КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

1.Концепции построения компьютерных сетей. Локальные компьютерные сети. Топологии локальных компьютерных сетей.

Концепции построения сети:

Самая простая сеть состоит  как  минимум из двух компьютеров, соединенных между собой кабелем.. В качестве сети  передачи  данных  может использоваться:  телефонная сеть;  радиоканалы;  спутниковая связь;  выделенные кабели.

В сети ЭВМ могут присутствовать разные машины разных типов, с разными ОС.

Сетью называется группа соединенных компьютеров и других устройств.

Концепция соединенных и совместно использующих ресурсы компьютеров носит название сетевого взаимодействия.

Принципиальная особенность компьютерной сети – территориальная рассосредоточенность ресурсов.

Ресурсами вычислительной сети являются:  аппаратура; ПО; информация.

Компьютерные сети обеспечивают: Обмен данными на больших территориях;  Общий доступ к ресурсам ЭВМ;  Перераспределение вычислительных ресурсов между пользователями;  Гибкую среду для работы, образования, отдыха.

Сначала КС были небольшими и объединяли до 10 компьютеров и один принтер. Технология ограничивала размеры сети, в т.ч. количество ЭВМ в сети и ее физическую длину. Например, 30 компьютеров при длине кабеля 185 метров. Такие сети называются локальными КС (ЛВС(LAN)).
Сейчас наряду с LAN широко используют и глобальные вычислительные сети (ГВС(WAN)).

 Топологии КС

  Под топологией вычислительной сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети, а ребрам - физические связи между ними.

Компьютеры, подключенные к сети часто называют станциями или узлами сети.

Конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров между собой и может отличаться от конфигурации логических связей между узлами сети.

Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети и образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.

Полносвязная топология

соответствует сети, в которой каждый компьютер сети связан со всеми остальными.

Ячеистая топология (mesh) получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей.

Связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы.

Общая шина

Очень распространена в локальных сетях. В этом случае все компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю. Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. Взаимодействие компьютеров происходит следующим образом:

При передаче сигналов: Данные передаются всем компьютерам, но получает только тот, кому адресованы.

Отражение сигнала. Данные или электрические сигналы распространяются по всей сети - от одного конца кабеля к другому. Если не принимать никаких действий, сигнал, достигая конца кабеля будет отражаться и будет невозможными другие передачи данных, поэтому как только данные достигнут адресата, электрические сигналы нужно погасить.

Чтобы предотвратить отражение сигнала, на конце кабеля устанавливают терминаторы.

Звезда

При такой топологии компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором,

Функции концентратора:

1. Направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети.

2. Фильтрация информации, поступающей от узлов в сеть, при необходимости блокирование запрещенные администратором передачи.

Кольцо

  В сетях с кольцевой конфигурацией данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило в одном направлении.

Если компьютер распознает данные, как свои, то они копируются во внутренний буфер.

Сети со смешанной топологией (или комбинированные) представляют собой крупные сети с произвольными связями между компьютерами. В таких сетях можно выделить фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию.

Логическая топология - Token Ring

 Рабочие станции (РСт) сети Token Ring используют маркер для определения того, какая РСт должна передавать информацию в данный момент времени.
Если она ничего не должна передавать, то передаёт следующей РСт свободный маркер, и этот процесс продолжается до тех пор, пока маркер не РСт, которой требуется передать данные.

Данные «путешествуют», начиная от исходной РСт последовательно от узла к узлу сети. Каждая станция проверяет адрес, приведенный в пакете данных.
Если данные предназначены этой РСт, она сохраняет копию данных и посылает оригинал далее.

Если данные не предназначены этой станции, она просто пересылает их следующей станции в сети

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

2.Привести многоуровневую архитектуру модели  OSI. Взаимодействие уровней модели OSI. Дать характеристику прикладному и представительскому и транспортному уровням модели OSI.

В основе сетевых протоколов лежит международный стандарт "Взаимодействие открытых систем" (OSI - Open Sysytem Interconnection) принята организацией ISO (International Standart Organization).

В 1984 году ISO выпустила новую версию своей модели, названной эталонной моделью взаимодействия открытых систем. Версия 1984 года стала международным стандартом.

В модели OSI сетевые функции распределены между семью уровнями. Каждому уровню соответствуют различные сетевые операции, оборудование и протоколы.

7.Прикладной; 6.Представительский; 5.Сеансовый; 4.Транспортный; 3.Сетевой; 2.Канальный; 1.Физический

1,2 уровни - определяют физическую среду передачи данных и сопутствующие задачи - передача битов данных через плату сетевого адаптера и кабель.

6,7 уровни - определяют каким способом осуществляется доступ приложений к услугам связи.
Услугой называют набор функций, выполняемых уровнем для вышележащего уровня в модели OSI.Услуга характеризуется интерфейсом по данным и функциями между ними.

Чем выше уровень, тем более сложную задачу от решает.

Уровни отделяются друг от друга интерфейсами. Запросы от одного уровня к другому передаются через интерфейс.

Перед подачей в сеть данные разбиваются на пакеты.
Пакет - единица информации, передаваемая между устройствами сети, как единое целое. Пакет проходит последовательно через все уровни ПО.

На каждом уровне к пакету добавляется некоторая информация, форматирующая или адресная, необходимая для успешной передачи данных по сети.

На принимающей стороне пакет проходит через все уровни в обратном порядке. ПО на каждом уровне читает информацию пакета, затем удаляет информацию, добавленную пакету на этом же уровне отправляющей стороной и передает пакет следующему уровню.

Взаимодействие смежных уровней осуществляется через интерфейс.
Интерфейс определяет услуги, которые нижний уровень предоставляет верхнему и способ доступа к ним.

Прикладной уровень: (Application)   самый верхний уровень модели OSI. Обеспечивает услуги, напрямую поддерживающие приложения пользователя, такие как ПО для передачи файлов, доступа к БД и эл. почта. Прикладной уровень управляет общим доступом к сети, потоком данных и обработкой ошибок.

Представительский уровень: (Presentation) определяет формат, используемый для обмена данными между РС в сети. Отвечает за преобразование протоколов, трансляцию данных, их шифрование и т.д. Управляет сжатием данных для уменьшения передаваемых битов.

Сеансовый уровень (Session): на сеансовом уровне устанавливается и завершается соединение двух приложений (сеанс). Выполняется управление диалогом между приложениями. В поток пакетов вставляется контрольная точка (специальные пакеты) для повторной передачи пакета в случае ошибки. Выполняется повторная передача пакетов с контрольных точек.

Транспортный уровень: гарантируется доставка пакетов без ошибок в необходимой последовательности без потерь, и без дублирования (может выполняться перепаковка пакетов одинаковой длины).

Сетевой уровень:   На сетевом уровне происходит перевод логических адресов в физические и определение маршрута для передачи

Канальный уровень - промежуток между логическим и физическим. Он преобразует и передает кадры сообщений физическому уровню.

Кадр - логически организованная структура, в которую можно помещать данные.

Передача кадров между канальными уровнями осуществляется с подтверждением.
Кадры, поврежденные при передаче, или кадры, получение которых не подтверждено, посылаются вторично

Дейтаграмма - пакет данных, доставка которых не гарантируется.

Основные функции канального уровня:

1.   Управление каналом передачи данных;

2.  Управления доступом к среде передачи передача данных;

3.   Передача данных по каналу;

4. Обнаружение ошибок в канале и их коррекция

 Физический уровень определяются электрические, механические, функциональные и иные параметры реализации физической связи.

Физический уровень - описывает процесс прохождения сигналов через среду передачи между сетевыми устройствами.

Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Физический уровень поддерживается сетевым адаптером.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

3.Использование IP-адресации в компьютерных сетях. Автоматизация процесса назначения IP-адресов.

Протокол IP требует, чтобы каждому устройству в сети был присвоен адрес. Каждому устройству в сети присваивается уникальный 32-битный адрес, который называют IP-адресом.

IP-адрес представляется последовательностью из 4-х октетов. Каждая четверка октетов определяет уникальный адрес, где одна часть представляет сеть (и возможно подсеть), а вторая отдельный узел в сети.

В адрес входит: идентификатор сети, к которой подсоединено устройство; идентификатор самого устройства, уникальный в данной сети.

Схема адресации позволяет проводить: единичную, широковещательную , групповую адресацию.

Широковещательная адресация позволяет обращаться ко всем устройствам в сети. В этих адресах поле идентификатора устройства заполнено единицами. IP-адресация допускает широковещательную передачу, но не гарантирует ее.

Групповая адресация используется для отправки сообщений определенным адресатам.

Для групповой передачи рабочие станции и маршрутизаторы используют протокол IGMP (Internet Group Management Protocol), который предоставляет информацию о принадлежности устройств определенным группам.

Специальные адреса  Несколько адресов имеют специальное значение:

Адрес, в котором часть, отвечающая за номер сети, содержит нули, соответствует узлу в локальной сети.

127.0.0.0 - локальный тестовый адрес на локальной станции.

127.0.0.1 - текущая машина - localhost

Адрес ALL - адрес, все биты в части адреса узла которого равны 1, например, 192.18.255.255 - сообщение поступит на все узлы, находящиеся в сети 192.18.

Автоматизация процесса назначения IP-адресов. Протокол Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) освобождает администратора от распределения адресов вручную, автоматизируя процесс назначения IP-адресов.

Протокол DHCP работает в соответствии с моделью клиент-сервер.

Во время старта системы компьютер, являющийся DHCP-клиентом, посылает в сеть широковещательный запрос на получение IP-адреса. DHCP-сервер откликается и посылает сообщение-ответ, содержащий IP-адрес. Предполагается, что DHCP-клиент и DHCP-сервер находятся в одной IP-сети.

При динамическом распределении адресов DHCP-сервер выдает адрес клиенту на ограниченное время, что дает возможность повторного использования этого адреса.

Основное преимущество DHCP - автоматизированное конфигурирование стека TCP/IP на каждом компьютере.

При автоматическом статическом способе DHCP-сервер присваивает IP-адрес из пула наличных IP-адресов без вмешательства администратора. Границы пула указывает администратор при конфигурировании DHCP-сервера.   

DHCP-сервер может назначить клиенту не только IP-адрес клиента, но и другие параметры стека TCP/IP, н-р, маску подсети, IP-адрес маршрутизатора по умолчанию, IP-адрес сервера DNS, доменное имя компьютера.

Протокол DHCP поддерживает три механизма выделения адресов: автоматический, динамический и ручной.

Динамический механизм

1. Клиент посылает в собственную физическую подсеть широковещательное сообщение DHCPDISCOVER, в котором могут указываться устраивающие клиента IP-адрес и срок его аренды.

2. Любой из DHCP-серверов может ответить на поступившее сообщение DHCPDISCOVER сообщением DHCPOFFER, включив в него доступный IP-адрес (yiaddr) и, если требуется, параметры конфигурации клиента. На этой стадии сервер не обязан резервировать указанный адрес.

3. Клиент не обязан реагировать на первое же поступившее предложение. Допускается, чтобы он дождался откликов от нескольких серверов и, остановившись на одном из предложений, отправил в сеть широковещательное сообщение DHCPREQUEST. Не исключено, что клиента не устроит ни одно из серверных предложений. Тогда вместо DHCPREQUEST он снова выдаст в сеть запрос DHCPDISCOVER, а серверы так и не узнают, что их предложения отклонены. Именно по этой причине сервер не обязан резервировать помещенный в DHCPOFFER адрес.

4. Присутствующий в сообщении DHCPREQUEST идентификатор позволяет соответствующему DHCP-серверу убедиться в том, что клиент принял именно его предложение. В ответ сервер отправляет подтверждение DHCPACK, содержащее значения требуемых параметров конфигурации, и производит соответствующую запись в базу данных.

Если к моменту поступления сообщения DHCPREQUEST предложенный адрес уже <ушел> к другому клиенту (например, первая станция слишком долго <размышляла> над поступившими предложениями), сервер отвечает сообщением DHCPNACK.

5. Получив сообщение DHCPACK, клиент обязан убедиться в уникальности IP-адреса (средствами протокола ARP) и зафиксировать суммарный срок его аренды. Последний рассчитывается как время, прошедшее между отправкой сообщения DHCPREQUEST и приемом ответного сообщения DHCPACK, плюс срок аренды, указанный в DHCPACK.

Обнаружив, что адрес уже используется другой станцией, клиент обязан отправить серверу сообщение DHCPDECLINE и не ранее чем через 10 с начать всю процедуру снова. Процесс конфигурирования возобновляется и при получении серверного сообщения DHCPNACK

При достижении тайм-аута в процессе ожидания серверных откликов на сообщение DHCPREQUEST клиент выдает его повторно.

6. Для досрочного прекращения аренды адреса клиент отправляет серверу сообщение DHCPRELEASE.

Уровень межсетевых взаимодействий стека TCP/IP должен заниматься задачей отображения IP-адресов в локальные адреса.

Поэтому необходим механизм, переводящий IP адреса в адреса Ethernet. Это так называемый Address Resolution Protocol (Протокол Решения Адреса), или ARP