. Причем периоды ожидания у них разные, что снижает вероятность одновременного возобновления передачи.

Способность обнаруживать коллизии ограничивает область действия самого CSMA/CD. При длине кабеля > 2,5 км механизм обнаружения коллизий становится неэффективным — некоторые компьютеры могут не услышать сигнал и начнут передачу, что приведет к коллизии и разрушению данных.

Access with Collision Avoidance, CSMA/ СА). Каждый компьютер перед передачей

данных в сеть сигнализирует о своем намерении, поэтому остальные компьютеры «узнают» о готовящейся передаче и могут избежать коллизий. Однако широковещательное оповещение увеличивает общий трафик и уменьшает пропускную способность сети. Поэтому CSMA/CA работает медленнее, чем CSMA/CD.
Доступ с передачей маркера. Пакет особого типа, маркер (token), циркулирует от компьютера к компьютеру. Чтобы послать данные в сеть, любой компьютер должен сначала «дождаться» прихода свободного маркера и «захватить» его. Захватив маркер, компьютер может передавать данные. Когда какой-либо компьютер наполнит маркер своей информацией и пошлет его по сетевому кабелю, другие компьютеры уже не смогут передавать данные, так как в каждый момент времени только один компьютер использует маркер. В сети не возникает ни состязания, ни коллизий, ни временных задержек.

разработанный для сети Ethernet со скоростью передачи 100 Мбит/с .

Этот метод учитывает своеобразную конфигурацию сетей, которые состоят только из концентраторов и оконечных узлов. Концентраторы управляют доступом к кабелю, последовательно опрашивая каждый узел в сети и выявляя запросы на передачу. Концентратор должен знать все адреса связи и узлы и проверять их работоспособность. Оконечным узлом в соответствии со спецификацией может быть компьютер, мост, маршрутизатор или коммутатор.
Для сетей с использованием доступа по приоритету запроса разработана специальная схема кабеля, поэтому каждый компьютер может одновременно передавать и принимать данные. Применяется восьмипроводный кабель, по каждой паре проводов которого сигнал передается с частотой 25 Мгц.

как единое целое.
При разбиении данных на пакеты сетевая ОС добавляет

к каждому пакету специальную управляющую информацию, которая обеспечивает передачу исходных данных небольшими блоками, сбор данных в определенном порядке (при их получении), проверку данных на наличие ошибок (после сборки).
Компоненты пакета группируются по трем разделам: заголовок, данные и трейлер.
Заголовок включает:
сигнал о том, что передается пакет,
адрес источника,
адрес получателя,
информацию, синхронизирующую передачу.
Для большинства сетей размер пакета составляет от 512 байт до 4 Кбайт.

Передача данных в сети

правил или стандартов для осуществления связи и обмена информацией между

компьютерами). Чаще всего трейлер содержит информацию для проверки ошибок, называемую избыточным циклическим кодом (Cyclical Redundancy Check, CRC). CRC - это число, получаемое в результате математических преобразований данных пакета и исходной информации. Когда пакет достигает места назначения, эти преобразования повторяются. Если результат совпадает с CRC — пакет принимается без ошибок. В противном случае передача пакета повторяется.

CSMA/CD. Другие используемые топологии -звезда-шина. Спецификация — IEEE 802.3. Скорость

передачи данных — 10 или 100 Мбит/с. Кабельная система — толстый и тонкий коаксиальный кабель, UTP.
Ethernet разбивает данные на пакеты (кадры), формат которых отличается от формата пакетов в других сетях. Длина 64—1518 байтов, но сама структура использует 18 байтов, поэтому остается 46-1500 байтов.
Максимальная общая длина сети 925 м. Общее число компьютеров в сети достигает 1024.

От других сетей ее отличает не только наличие уникальной кабельной

системы, но и использование метода доступа с передачей маркера. Топология типичной сети — звезда/кольцо. Соединение выполняется через концентратор в виде звезды, а физическое кольцо реализуется в концентраторе. Кабельная система - UTP и STR Скорость передачи — 4 и 16 Мбит/с.

Основным компонентом сетей Token Ring является концентратор, реализующий физическое кольцо. В сети с передачей маркера вышедший из строя компьютер или соединение останавливают движение маркера, что ведет к прекращению работы всей сети. Концентраторы разработаны таким образом, чтобы обнаруживать вышедшую из строя плату СА и вовремя отключать ее. Эта процедура позволяет обойти отказавший компьютер, поэтому маркер продолжает циркулировать по сети.

осуществления некоторой связи.
Различают три определяющих свойства протоколов:
Каждый протокол предназначен для

различных задач и имеет свои преимущества и недостатки.
Протоколы работают на разных уровнях модели OSI. Функции протокола определяются уровнем, на котором он работает.
Несколько протоколов могут работать совместно. В этом случае они образуют так называемый стек, или набор протоколов.

Данные, передаваемые из одной локальной сети в другую по одному из возможных маршрутов, называются маршрутизированными, а протоколы, поддерживающие передачу данных между сетями по нескольким маршрутам, — маршрутизируемыми.

среде, т.е. между компьютерами разных типов.
Совместимость — одно из

основных преимуществ TCP/IP, поэтому его поддерживают большинство ЛВС. Кроме того, TCP/IP предоставляет маршрутизируемый протокол для корпоративных сетей и доступ в Интернет. Из-за своей популярности TCP/IP стал стандартом де-факто для межсетевого взаимодействия.
У TCP/ IP есть два главных недостатка: большой размер и недостаточная скорость работы. Но для современных ОС это не является проблемой (проблема только у DOS-клиентов), а скорость работы сравнима со скоростью работы протокола IPX.
Стек TCP/IP включает и другие протоколы:
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — для обмена E-mail;
FTP (File Transfer Protocol) - для обмена файлами;
SNMP (Simple Network Management Protocol) — для управления сетью.
Протокол TCP/IP в точности не соответствует модели OSI. Вместо семи уровней в нем используется только четыре:
- Уровень сетевого интерфейса.
- Межсетевой уровень.
- Транспортный уровень.
- Прикладной уровень.
Каждый из них соответствует одному или нескольким уровням модели OSI.

которой один мощный сервер — мейнфрейм выполнял основную работу в

сети, а пользователи получали доступ к нему при помощи недорогих и низкопроизводительных компьютеров — терминалов.

В настоящее время большинство сетей использует модель клиент-сервер.
Сеть архитектуры клиент-сервер — это сетевая среда, в которой компьютер-клиент инициирует запрос компьютеру-серверу, выполняющему этот запрос.