Открытые информационные системы

1. Открытые информационные системы

Модель взаимодействия открытых систем

2.

Спецификация - формализованное описание аппаратных или
программных компонентов, способов их функционирования,
взаимодействия с другими компонентами, условий эксплуатации,
ограничений и особых характеристик (не всякая спецификация
является стандартом).
Открытая спецификация - опубликованные, общедоступные
спецификации, соответствующие стандартам и принятые в
результате достижения согласия после всестороннего обсуждения
всеми заинтересованными сторонами.
Открытая система - исчерпывающий и согласованный набор
международных стандартов на информационные технологии и
профили функциональных стандартов, которые реализуют открытые
спецификации на интерфейсы, службы и поддерживающие их
форматы, чтобы обеспечить взаимодействие (интероперабельность)
и мобильность программных приложений, данных и персонала.

3.

Модель взаимодействия открытых систем
Модель OSI (Open Systems Interconnection )
Международная
организация
стандартов
(International
Standards
Organization – ISO) в 1984 году создала эталонную модель взаимодействия
открытых систем (Open System Interconnection reference model – OSI), которая
определяет концепцию и методологию создания сетей и систем передачи
данных.
Модель OSI описывает стандартные правила функционирования устройств
и программных средств при обмене данными между узлами (компьютерами) в
открытой системе, определяет сетевые функции, выполняемые каждым ее
уровнем.
Открытая система – любая система (компьютерная, вычислительная
сеть, операционная система, аппаратная или программная продукция), которая
построена в соответствии с открытыми (общедоступными) спецификациями.
Спецификация – формализованное описание аппаратных или
программных компонентов, способов их функционирования, взаимодействия с
другими компонентами, условий эксплуатации, особых характеристик.
Модель OSI включает 7 уровней.

4. Эталонная модель взаимодействия открытых информационных систем

Сетевая модель OSI (базовая эталонная модель
взаимодействия открытых систем, англ. Open
Systems Interconnection Basic Reference Model ) —
абстрактная сетевая модель для коммуникаций и
разработки сетевых протоколов. Представляет
уровневый подход к сети. Каждый уровень
обслуживает свою часть процесса взаимодействия.

5. Структура OSI

Модель OSI
Тип
данных
Уровень
Функции
Данные
7. Прикладной
Доступ к сетевым службам
уровень
6. Уровень
Представление и кодирование
представления
данных
5. Сеансовый уровень Управление сеансом связи
Сегменты
4. Транспортный
Прямая связь между конечными
пунктами и надежность
Пакеты
3. Сетевой
Определение маршрута и
логическая адресация
Кадры
2. Канальный
Биты
1. Физический
уровень
Физическая адресация
Работа со средой передачи,
сигналами и двоичными
данными

6.

Узел 1
Прикладной уровень
Уровни модели OSI
протокол
Узел 2
Прикладной уровень
интерфейс
Представительский
уровень
Представительский
уровень
Сеансовый уровень
Сеансовый уровень
Транспортный уровень
Транспортный уровень
Сетевой уровень
Сетевой уровень
Канальный уровень
Канальный уровень
Физический уровень
Физический уровень
Правила, по которым происходит обмен данными между программно–аппаратными
средствами, находящимися на одном уровне, называются протоколом.
Набор протоколов называется стеком протоколов и задается определенным стандартом.
Взаимодействие соответствующих уровней является виртуальным, за исключением
физического уровня, на котором происходит обмен данными по кабелям, соединяющим
компьютеры. Взаимодействие уровней между собой происходит через межуровневый
интерфейс и каждый нижележащий уровень предоставляет услуги вышележащему.

7.

Единицы передачи информации
Узел 1
Узел 2
Прикладной уровень
Данные (Data)
Прикладной уровень
Представительский
уровень
Данные (Data)
Представительский
уровень
Сеансовый уровень
Данные (Data)
Сеансовый уровень
Транспортный уровень
Сегменты (Segment)
Транспортный уровень
Сетевой уровень
Пакеты (Packet)
Сетевой уровень
Канальный уровень
Кадры (Frame)
Канальный уровень
Физический уровень
Биты
Физический уровень
Виртуальный обмен между соответствующими уровнями узлов Узел 1
и Узел 2 происходит определенными единицами информации.
На трех верхних уровнях – это сообщения или данные (Data).
На транспортном уровне – сегменты (Segment), на сетевом уровне –
пакеты (Packet), на канальном уровне – кадры (Frame) и на
физическом передается последовательность битов.

8.

Уровень модели Функция уровня
OSI
Уровень
Обеспечивает пользовательский интерфейс.
приложений
Уровень
Представление данных (чтобы информация уровня приложений, которую посылает одна
представления
система, могла быть прочитана уровнем приложений другой системы);
Управление процессами, например шифрованием.
Сеансовый
Установление сеанса связи между двумя рабочими станциями;
уровень
Разделение данных разных приложений.
Транспортный
Обеспечивает надежную или ненадежную доставку;
уровень
Проводит коррекцию ошибок перед повторной передачей данных;
Сетевой
Обеспечивает выбор маршрута и соединение между собой двух рабочих станций;
уровень
Обеспечивает логическую адресацию, где путь определяется маршрутизаторами;
Канальный
Разделяет пакеты на байты и объединяет байты в кадры;
уровень
Обеспечивает физическую адресацию на уровне носителя (например, с помощью МАСадресов);
Анализирует сетевую топологию, доступ к сети;
Выполняет выявление ошибок, но не их коррекцию;
Физический
Перемещает между устройствами биты данных;
уровень
Определяет уровни напряжений, скорость передачи в линии и распределение линий в
разъемах;

9. Уровень 7 – Прикладной

Прикладной уровень (application Layer)
-
набор различных сетевых сервисов (реализуемых разнообразными
протоколами), которые обеспечивают интерфейс с программным
обеспечением, организующим доступ и работу пользователя в сети с
разделяемыми ресурсами.
Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно
называется сообщением.
Примерами приложений являются подключение к WEB-сайтам,
электронная почта, использование пересылки гипертекстовых файлов
HTTP и др.
На этом уровне ISO рассматривает следующие протоколы:
•FTAM – передача и управление файлами
•JTM – передача и обработка заданий
•VTSP – виртуальный терминальный сервис

10. Уровень 6 – Представительский

Осуществляет интерпретацию данных. Анализируется
представление символов, формат страниц,
графическое кодирование.
Уровень представления (presentation Layer)
согласовывает форму представления (синтаксис)
данных при взаимодействии двух прикладных
процессов
преобразование данных из внешнего формата во
внутренний, который поддерживается обеими
сторонами;
шифровка и
секретности.
расшифровка
данных
с
целью

11. Уровень 5 – Сеансовый

Сеансовый уровень (sesion Layer)
- Устанавливает сеанс связи между двумя рабочими станциями,
управляет диалогом объектов прикладного уровня,
фиксирует, какая из сторон является активной в данный
момент, разрывает связь.
установление способа обмена сообщениями (дуплексный или
полудуплексный);
синхронизация обмена сообщениями;
организация “контрольных точек” диалога;
сбор статистических данных, часть из которых используется
для биллинговых систем интернет-провайдеров;
рассылка экстренных сообщений о наличии проблем на трех
верхних уровнях.

12. Уровень 4 – Транспортный

Port
Транспортный уровень (Transport Layer ) обеспечение доставки информации с требуемым качеством
между любыми узлами сети
разбивка сообщения сеансового уровня на пакеты, нумерация
их на передающей станции;
буферизация принимаемых пакетов;
упорядочивание прибывающих пакетов на принимающей
стороне;
адресация прикладных процессов;
установление
логического
соединения,
управление
мультиплексированным потоком;
обнаружение и исправление ошибок передачи, таких как
искажение, потеря и дублирование пакета.
Примерами протоколов транспортного уровня служат протокол
ТСР, UDP, протокол последовательного обмена пакетами SPX –
Sequenced Packet Exchange.

13. Уровень 3 – Сетевой

IP –адрес
Реализует функции маршрутизации, чтобы
кадры уровня, называемые пакетами, могли
бы передаваться через несколько каналов по
одной или нескольким сетям. Обычно это
требует включения в пакет сетевого адреса.
Основной задачей сетевого протокола
является прокладка в каждом физическом
канале совокупности логических каналов (до
4096), повышая эффективность использования
физического канала.
Сетевой уровень может вести и обработку
ошибок.

14.

Сетевой уровень (network layer)(3) – обеспечивает образование
единой транспортной системы объединяющей несколько сетей, называемой
составной сетью
Определение маршрута и доставка
Маршрутизаторы
А
пакета между любыми двумя узлами
сети с произвольной топологией
согласование
технологий
при
передаче данных между сетями с
разными технологиями
управление
параметрами процесса
передачи
(временные
задержки,
уровни загрузки линий связи и др.)
создание
барьеров
нежелательного трафика.
на
пути
Функции сетевого уровня реализуются группой протоколов
(маршрутизируемые, маршрутизирующие) и маршрутизаторами.
Маршрут - последовательность прохождения пакетом маршрутизаторов в
составной сети.

15. Уровень 2 – Канальный

MAC –адрес, CRC
Канальный уровень (data link layer) - обеспечивает
надежную доставку кадра между двумя станциями,
соединенными индивидуальной линией связи, в
сети с произвольной топологией (глобальные
сети), - либо между любыми станциями в сети с
типовой топологией (локальные сети)
проверка доступности разделяемой среды
подсчет и проверка контрольной суммы
установление
логического
взаимодействующими узлами
соединения
между
согласование скоростей передатчика и приемника
информации

16. Уровень 1 – Физический

Физический уровень (phisical layer)
- передача битов по
физическим каналам связи (коаксиальный кабель, витая
пара, оптоволокно, радиоканал)
формирование электрических сигналов
кодирование информации
синхронизация
модуляция
физическая скорость передачи данных
максимальна дальность передачи
Реализуется аппаратно на всех устройствах подключенных к сети.
Со стороны компьютера функции физического уровня
выполняются сетевым адаптером или последовательным
портом, в коммутаторах и маршрутизаторах – это функции
физических интерфейсов.
Стандарты физического уровня определяющие электрические,
механические,
функциональные
и
процедурные
характеристики, необходимые для физического соединения
каналов связи.

17. Аппаратные средства компьютерных сетей

18. Аппаратно-программные средства, реализующие модель OSI:

1.
Усилители .
2.
Концентраторы.
3.
Коммутаторы.
4.
Мосты.
5.
Маршрутизаторы.

19. Усилители

Усилители (repeater ) или
Ретрансляторы –устройства
используются, если длина сети
превышает максимально возможную
длину сегмента сети, как правило
шинного.
Основное назначения повторителя,
это восстановление исходного уровня
информационного сигнала.

20. Концентраторы

Hub (концентратор) - многопортовое устройство для
соединения нескольких сегментов сети, количество
которых равно количеству портов на
самом концентраторе.
Наибольшее распространение
получили концентраторы 4, 8, 12, 16 и 32 портовые.

21. Коммутаторы

Switch (коммутатор) - устройство,
предназначенное
для
соединения
нескольких узлов компьютерной сети в
пределах одного сегмента. В отличие
от концентратора, распространяет
трафик только к нужному порту.
Switch работает на канальном уровне
модели OSI и может соединять
сегменты сети по MAC-адресам.
Принцип работы коммутатора таков : Коммутатор хранит в
памяти таблицу MAC адресов, в которой прописано соответствие
MAC-адреса узла и порта компьютера. При первом включении switch,
таблица пуста, и он работает в режиме обучения. Switch отправляет
пакеты на все порты, а потом анализирует их, определяя MAC-адрес
отправителя, и записывает его в таблицу. Затем, если на один из
портов коммутатора поступит пакет, предназначенный для этого
компьютера, этот пакет будет отправлен только на соответствующий
порт.
Делятся
на
управляемые
и
неуправляемые.
Управляемые позволяют контролировать коммутацию на канальном
уровне модели OSI.

22. Мосты

Bridge (мост) - сетевое оборудование для
объединения сегментов локальной сети, которые
имеют различия на физическом и канальном
уровнях.
Сетевой мост работает на канальном уровне модели
OSI.
В общем случае коммутатор (свитч) и мост аналогичны по
функциональности, разница заключается во внутреннем
устройстве: мосты обрабатывают трафик, используя
центральный процессор, коммутатор же использует
коммутационную матрицу (аппаратную схему для коммутации
пакетов).

23. Маршрутизаторы

Router (маршрутизатор) - сетевое
устройство, на основании информации о
топологии сети и определённых правил
принимающее решения о пересылке
пакетов сетевого уровня (уровень 3
модели OSI) между различными
сегментами сети.
Работает на более высоком уровне, нежели коммутатор и
сетевой мост. Обычно маршрутизатор использует адрес
получателя, указанный в пакетах данных, и определяет по
таблице маршрутизации путь, по которому следует передать
данные.
Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного
маршрута, пакет отбрасывается.

24. Сетевые устройства и модель ISI

Коммутатор, мост
Повторитель,
концентратор

25. Физический Уровень OSI

26. Кабельные линии связи

Коаксиальный кабель:
Тонкий коаксиальный кабель,
Толстый коаксиальный кабель,
Кабель «витая пара»:
Экранированная,
Неэкранированная,
Оптоволоконный кабель:
Одномодовый,
Многомодовый.

27. Коаксиальный кабель

- электрический кабель, состоящий из
расположенных соосно центрального проводника
и экрана и служащий для передачи высокочастотных
сигналов.
Категории кабеля:
RG-8 и RG-11 — «Толстый Ethernet», 50 Ом. (Стандарт 10BASE5);
RG-58 — «Тонкий Ethernet», 50 Ом. (Стандарт 10BASE2):
–
RG-58/U — сплошной центральный проводник,
–
RG-58A/U — многожильный центральный проводник,
–
RG-58C/U — военный кабель;
RG-59 — телевизионный кабель, 75 Ом;
RG-62 — ARCNet, 93 Ом

28. Тонкий коаксиальный кабель

– гибкий кабель диаметром примерно 0,5 см. Способен
передавать сигнал на расстояние до 185 м.

29. Толстый коаксиальный кабель

– относительно жесткий кабель с
диаметром около 1 см. Толстый
коаксиальный кабель передает сигналы –
до 500 м.

30. Витая пара

— вид кабеля связи, представляет собой одну или
несколько пар изолированных проводников,
скрученных между собой, покрытых пластиковой
оболочкой :
неэкранированная витая пара (UTP — Unshielded
twisted pair) — отсутствует защитный экран вокруг
отдельной пары;
фольгированная витая пара (FTP — Foiled twisted
pair) — также известна как F/UTP), присутствует один
общий внешний экран в виде фольги;
экранированная витая пара (STP — Shielded twisted
pair) — присутствует защита в виде экрана для каждой
пары и общий внешний экран в виде сетки;

31. Категории кабеля

1 - (полоса частот 0,1 МГц) — телефонный кабель,
всего одна пара.
2 - (полоса частот 1 МГц) — старый тип кабеля, 2
пары проводников, поддерживал передачу данных
на скоростях до 4 Мбит/с.
3 - (полоса частот 16 МГц) — 4-парный кабель,
поддерживает скорость передачи данных до 10
Мбит/с ( 100 МБит/с).
4 - (полоса частот 20 МГц) — кабель состоит из 4
скрученных пар, скорость передачи данных не
превышает 16 Мбит/с по одной паре.
5 - (полоса частот 100 МГц) — 4-парный кабель,
использовался при построении локальных сетей,
поддерживает скорость передачи данных до 100
Мбит/с.

32.

5e
- (полоса частот 125 МГц) — 4-парный кабель,
усовершенствованная категория 5. Скорость передач
данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар и до
1000 Мбит/с при использовании 4 пар.
6 - (полоса частот 250 МГц) — состоит из 4 пар
проводников и способен передавать данные на
скорости до 1000 Мбит/с. (2002 г. )
CAT6a (полоса частот 500 МГц) — применяется в сетях
Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен
передавать данные на скорости до 10 гигабит/с и
(2008 г.)
CAT7 — (до 600—700 МГц) скорость передачи данных
до 100 Гбит/с. Кабель этой категории имеет общий
экран и экраны вокруг каждой пары.
Седьмая категория, строго говоря, не UTP, а S/FTP (Screened Fully Shielded
Twisted Pair).

33. Подключение к устройствам

Прямой кабель
Перекрёстный кабель для соединения двух сетевых
карт напрямую на скорости
100 Мбит/с (Crossover)

34. Оптическое волокно

— нить из оптически прозрачного материала (стекло,
пластик), используемая для переноса света внутри
себя посредством полного внутреннего отражения.
Диаметр сердцевины одномодовых волокон составляет
от 7 до 9 микрон. В настоящее время практически все
производимые волокна являются одномодовыми.
Многомодовые волокна отличаются
диаметром сердцевины, который
составляет 50 микрон или 62,5 микрон.
По многомодовому волокну
распространяется несколько мод
излучения — каждая под своим углом.

35. Использование электромагнитных излучений

36. Радио передача данных

Под радио передачей понимают передачу данных в диапазоне
частот от 3 МГц до 6 ГГц.
Свойства:
• просто генерировать
• легко принимать
• хорошо распространяется во всех направлениях
• хорошо принимается как в доме, так и вне его
• низкочастотные волны хорошо преодолевают преграды , но
требуют много энергии, они затухают пропорционально 1/r3 от
источника.
• высокочастотные волны хуже огибают препятствия, даже дождь
- помеха для них, они интерферируют с излучениями от других
электрических приборов.

37.

Медный
кабель
Ориентировочная
от 3 до 7 тыс.
стоимость
дол. за 1 км
Время на
подготовку и
выполнение
монтажа
Подготовка
работ и
прокладка - до
1 месяца;
установка
HDSL-модемов
- несколько
часов
Максимальная
До 20 км при
дальность связи использовании
без повторителей HDSL
Частота
появления
ошибочных
битов
>1E-7
Оптоволокно
Радиоканал
до 10 тыс. дол.
за 1 км
от 7 до 100 тыс.
дол. за комплект
Подготовка
работ и
прокладка 1-2
месяца
Подготовка работ
2-3 месяца,
установка несколько часов
Не менее 50-70
км
До 80 км (зависит
от мощности
сигнала)
<1E-10
1E-10