1. Компьютерные сети и Internet. Основные термины и определения
 Скачать 490 Kb.
|
|
1. Компьютерные сети и Internet. Основные термины и определения. Интернет представляет собой всемирную компьютерную сеть, то есть сеть, связывающую в единое целое множество вычислительных устройств (перс комп-ры, сервера, ТВ и пр.) хост - что-то подключенное к И и способное выполнять приложения (синоним компьютера). оконечная система - все хосты, не являющиеся маршрутизаторами - никуда данные не передают (web-камера, web-сервер). мн-во всех оконечных систем (то, что не является маршрутизатором) определяет периферию сети. линия связи - то, чем связаны оконечные систем между собой. Сущ. мн-во различных линий связи, использующих разнообразные типы физических носителей: коаксиальные, медные, волоконно-оптические кабели, линии радиосвязи и пр.) пропускная способность - максимальная скорость передачи данных (бит/с). задержка - время, которое проходит от начала передачи на одной стороне до момента завершения на другой. клиент - процесс, который потребляет услуги сервер - процесс, который предоставляет услуги. марщрутизатор - специальное коммутирующее устройство, соединяющее множество последовательных линий, мн-во всех маршрутизаторов определяет ядро сети. пакет - порция данных. маршрут или путь пакета в сети - последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет. поставщик услуг И (И-провайдер ISP) - осуществляют доступ оконечных систем к Интернету. Подразделяются на локальные (ситилинк), региональные (sampo.ru) и глобальные (национальные) (рос-телеком). Местные Интернет-провайдеры подключаются к провайдерам более высокого звена. Каждый является административной единицей, передающей данные по протоколу IP и придерживающейся соглашений об именах и адресах, принятых в Интернете. Оконечные системы, маршрутизаторы и другие «компоненты» И используют протоколы, осуществляющие управление приемом и передачей информации внутри И (формат сообщения, последовательность, действия при приеме и при передаче). Наиболее распространенные протоколы - TCP и IP (определяет формат пакетов, передающихся между оконечными системами и маршрутизаторами). То, что мы называем «И» - открытый И. Кроме сущ. мн-во закрытых (частных) компьютерных сетей, предназначены для использования внутри фирм или организаций, не могут обмениваться сообщениями с внешней средой за исключением сообщений, проходящих через брандмаузеры, контролирующие поток входящих и исходящих сообщений. Такие сети получили название - интранет. С точки зрения технологий развития и существования И обеспечивается созданием, проверкой и внедрением Интернет-стандартов, которые вырабатываются проблемной группой разработок для И (IETF), и носят название RFC. 2. Протокол. Примеры. Аналогия из мира людей: каждый человек, находясь во взаимодействии с другими людьми следует определенным стереотипам общения. «Человеческий протокол» - правила хорошего тона - люди посылают определенные сообщения и принимают определенные действия в качестве реакции на эти события и другие события (например, отсутствие ответного сообщения в течение установленного промежутка времени). ТО протокол определяется набором входящих в него сообщений и ответных действий. Для корректного общения необходимо использование одного и того же протокола между собеседниками. Основное отличие сетевого протокола от человеческого в том, что обмен сообщениями происходит между аппаратными или программными средствами технического или ПО некоторого устройства. Любое движение Инфы в И между 2 или более устройствами подчинено протоколу. Протоколы: 1)маршрутизаторов: путь пакета от отправителя к получателю. 2)сетевых интерфейсных карт физически соединенных двух компьютеров (реализованы аппаратно): поток битов, передаваемых сетевому кабелю. 3)контроля перегрузки (используют на оконечных системах): контролируют частоту передачи пакетов. Запрос к web-серверу: к  лиент запрос на установления серверTCP соединения подтверждение установления TCP соединения GET… <�файл> Протокол определяет формат и очередность сообщений, которыми обмениваются два или более устройства, а также действия, выполняемые при передаче и/или приеме сообщений либо при наступлении иных событий. Протокол реализуется либо в виде модуля программного обеспечения либо в виде аппаратной схемы. Компьютерные сети, в том числе и Internet интенсивно используют протоколы. 3. Конечные системы, архитектура клиент-сервер, сервисы с установление и без установления соединения. В терминах И-технологий компьютеры, подключенные к глобальной Сети, часто называют оконечными системами. Этим они обязаны своему периферийному положению в структуре И. Это самые разнообразные устройства в том числе те, с которыми клиент на прямую не работает, например web-серверы и серверы эл почты. Оконченные системы часто называют более простым терминов хост. Основное отличие - способность исполнять приложения, предназначенные для работы с И: web-браузеры, пр-мы для создания и чтения эл сообщ., серверы эл. почты. Будем считать синонимами. Хосты делят на 2 подгруппы: клиенты и серверы. Клиентом будет называть программу выполняющуюся на оконечной системе, основной функцией которой является формирование и получение результатов обслуживания от программы - сервера, расположенной на другой оконечной системе. (Формально клиент - относительно маломощная вычислительная машина - ПК, органайзер). Такая модель взаимодействия оконечных систем, называемая моделью клиент-сервер, является доминирующей в И. Т.к. программа-клиент и программа-сервер выполняются на различных вычислительных устройствах, то, по определению, приложения модели клиент-сервер являются распределенными. Протокол TCP/IP предоставляет 2 вида служб оконченным системам: с установлением логического соединения и без. Служба с установлением логического соединения: особенность: клиент и сервер перед передачей данных обмениваются специальными управляющими пакетами - рукопожатие, по окончанию этой процедуры соединение установлено. Логическое соединении: 1) об установленном соединении знают только оконечные системы (маршрутизаторы функционируют не зная какие оконечные системы они обслуживают), 2) соединение представляет собой совокупность буферов обмена, выделенных в памяти оконечных систем а также переменных состояний (ни буферы, ни переменные не содержат инфы о том, каким образом будет осуществляться передача пакетов). Под надежной передачей данных понимается передача, в ходе которой не допускаются потери или искажения данных (обеспечивается при помощи механизма подтверждений и повторных посылок). контроль потока данных требуется для того, чтобы ни одна из сторон не превысила установленную скорость передачи пакетов. Но не обязательно установление логического соединения подразумевает надежную передачу или контроль перегрузок. Любая сеть, в которой перед передачей данных используется процедура рукопожатия использует службу с установлением логического соединения. Протокол - TCP. Служба без установления логического соединения: не использует процедуру рукопожатия. позволяет значительно сэкономит время при передаче данных и снижается надежность (контроль потока данных и перегрузки не производится -> потери). Протокол - UDP Большая часть популярных приложений работает по протоколу TCP (Telnet? SMTP, FTP, HTTP). UDP используется в IP телефонии и в аудио- видеоконференциях. 5. Коммутация каналов, коммутация пакетов, коммутация сообщений, маршрутизация. Ядро сети - маршрутизаторы. Сущ 2 фундаментальных подхода в организации ядра сети: коммутация каналов (телефонная сеть) и коммутация пакетов (современный И). При коммутации каналов происходит резервирование на время сеанса связи необходимых ресурсов (буферов, диапазонов частот) на всем сетевом пути. При коммутации пакетов ресурсы запрашиваются при необходимости и выделяются по требованию. Существует два класса сетей с коммутацией пакетов: с виртуальным каналом (Virtual Channel), Дейтаграммные (Datagram). Примеры дейтаграммных сетей: Internet на базе IP, X.25, Frame Relay, ATM. Сети с виртуальными каналами. Виртуальный канал устанавливается перед началом соединения и является единственным маршрутом для данного соединения. Динамический виртуальный канал устанавливается путем посылки запроса на соединение, которое проходит через коммутаторы и прокладывает виртуальный канал. При этом, коммутаторы запоминают маршрут и именно по нему пересылают все последующие пакеты. Статический виртуальный канал создается администраторами, путем ручной настройки. При отказе одного из элементов маршрута, соединение разрывается и виртуальный канал нужно прокладывать заново (это основное отличие от дейтаграммных сетей). Дейтаграммные сети - аналогичны обычной почте. Пакет помещается в своеобразный конверт (заголовок пакета содержит адрес назначения), который имеет иерархическую структуру. По прибытии пакета на маршрутизатор, он сравнивает соответствующую часть адреса назначения и отправляет пакет к следующему маршрутизатору.  Коммутация каналов: - С А - A к Д через 2 резервируется канал и устанавливается соединение - Д от А до Д B- Мультиплексирование в сетях с коммутацией каналов: Каждый канал связи в линии связи организовывается при помощи частотного (отводится определенная полоса частот, которая не изменяется в течении всего сеанса) либо временного разделения (время разбивается на равные промежутки - кадры, каждый кадр на фиксированное число слотов, суть в закреплении за каждой парой абонентов одного временного слота в каждом кадре), разделение по коду (каждый канал кодируется своим кодом) (радиоканалы). Недостаток - выделенные каналы связи нельзя освободить в периоды простоя. И необходимость в сложном сигнальном оборудовании для управления коммутациями и выделения частотных полос каналам связи. Коммутация пакетов: В современные компьютерных сетях происходит автоматическое разбиение больших по объему сообщений на более мелкие фрагменты - пакеты - единица передачи данных. При передаче пакет проходит через последовательность линий связи коммутаторов, обычно называемых маршрутизаторами. Передача по линии связи осуществляется с максимальной скоростью, которую способна обеспечить линяя связи. Большинство маршрутизаторов используют механизм передачи с промежуточным накоплением (перед тем как начать передачу, необходимо завершить процесс приема пакета в буфер). ТО возникает задержка накопления, обусловленная необх-ю ожидания окончания приема пакета. Если пакет длиной L бит, а R бит/с - скорость выходной линии связи, то задержка L/R с. Каждый маршрутизатор имеет мн-во входных и выходных линий связи. Каждая выходная линия имеет выходной буфер (или выходная очередь) - хранятся пакеты дл отправки. Если при окончании приема пакета линия занята, то его помещают в очередь выходного буфера. ТО присутствует задержка ожидания. (зависит от нагрузки линии связи). Т.к. размеры буферов ограничены, места может не хватить - может произойти потеря пакета либо уже стоящего в очереди, либо нового. статическое мультиплексирование - невозможность предсказать очередность пакетов при одновременной передачи пакетов 2 хостами.Для пересылки пакета длиной L бит между хостами при коммутации пакетов. Пусть Q - число линий связи, каждая обладает скоростью R бит/с. (задержки ожидания и распространения в сети отсутствуют). Общее время пересылки QL/R c. (для 1 - L/R … Q-1). Коммутация пакетов не позволяет организовать передачу в реальном времени, эффективная организация разделения пропускной способности линии связи, простая, эффективная, менее дорогостоящая. Пример: Пусть есть линия связи с пропускной способностью 1 Мбит/с. Каждый пользователь может пересылать данные со скоростью 10Кбит/с, либо находиться в состоянии простоя. Пусть пользователь активен 10% от общего времени. Если коммутация каналов: сеть может обслуживать одновременно только 10 пользователей (зарезервирована линия на сеанс). Если коммутация пакетов: вероятность наличия в сети одновременно активных 11 пользователей, при условии что общее число пользователей 35, составляет 0004. ТО вероятность. что в сети не более 20 пользователей - 0,9996, все пакеты будут проходить через сеть без задержек. При превышении порога в 10 активных пользователей в сети будут наблюдаться перегрузки, которые приведут к появлению и росту очередей пакетов, когда число акт польз упадет ниже 10, очереди станут уменьшаться. Из приведенных расчетов следует, что с вероятностью близкой к 1, сеть с коммутацией пакетов не приведет к дополнительным ожиданиям, обслуживая более чем втрое больше пользователей, чем сеть с коммутацией пакетов. Сегментирование сообщений: в большинстве современных сетей с коммутацией пакетов передающий хост разбивает длинные сообщений, генерируемые приложениями на более мелкие пакеты, они доставляются адресату, которой собирает из них исходное сообщение. Если в сети с коммутацией пакетов не производится сегментирование исходных сообщений (сообщения передаются целиком), то говорят, что сеть функционирует в режиме коммутации сообщений. Когда сообщение разбито на пакеты, говорят о конвейерной передаче сообщения, то есть параллельной (одновременной) передачи его фрагментов (пакетов) по различным линиям связи. Пример: Сообщение 7.5 Мбит, скорость 15 Мбит/с A----R1----R2----B - все каналы имеют одинаковую пропускную способность. A R! R2 B 5   10 15 7.5*106/1.5Мбит/с = 5с t = 5c + 5c + 5c = 15c Таже порция данных разделена на 5000 пакетов по 1500 бит A  R1 R2 B1 2 3 ….. 5000 5001 5002 1500/1.5Мбит/с = 0,001c - время 1 пакета, второй достигнет за 0.002с итд, последний пакет 5000*0,001 = 5с. ТО время передачи 5,002с. Главное отличие в том, что передача параллельна, активны все узлы, а не один. Каждый сегмент в себе кроме данных несет массив контрольной информации, заключенной в заголовке сообщения, может содержать такие данные как адреса отправителя и получателя, а также идентификатор пакета. Если очень сильно поделить сообщение, то большая часть сегмента- служебная информация. h - контр инф, R - размер сообщения. Оптимальный размер сегмента S = f(h, R). 6. Сети доступа и среды передачи данных. Сущ 2 класса сетей с коммутацией пакетов: Дейтаграммные сети и сети с виртуальными каналом. Различаются механизмом передачи внутри сети. Дейтаграммные сети - сети, в которых данные передаются на основе анализа адреса получателя. Если сеть использует виртуальный канал, то говорят о сети с виртуальным каналом. Виртуальный канал( VC) характеризуется: 1) маршрутом, по которому передаются все пакеты от отправителя к получателю, 2) номерами VC, по 1 на каждую линию связи, образующих маршрут, 3) записями в таблицах трансляции номеров VC, имеющихся в каждом из коммутаторов на маршруте. После такого соединения между отправителем и получателем установлено соединение, отправитель может начинать пересылку пакетов с соответствующими номерами VC. Т.к. у каждой линии связи свой номер VC, каждый раз при прохождении пакета через коммутатор номер VC автоматически изменяется. Коммутаторы такой сети располагают маршрутной инф для каждого соединения. Статический виртуальный канал создается администраторами, путем ручной настройки. При отказе одного из элементов маршрута, соединение разрывается и виртуальный канал нужно прокладывать заново (это основное отличие от дейтаграммных сетей). Дейтаграммные сети можно рассматривать как аналог почтовой службы. каждый передаваемый пакет содержит адрес, имеющий иерархическую структуру. Каждый раз при получении пакета коммутатор анализирует часть адреса и отправляет пакет в соответствующую линию связи (коммутатор снабжен таблицей маршрутизации, связывающей конечные адреса или их фрагменты с линиями связи). Доступ к сети: 1) резидентный (подключение к сети домашних оконечных систем); осуществляется с помощью модема и коммутируемой телефонной линией посредством подключения к сети местного И-провайдера (Modem). Существуют более удобные широкополосные средства сетевого доступа: цифровые абонентские лини (DSL) и оптоволоконно-коаксиальные кабели (HFC). 2) корпоративный (подключение оконечных систем, находящихся в частных гос организациях); доступ осуществляется при помощи локальных сетей (LAN), соединяющих оконченные системы с периферийными маршрутизаторами. Наиболее распространенная технология локальных сетей Ethernet. 3) мобильный (портативные системы) Беспроводные локальные сети позволяют пользователям обмениваться данными через базовую станцию - точку доступа, на расстоянии десятков метров.(Wi-Fi) В Беспроводных сетях с удаленным доступом базовая станция управляется поставщиком услуг и обеспечивает доступ на расстоянии до десятков км. Физическая среда передачи данных: 1) проводная (оптоволокно, медная витая пара, коаксиальный кабель) 2) беспроводная (спутники, беспроводные локальные сети). Фактическая стоимость физической линии связи как правило не значительна по сравнению со стоимостью других сетевых компонентов, стоимости работ по прокладке. ТО многие сразу прокладывают несколько типов кабеля. Медная витая пара: самый дешевый и наиболее популярный вид кабеля. Состоит из 2 изолированных медных проводов толщиной 1мм, заключенных в спиральную оболочку. Неэкранированная витая пара (UTP) используется в офисных локальных сетях, расположенных в 1 здании. Скорость то 10Мбит/с до 1 Гбит/с. Используется 2 типа: НВП категории 3 (голосовые линии) и категории 5 (офисные комп сети). С её помощью реализуется коммутированные модемный доступ, а также DSL. Коаксиальный кабель: Состоит из 2х медных проводников, расположенных концентрически. С немодулируемой передачей (легкий, гибкий, применяется в локальных сетях, 50 Ом). С модулируемой передачей (75 Ом, толще, тяжелее, используется в системах кабельного телевидения). Оптоволоконный кабель: представляет собой тонкий, гибкий кабель, внутри которого распространяются световые импульсы, несущие инфу о передаваемых битах. Способен передавать данные на огромных скоростях, не подвержены эл наводкам, имеют оч низкий уровень ослабления сигнала на единицу протяженности и обладают значительной устойчивостью к механическим повреждениям. Используются для передачи данных в И, в телефонии на бол расстояниях. Территориальные радиоканалы: передают сигналы с помощью электромагнитных вол радиодиапазона. Не требуют твердого проводника сигналов. Хар-ки зависят от среды передачи и расстояния между оконечными системами. Локального распространения (сотни м - локальные сети). Удаленного распространения (мобильный доступ). Спутниковые радиоканалы: Спутник организует взаимодействие между 2 или более наземными приемопередатчиками. Принимает сигналы одного частотного диапазона, производит их регенерацию с помощью повторителя, а затем передает сигнал в другом частотном диапазоне. |