Компьютерные сети. Базовый признак вычислительной сети

1.

Компьютерные сети
Силантьева Ирина Геннадьевна

2.

Базовый признак вычислительной сети возможность обмениваться данными между
компьютерами в автоматическом режиме
Хронологически
первыми
появились
глобальные сети (Wide Area Network, WAN),
то есть сети, объединяющие территориально
рассредоточенные
компьютеры,
возможно
находящиеся в различных городах и странах

3.

В первых глобальных сетях часто использовались
уже существующие каналы связи, изначально
предназначенные совсем для других целей.
Поскольку
скорость
передачи
дискретных
компьютерных данных по таким каналам была
очень низкой (десятки килобит в секунду), набор
предоставляемых услуг в глобальных сетях
такого типа обычно ограничивался передачей
файлов и электронной почтой

4.

ARPANET
Декабрь 1969
Сентябрь 1971

5.

Сеть ARPANET объединяла компьютеры
разных типов, работавшие под управлением
различных операционных систем (ОС) с
дополнительными
модулями,
реализующими
коммуникационные
протоколы, общие для всех компьютеров
сети
ОС этих компьютеров можно считать
первыми
сетевыми
операционными
системами

6.

Различные типы связей в первых
локальных сетях

7.

Локальные сети (Local Area Network, LAN) −
это объединения компьютеров, сосредоточенных
на небольшой территории, обычно в радиусе не
более 1-2 км.
В общем случае локальная сеть представляет
собой
коммуникационную
систему,
принадлежащую одной организации

8.

Сетевая технология − это согласованный набор
программных и аппаратных средств (например,
драйверов, сетевых адаптеров, кабелей и
разъемов), а также механизмов передачи
данных по линиям связи, достаточный для
построения вычислительной сети

9.

В 90-х гг. создан прообраз служб, работа
которых связана с доставкой пользователю
больших объемов информации в реальном
времени,
что
получило
название
мультимедийной информации (например,
гипертекстовая
информационная
служба
World Wide Web)

10.

Городские сети, или сети мегаполисов
(Metropolitan
Area
Network,
MAN),
предназначены
для
обслуживания
территории крупного города
Эти сети используют цифровые линии связи,
часто оптоволоконные, со скоростями на
магистрали от 155 Мбит/с и выше.

11.

Общие принципы
построения сетей

12.

У всех технологий (Ethernet, IP или ATM) есть
много общего
Но при этом в каждой технологии и протоколе
есть свои особенности, так что нельзя
механически перенести знания из одной
технологии в другую

13.

Простейшая сеть из двух
компьютеров
• Совместное использование ресурсов
• Сетевые интерфейсы
• Связь компьютера с периферийным
устройством
• Обмен данными между двумя компьютерами
• Доступ к ПК через сеть

14.

Совместное использование
ресурсов
• Доступ к периферийным устройствам, таким как
диски, принтеры, плоттеры, сканеры и др.;
• данным, хранящимся в оперативной памяти или
на внешних запоминающих устройствах;
• вычислительной
мощности (за счет удаленного
запуска
«своих»
программ
на
«чужих»
компьютерах)

15.

Простейшая сеть
Компьютер A
Компьютер B
Принтер
компьютера B

16.

Сетевые интерфейсы
Интерфейс − это формально определенная
логическая и/или физическая граница между
взаимодействующими
независимыми
объектами. Интерфейс задает параметры
процедуры и характеристики взаимодействия
объектов.

17.

Разделяют физический и логический
интерфейсы:
• Физический
интерфейс (называемый
также портом) − определяется набором
электрических связей и характеристиками
сигналов.
Например, пара разъемов соединяется
кабелем, состоящим из набора проводов,
каждый
из
которых
соединяет
соответствующие контакты

18.

• Логический интерфейс (называемый также
протоколом) − это набор информационных
сообщений определенного формата, которыми
обмениваются два устройства или две
программы,
а
также
набор
правил,
определяющих
логику
обмена
этими
сообщениями

19.

Совместное использование принтера в
компьютерной сети
Компьютер A
Приложение A
Протокол
уровня
приложений
Компьютер B
Приложение B
Буфер ОП
Буфер ОП
Операционная
система
Операционная
система
Протокол
уровня
сетевых карт
Драйвер
сетевой ИК
Драйвер
сетевой ИК
Драйвер
принтера
Принтер
Буфер
Буфер
Буфер
Буфер
Сетевая ИК
Сетевая ИК
ИК принтера
Контроллер
принтера
Интерфейс
компьютер-компьютер
Интерфейс
компьютер-принтер

20.

Интерфейс компьютер−компьютер позволяет
двум
компьютерам
обмениваться
информацией:
• аппаратный
модуль, называемый сетевым
адаптером, или сетевой интерфейсной
картой (Network Interface Card, NIC);
• драйвером сетевой интерфейсной карты –
специальной
программой,
управляющей
работой сетевой интерфейсной карты.

21.

Интерфейс
компьютер−периферийное
устройство позволяет компьютеру управлять
работой периферийного устройства (ПУ:
• со
стороны компьютера – интерфейсной
картой и драйвером ПУ (принтера),
подобным сетевой интерфейсной карте и ее
драйверу;
• со
стороны ПУ – контроллером ПУ
(принтера), обычно представляющий собой
аппаратное устройство, принимающее от
компьютера данные.

22.

Обмен данными между двумя компьютерами
Компьютер
B
Чтобы приложения
могли
«понимать»
Протокол
уровня
получаемую
друг
от
друга
приложений
информацию, определяется протокол
взаимодействия приложений для
Протокол
выполнения
операции данного типа.
уровня
Компьютер A
Приложение A
Приложение B
Буфер ОП
Буфер ОП
Операционная
система
Операционная
система
Драйвер
сетевой ИК
Драйвер
сетевой ИК
Драйвер
принтера
Принтер
Буфер
Буфер
Буфер
Буфер
Сетевая ИК
Сетевая ИК
ИК принтера
Контроллер
принтера
сетевых карт
Интерфейс
компьютер-компьютер
Интерфейс
компьютер-принтер

23.

Сетевое программное обеспечение
• Сетевые службы и сервисы
• Сетевая операционная система
• Сетевые приложения

24.

Совместное использование принтера в
компьютерной сети с помощью сетевой службы
печати
Компьютер B
Компьютер A
Сетевая
служба печати
Приложения
Протокол
сетевой
службы
печати
Клиент
печати
Сервер
печати
Операционная
система
Операционная
система
Протокол
уровня
драйверов
Драйвер
сетевой ИК
Сетевая
интерфейсная
карта
Протокол
физической
передачи
Драйвер
сетевой ИК
Драйвер
принтера
Сетевая
интерфейсная
карта
Интерфейсная
карта принтера
Интерфейс
компьютер-компьютер
Интерфейс
компьютера
Принтер
Контроллер
Интерфейс
компьютер-принтер

25.

Основные определения
Клиент − это модуль, предназначенный для
формирования и передачи сообщений-запросов
к ресурсам удаленного компьютера.
Сервер − это модуль, который постоянно
ожидает прихода из сети запросов от клиентов,
и приняв запрос, пытается его обслужить, как
правило, с участием локальной ОС; один сервер
может обслуживать запросы сразу нескольких
клиентов (поочередно или одновременно).

26.

Пара клиент-сервер, предоставляющая доступ к
конкретному типу ресурса компьютера через
сеть, образует сетевую службу. Каждая
служба связана с определенным типом сетевых
ресурсов.

27.

Файловая служба позволяет получать доступ
к файлам, хранящимся на диске других
компьютеров.
Серверный
компонент
файловой службы называют файл-сервером.
Для поиска и просмотра информации в
Интернете
используется
веб-служба,
состоящая из веб-сервера и клиентской
программы, называемой веб-браузером (web
browser).

28.

Веб-служба
Компьютер A (клиент)
Компьютер B (сервер)
Приложение
Вебслужба
Протокол
HTTP
Веббраузер
Вебсервер
Операционная
система
Операционная
система
Транспортны
е средства
Интерфейсная
карта
Сетевое
соединени
е
Интернет
Транспортны
е средства
Драйвер
дискового
накопителя
Интерфейсная
карта
Интерфейсная
карта
Сетевое
соединени
е
Вебсайт
Внешний
дисковый
накопитель

29.

3
Типы приложений, выполняющихся в сети
Локальное приложение
целиком выполняется на
данном
компьютере
и
использует
только
локальные ресурсы
Локальное
приложение
Компьютерна
я сеть
Обращение
к
локальным
ресурсам

30.

Типы приложений, выполняющихся в сети
Централизованное
Централизованное
сетевое
приложение
сетевое приложение
целиком выполняется на
Запрос
Обращение
файла
к принтеру
данном компьютере, но
обращается в процессе
Компьютерна
Сервер
своего
выполнения
к Файловы
я
сеть
й сервер
печати
ресурсам
других
компьютеров сети

31.

Типы приложений, выполняющихся в сети
Распределенное (сетевое) приложение
состоит из нескольких взаимодействующих
частей, каждая из которых выполняет какуюто определенную законченную работу по
решению прикладной задачи, причем каждая
часть может выполняться на отдельном
компьютере сети

32.

Типы приложений, выполняющихся в сети
Часть 1
распределенног
о приложения
Взаимодействие с
СУБД и генерация
отчетов
Часть 3
распределенног
о приложения
Поддержка
специализированног
о интерфейса
Математическая
обработка статических
данных
Компьютерн
ая сеть
Часть 2
распределенног
о приложения

33.

Веб-служба как распределенное приложение
Веббраузер
(клиент)
Веббраузер
(клиент)
Веб-сервер
Веббраузер
(клиент)
Веббраузер
(клиент)
Веббраузер
(клиент)
Веббраузер
(клиент)
Веббраузер
(клиент)

34.

Сетевые топологии

35.

Под
топологией
сети
понимается
конфигурация
графа,
вершинам
которого
соответствуют конечные узлы
сети (например, компьютеры) и
коммуникационное оборудование
(например, маршрутизаторы), а
ребрам
−
физические
или
информационные связи между
вершинами.

36.

Полносвязная топология
Полносвязная
топология
соответствует сети, в которой
каждый
компьютер
непосредственно
связан
со
всеми остальными
Чаще
этот
вид
топологии
используется в многомашинных
комплексах
или
в
сетях,
объединяющих
небольшое
количество компьютеров.

37.

Ячеистая топология
Ячеистая
топология
–
получается из полносвязной
путем удаления некоторых
связей
Ячеистая топология допускает
соединение
большого
количества компьютеров и
характерна, как правило, для
крупных сетей.

38.

Кольцевая топология
В сетях с кольцевой топологией
данные передаются по кольцу от
одного компьютера к другому

39.

Звездообразная топология
Звездообразная
топология
образуется в случае, когда
каждый
компьютер
подключается непосредственно
к
общему
центральному
устройству,
называемому
концентратором

40.

Древовидная топология
(иерархическая звезда)
В настоящее время дерево
является
самой
распространенной топологией
связей как в локальных, так и
глобальных сетях.

41.

Топология «общая шина»
Центральны
й элемент
В
качестве
центрального
элемента
выступает
пассивный кабель, к которому
подключается
несколько
компьютеров. Передаваемая
информация распространяется
по
кабелю
и
доступна
одновременно
всем
компьютерам,
присоединенным
к
этому
кабелю

42.

Смешанная топология
Для крупных сетей характерно
наличие произвольных связей
между компьютерами.
В таких сетях можно выделить
отдельные
произвольно
связанные фрагменты (подсети),
имеющие типовую топологию,
поэтому их называют сетями со
смешанной топологией

43.

Протоколы
взаимодействия
разных узлах
определяют
модулей одного
правила
уровня в
Интерфейсы − это правила взаимодействия
модулей соседних уровней в одном узле
Иерархически
организованный
набор
протоколов, достаточный для организации
взаимодействия узлов в сети, называется
стеком протоколов

44.

Модель OSI

45.

В начале 80-х годов ряд международных
организаций по стандартизации разработали
стандартную
модель
взаимодействия
открытых
систем
(Open
System
Interconnection, OSI).

46.

Модель взаимодействия открытых систем IOS/OSI

47.

Модель OSI описывает только системные
средства
взаимодействия,
реализуемые
операционной
системой,
системными
утилитами,
системными
аппаратными
средствами. Модель не включает средства
взаимодействия
приложений
конечных
пользователей. Важно различать уровень
взаимодействия приложений и прикладной
уровень семиуровневой модели.

48.

Приложения могут реализовывать собственные
протоколы взаимодействия, используя для
этих целей многоуровневую совокупность
системных средств. Именно для этого в
распоряжение
программистов
предоставляется
прикладной
программный
интерфейс
(Application
Program Interface, API)

49.

Физический уровень
Физический уровень (physical layer) имеет
дело с передачей потока битов по физическим
каналам связи, таким как различные виды
кабелей или цифровой территориальный
канал (беспроводной)

50.

Функции физического уровня реализуются на
всех устройствах, подключенных к сети. Со
стороны компьютера функции физического
уровня выполняются сетевым адаптером или
последвательным портом.

51.

Канальный уровень
Канальный
уровень
(data
link
layer)
обеспечивает прозрачность соединения для
сетевого уровня. Для этого он предлагает ему
следующие услуги:
• установление
узлами;
логического соединения между
• согласование
в рамках соединения скоростей
передатчика и приемника информации;
• обеспечение надежной передачи: обнаружение
и коррекция ошибок.

52.

Для решения этих задач канальный
уровень
формирует
из
пакетов
собственные протокольные единицы
данных – кадры, состоящие из поля
данных
и
заголовка.
Канальный
уровень помещает пакет в поле данных
одного или нескольких кадров и
заполняет
собственной
служебной
информацией заголовок кадра.

53.

Кроме того, данный уровень проверяет
доступность разделяемой среды. Эту функцию
иногда выделяют в отдельный подуровень
управления доступом к среде (Medium
Access Control, MAC).
Протоколы канального уровня реализуются как
на конечных узлах (средствами сетевых
адаптеров и их драйверов), так и на всех
промежуточных сетевых устройствах.

54.

Сетевой уровень
Сетевой уровень (network layer) служит для
образования единой транспортной системы,
объединяющей несколько сетей, называемой
составной сетью, или интернетом.
Технология, позволяющая соединять в единую
сеть множество сетей, в общем случае
построенных на основе разных технологий,
называется
технологией
межсетевого
взаимодействия (internetworking).

55.

Необходимость сетевого уровня

56.

Функции сетевого уровня реализуются:
• группой протоколов;
• специальными
маршрутизаторами.
устройствами
–
Для того чтобы протоколы сетевого уровня
могли доставлять пакеты любому узлу
составной сети, эти узлы должны иметь адреса,
уникальные в пределах данной составной сети.
Такие адреса называются сетевыми, или
глобальными.

57.

Транспортный уровень
Транспортный уровень (transport layer)
обеспечивает приложениям или верхним
уровням стека – прикладному, представления
и сеансовому – передачу данных с той
степенью надежности, которая им требуется
Модель OSI определяет пять классов
транспортного сервиса от низшего класса 0
до высшего класса 4. Эти виды сервиса
отличаются качеством предоставляемых услуг

58.

Сеансовый уровень
Сеансовый уровень (session layer) управляет
взаимодействием сторон: фиксирует, какая из
сторон является активной в настоящий момент,
и предоставляет средства синхронизации
сеанса
Эти средства позволяют в ходе длинных передач
сохранять информацию о состоянии этих
передач в виде контрольных точек, чтобы в
случае отказа можно было вернуться назад к
последней контрольной точке, а не начинать
все с начала

59.

Уровень представления
Уровень представления (presentation layer)
обеспечивает представление передаваемой
по сети информации, не меняя при этом ее
содержания
С помощью средств данного уровня протоколы
прикладных уровней могут преодолеть
синтаксические различия в представлении
данных или же различия в кодах символов,
например кодов ASCII и EBCDIC.

60.

Прикладной уровень
Прикладной уровень (application layer) – это
в
действительности
просто
набор
разнообразных
протоколов, с помощью
которых пользователи сети получают доступ к
разделяемым ресурсам, таким как файлы,
принтеры или гипертекстовые веб-страницы,
а также организуют свою совместную работу,
например, по протоколу электронной почты
Единица
данных,
которой
прикладной уровень, обычно
сообщением.
оперирует
называется