Стандартизация компьютерных систем. Понятие интерфейса, протокола и стека. Модель OSI. Методы коммутации в компьютерных сетях.

По своей сущности компьютерная сеть является сов-тью компьютеров и сетевого оборудования, соединенных каналами связи. Поскольку компьютеры и сетевое оборудование м. б. разных производителей, то возникает проблема их совместимости. Без принятия всеми производителями общепринятых правил построения оборудова­ния создание компьютерной сети было бы невозможным. Поэтому раз­работка и создание компьютерных сетей могут происходить только в рамках утвержденных стандартов. В основу стандартизации компьютерных сетей положен принцип декомпозиции, т.е. разделения сложных задач на отдельные, более простые подзадачи. Каждая подзадача имеет четко определенные функции и строго установленные связи между ними. При более внимательном рас­смотрении работы компьютера в сети можно выделить две основные подзадачи:

• взаимодействие ПО пользователя с физическим каналом связи (посредством сетевой карты);

• взаимодействие компьютера через канал связи с другим компьютером.

Современное ПО компьютера имеет мно­гоуровневую модульную структуру, т.е. программный код, написан­ный программистом и видимый на экране монитора (модуль верхнего уровня), проходит несколько уровней обработки прежде чем превра­тится в электрический сигнал (модуль нижнего уровня), передавае­мый в канал связи. При взаимодействии компьютеров через канал связи оба они должны выполнить ряд соглашений. Например, они должны согласовать величину и форму электрических сигналов, длину сообщений, методы контроля достоверности и т.д. Соглашения должны быть такими, чтобы они были поняты каждым модулем на соответствующем уровне каждо­го компьютера. Суть работы многоуровневого протокола можно пояснить как «письмо в конверте». Каждый уровень протокола надписывает на «кон­верте» свою информацию. Сетям нужно только понимать «надпись» на «конверте», чтобы передать его в место назначения, а до содержания письма им дела нет. Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются модули, лежащие на одном уровне, но в различных компьютерах, называются протоколами. Модули, реализующие протоколы соседнего уровня и находя­щиеся в одном компьютере, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами и с помощью стандар­тизованных форматов сообщений. Эти правила называются интерфей­сом и определяют набор сервисов, предоставляемых данным уровнем соседнему уровню. Другими словами, в сетевых технологиях традиционно принято, что протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня, но в разных компьютерах, а интерфейсы- соседних уровней в одном компьютере. Модули, таким образом, должны обрабатывать: во-первых, свой собственный протокол, а во-вторых, интерфейсы с сосед­ними уровнями. Иерархически организованный набор протоколов для взаимодействия компьютеров в сети называется стеком коммуникационных протоколов. Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как про­граммно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней, как правило, реализуются комбинацией программно-аппаратных средств, а протоко­лы верхних уровней - чисто программными средствами. Отметим, что протоколы каждого уровня обладают независимо­стью друг от друга, т.е. протокол любого уровня может быть изменён, не оказывая при этом никакого влияния на протокол другого уровня. Глав­ное, чтобы интерфейсы обеспечивали необходимые связи между ними. Принцип взаимодействия компьютеров в сети можно объяснить на примере сотрудничества двух фирм. Два генеральных менеджера каждой из фирм осуществляют сделки между собой на основании за­ключенных договоров и соглашений. Указанные взаимодействия явля­ются «протоколом уровня генеральных менеджеров». В каждой из фирм у менеджеров есть секретари, причем каждый менеджер имеет свой метод и стиль работы с секретарем. Один, например, предпочита­ет устные указания, а второй дает только письменные распоряжения. Таким образом, каждая фирма имеет свой собственный интерфейс «главный менеджер-секретарь», что не мешает, однако, нормально ра­ботать генеральным менеджерам между собой. Секретари в свою оче­редь договорились обмениваться информацией с помощью факсов, реализуя протокол «секретарь-секретарь». В случае, если секретари пе­рейдут на электронную почту, то генеральные менеджеры этого даже и не заметят- главное, чтобы секретари выполняли их распоряжения, т.е. должен безукоризненно работать интерфейс «менеджер-секретарь». С другой стороны, менеджеры могут заключить совершен­но новый договор, т.е. изменить «протокол уровня генеральных ме­неджеров». Передача не старого, а нового договора на уровне секрета­рей пройдет для них абсолютно не замеченной. В рассмотренном примере мы определили два уровня протоколов -уровень генеральных менеджеров и уровень секретарей. Каждый из ука­занных уровней имеет свой собственный протокол, который может быть изменен независимо от протокола другого уровня. Такую независимость обеспечивает правильное функционирование интерфейсов «менеджер-секретарь». Независимость протоколов каждого уровня друг от друга и взаи­модействие самих уровней посредством интерфейсов являются важней­шей предпосылкой для создания ряда стандартных протоколов для ком­пьютерных сетей. МОДЕЛЬ О81.В начале 80-х гг. XX в. ряд международных организаций (в их чис­ло входила и организация 13О) разработали стандартную модель сетево­го взаимодействия, которую назвали моделью взаимодействия откры­тых систем. В модели 051 все протоколы сети делятся на семь уровней: физический, канальный, сетевой, транс­портный, сеансовый, представительный и прикладной. Физический уровень имеет дело с передачей битов информации по физическим каналам связи. Такими каналами могут быть, например, коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный ка­бель. На этом уровне стандартизируются характеристики электрических сигналов, уровни напряжения и тока, тип кодировки информации, ско­рость передачи сигналов, а также типы разъемов и назначение каждого контакта. Канальный уровень обеспечивает надежную пе­редачу данных через физический канал. Канальный уровень оперирует блоками данных, называемыми кадрами. Основной задачей канального уровня является прием кадра из сети и отправка его в сеть. При выпол­нении этой задачи канальный уровень осуществляет физическую адресацию передаваемых сообщений, контролирует соблюдение правил использования физического канала, выявляет неисправности, управляет потоками информации. Протоколы канального уровня зависят от струк­туры связей между компьютерами и способов их адресации. Кадр может быть доставлен по сети к другому компьютеру только в том случае, если протокол соответствует той топологии, для которой он был разработан. К таким топологиям относятся указанные выше - общая шина, кольцо и звезда. Примерами протоколов канального уровня для локальных сетей являются Ethernet, Token Ring, FDDI, 100 VG-AnyLAN, для глобальных – PPP, SLIP, LAP-B, LAP-D. Для реализации протоколов канального уровня используется спе­циальное оборудование: концентраторы, мосты, коммутаторы. Сетевой уровень служит для образования еди­ной системы, объединяющей несколько сетей. Причем они могут быть различной топологии, использовать совершенно различные принципы сообщений между конечными узлами и обладать произ­вольной структурой. Сети соединяются между собой специальными устройствами, на­зываемыми маршрутизаторами. Маршрутизатор - это устройство, кото­рое собирает данные о топологии межсетевых соединений и на ее осно­вании пересылает пакеты информации из одной сети в другую. После­довательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет, называ­ется маршрутом, а выбор маршрута - маршрутизацией. Маршрутиза­ция является главной задачей сетевого уровня. На последнем действуют три протокола: сетевой - для определения правил передачи пакетов от конечных узлов к маршрутизаторам и между маршрутизаторами; мар­шрутизации - для сбора информации о топологии сети; разрешения ад­ресов - для отображения адреса узла, используемого на сетевом уровне в локальном адресе сети (АRР-адрес). Примерами протоколов сетевого уровня являются протокол межсетевого взаимодействия 1Р стека ТСР/ IР и протокол межсетевого обмена пакетами IРХ стека Novell. Транспортный уровень предназначен для опти­мизации передачи данных от отправителя к получателю с той степенью надежности, которая требуется. Основная задача транспортного уров­ня - обнаружение и исправление ошибок в сообщениях, пришедших с описанных выше уровней. Начиная с транспортного уровня, все дальнейшие протоколы реа­лизуются программным обеспечением компьютера, обычно включаемо­го в состав сетевой операционной системы. Примерами транспортных протоколов являются ТСР стека ТСР/ IР и SРХ Novel.Сеансовый уровень управляет диалогом между двумя компьютерами. На этом уровне устанавливаются правила нача­ла и завершения взаимодействия. На сеансовом уровне определяется, какая из сторон является активной в данный момент, а какая прини­мает данные. Представительный уровень выполняет преoб-разование данных между устройствами с различными форматами дан­ных, не меняя при этом содержания. Благодаря данному уровню инфор­мация, передаваемая прикладным уровнем одного компьютера, всегда понятна прикладному уровню другого компьютера. На этом уровне, как правило, происходят шифрование и дешифрование данных, благодаря которым обеспечивается секретность передаваемого сообщения. Прикладной уровень является пользовательским интерфейсом для работы с сетью. Данный уровень непосредственно взаи­модействует с пользовательскими прикладными программами, предоставляя им доступ в сеть. С помощью протоколов указанного выше уровня пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким, как файлы, принтеры, гипертекстовые Web-страницы, электронная почта и т.д. Необходимо отметить, что три нижних уровня модели OSI - физи ческий, канальный и сетевой - зависят от сети, т.е. их протоколы тес» связаны с технической реализацией сети и используемым коммутационным оборудованием. Три верхних уровня - сеансовый, представления и прикладной - ориентированы на программное обеспечение и мало зависят от особенностей построения сети (топологии, оборудования и т.д.). Транспортный уровень является промежуточным. Он скрывает детали функционирования нижних уровней от верхних. Благодаря этому уров­ню можно разрабатывать приложения, не зависящие от технических средств транспортировки сообщений. Модель ОSI является так называемой открытой системой, т.е. она имеет опубликованные, общедоступные спецификации и стандарты, принятые в результате достижения согласия многих разработчиков и пользователей после всестороннего обсуждения. Указанная модель до­ступна всем разработчикам и для ее использования не требуется получе­ния специальных лицензий. Ярким примером открытой системы является глобальная компью­терная сеть Интернет. Она развивалась в полном соответствии с требо­ваниями, предъявляемыми к открытым системам. В разработке стандар­тов Интернет принимали и принимают участие тысячи специалистов и пользователей этой сети из различных университетов, научных органи­заций и фирм - производителей вычислительной аппаратуры и про­граммного обеспечения из разных стран. Само название стандартов, определяющих работу Интернет, - Request For Comments - переводится как «запрос на комментарии», т.е. для введения новых стандартов в этой сети проводится открытый опрос мнений пользователей и только затем вносятся изменения. В результате сеть Интернет сумела объединить в себе самое разнообразное оборудование и программное обеспечение ог­ромного числа сетей, разбросанных по всему миру. МЕТОДЫ КОММУТАЦИИ В КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЯХ В любой компьютерной сети необходимо обеспечить доступность имеющихся физических каналов связи одновременно нескольким ком­пьютерам. Предоставление физических каналов во время сеансов связи между компьютерами в сети называется коммутацией. Существуют три различные схемы коммутации в сетях: коммутация каналов, коммута­ция пакетов и коммутация сообщений. Сети с коммутацией каналов исторически появились как первые телефонные сети. Коммутация каналов подразумевает образование со­ставного канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами сети. В сети ,с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения. Коммутация пакетов- схема была специально разработана для КС, где различные компьютеры сети могут иметь различное быстродей­ствие. При коммутации пакетов все передаваемые сообщения разбива­ются передающим компьютером на небольшие части (от 46 до 1500 байт), называемые пакетами. Каждый из них снабжается заголов­ком, в котором указываются адресная информация, необходимая для доставки пакета к принимающему компьютеру, а также его номер, ис­пользуемый для «сборки» сообщения на принимающем компьютере. Пакеты транспортируются в сети как независимые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от передающих компьюте­ров и на основании адресной информации передают их друг другу до конечного принимающего компьютера. Под коммутацией сообщений понимается передача единого блока данных через промежуточные транзитные компьютеры с временной бу­феризацией данного блока на диске каждого компьютера. Сообщение хранится в транзитном компьютере на диске, причем время хранения мо­жет быть достаточно большим. По такой схеме обычно передаются сооб­щения, не требующие немедленного ответа, чаще всего сообщения элек­тронной почты. Режим коммутации сообщений разгружает сеть для пере­дачи сообщений, требующих быстрого ответа, например, службы WWW сети Интернет. Техника коммутации сообщений появилась в компьютер­ных сетях раньше техники коммутации пакетов, но потом была вытеснена последней как более эффективной с точки зрения пропускной способно­сти сети. Сегодня коммутация сообщений работает только для некоторых неоперативных служб, как служба прикладного уровня.

5. Определение и основные услуги локальной сети. Одноранговые и серверные сети. Сервер, клиент, рабочая группа, сетевая политика, системное администрирование. Серверное и клиентское программное обеспечение. Локальная компьютерная сеть – компьютерная сеть для ограниченного круга пользователей, объединяющая компьютеры в одном помещении или в рамках одного предприятия. Возможности работы в локальной сети: 1.Поиск сетевого компьютера по его имени. 2.Разрешение доступа других пользователей сети к ресурсам локального компьютера: дискам, папкам и принтеру. 3.Доступ к сетевым ресурсам при условии наличия разрешения. 4.Удаленный доступ к локальной сети с помощью модема по телефонной линии.Существует два основных принципа управления в локальных сетях: централизация и децентрализация. Согласно этим принципам локальные сети бывают одноранговыми и серверными. Одноранговая сеть – сеть, в которой компьютеры равноправны. Серверная сеть – сеть с компьютерами, выполняющими разные роли. Сервер – компьютер, выделенный для совместного использования участниками сети, поставляющий ресурсы и услуги. Клиент – компьютер, использующий ресурсы и услуги сервера. Следует заметить, что в серверной сети на компьютеры с разными ролями устанавливают различные операционные системы. Так, на сервер устанавливают одну из серверных операционных систем (пр. Windows NT Server). На компьютеры-клиенты можно устанавливать любую операционную систему, содержащую средства для выполнения роли клиента серверной сети (пр. Windows 95/98).Для удобства управления локальной компьютерной сетью, несколько компьютеров, имеющих равные права доступа, объединяют в рабочие группы.Политика сети – совокупность приемов разделения и ограничения прав доступа участников компьютерной сети к ресурсам. Системный администратор – человек, управляющий организацией работы локальной сети.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: