Компьютерные сети

1.

1.
2.
3.
4.
5.
6.
Структура компьютерной сети
Tопологии локальных вычислительных сетей
Классификация компьютерных сетей
Топология глобальной вычислительной сети
Доменная адресация
Электронная почта

2.

• Компьютерная (вычислительная) сеть –
совокупность компьютеров и терминалов,
соединенных с помощью каналов связи в единую
систему,
удовлетворяющую
требованиям
распределенной обработки данных.
• В таких системах процесс обмена данными
реализуется в наиболее полном виде и составляет
основу функционирования открытых систем

3.

Распределенные вычислительные системы (вычислительные
сети) создаются с целью объединения информационных ресурсов
нескольких компьютеров (от двух до нескольких десятков
миллионов компьютеров).
Ресурсы компьютера - это, прежде всего память и
производительность процессора (процессоров),
определяющая скорость обработки данных. Поэтому
в распределенных системах общая память и
производительность системы распределены между
входящими в нее ЭВМ.

4. Структура компьютерной сети:

• Абоненты сети – объекты, генерирующие или потребляющие
информацию в сети. Ими могут быть отдельные ЭВМ,
комплексы ЭВМ, терминалы, промышленные роботы,…Любой
абонент сети подключается к станции.
• Станция – аппаратура , выполняющая функции приема и
передачи информации.
• Абонентская система – совокупность абонента и станции.
• Физическая передающая среда – линии связи или
пространство, в котором распространяется электрический
сигнал. На ее базе строится коммуникационная сеть.
• Любая компьютерная сеть – это совокупность абонентских
систем и коммуникационной сети.
Абонентская сист3
Абонентская сист2
•коммуникационная сеть
Абонентская сист1
Абонентская систN

5. Классификация компьютерных сетей Вычислительные сети подразделяют на: локальные, глобальные и региональные.

Вычислительные сети
Локальные
вычислительные сети
(ЛВС)
Глобальные
вычислительные сети
(ГВС)
Региональные
вычислительные сети
(ГВС)

6.

• Локальная вычислительная сеть – это: распределенная
вычислительная система, в которой передача данных между
компьютерами не требует специальных устройств, а достаточно
электрического соединения компьютеров с помощью кабелей и
разъемов.(отдельные предприятия, банки, офисы…)
• Глобальные сети объединяют ресурсы компьютеров,
расположенных на значительном удалении: в различных
странах, на разных континентах. Взаимодействие между
абонентами осуществляется
на базе телефонных линий,
радиосвязи, спутниковой связи позволяющих передать данные
без искажения и по назначению.
• Региональные сети объединяют ресурсы компьютеров,
расположенных внутри большого города, экономического
региона, страны.

7. Базовые топологии локальных вычислительных сетей

• Термин
топология
сетей
характеризует
физическое расположение компьютеров, узлов
коммутации и каналов связи в сети.
• Любую компьютерную сеть можно рассматривать
как совокупность узлов.
• Узел – любое устройство непосредственно
подключенное к передающей сети.
• Все сети строятся на основе трех базовых
топологий:
• звезда (star);
• кольцо (ring);
• шина (bus).

8. Топология «звезда

Топология «звезда» характерна тем, что в ней все узлы
соединены с одним центральным узлом. Вся
информация передается через центральный узел,
который транслирует, переключает и маршрутизирует
информационные потоки в сети.
Существенным недостатком звездообразной топологии
является низкая надежность: при отказе центрального
узла выходит из строя вся сеть.

9. Звездообразная топология сети

Центральный
узел
коммутации

10. Звездообразная топология сети

11. Топология «кольцо»

В
топологии
«кольцо»
компьютеры
подключаются к повторителям (репитерам)
сигналов, связанных в однонаправленное
кольцо. Информация по кольцу передается от
узла к узлу. Каждый промежуточный узел между
передатчиком и приемником ретранслирует
посланное сообщение. Принимающий узел
распознает и получает
адресованные ему
сообщения.
По методу доступа к каналу связи различают
два
основных
типа
кольцевых
сетей:
маркерное и тактированное кольца.

12.

•В маркерных кольцевых сетях по кольцу
передается специальный управляющий
маркер (метка), разрешающий передачу
сообщений из компьютера, который им
«владеет».

13.

В тактированном кольце по сети
непрерывно
вращается
замкнутая
последовательность тактов - специально
закодированных
интервалов
фиксированной длины. За каждым
компьютером
сети
закрепляются
определенные такты, в течение которых
он может вести передачу.

14.

репитер
Кольцевая топология сети

15.

Кольцевая топология сети
(анимация)

16.

• К недостаткам кольцевых сетей можно
отнести выход из строя всей сети при
выходе из строя одного повторителя и
остановку работы сети при изменении
ее конфигурации.

17. Топология «шина»

В
топологии
«шина»,
широко
применяемой в локальных сетях, все
компьютеры подключены к единому
каналу связи с помощью трансиверов
(приёмо-передатчиков).
Канал оканчивается с двух сторон
пассивными
терминаторами,
поглощающими передаваемые сигналы.

18.

Данные
от
передающего
компьютера
передаются всем компьютерам сети, однако,
воспринимаются только тем компьютером,
адрес которого указан в передаваемом
сообщении.

19. Шинная топология сети

Трансивер
Терминатор

20. Достоинства шинной топологии

• При выходе из строя одного или нескольких
компьютеров сеть продолжает работать.
• Моменты начала передач компьютеров не
регламентируются.
• Сеть легко наращивать и конфигурировать.
Недостатки шинной топологии:
• Сети имеют малую протяженность.
• Сложность сетевого ПО.

21.

В настоящие время часто используются
топологии, комбинирующие базовые: звездашина, звезда-кольцо.

22. Топология «звезда-шина»

Узел
коммутации
Трансивер

23. Топология «звезда-кольцо»

Репитер
Узел
коммутации

24. Топология глобальной вычислительной сети

При соединении компьютеров или сетей (локальных или
распределенных),
удаленных
на
большие
расстояния,
используются каналы связи и устройства коммутации, такие как
маршрутизаторы (М), устройства сопряжения (УС) и шлюзы
(Ш).
Маршрутизатор (роутер) –устройство, соединяющее сети
разного
типа,
но
использующее
одну
операционную
среду.Маршрутизаторы взаимодействуют друг с другом и
соединяются
между
собой
каналами
связи,
образуя
распределенный магистральный канал связи.
Шлюз – устройство, позволяющее организовать обмен данными
между двумя сетями, использующими различные протоколы
взаимодействия. Он выполняет преобразование между двумя
протоколами. С помощью шлюза локальная вычислительная сеть
может подключаться к глобальной.
Так возникает глобальная вычислительная сеть.

25. Топология глобальной вычислительной сети

К
УС
УС
Мст
К другой
ГВС
М
М
М
М
М
М
УС
Магистральный канал
Ш
Сеть обмена данными
Мэйнфрейм

26. Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем

Базовая эталонная модель взаимодействия
открытых систем (ВОС) состоит из семи
уровней.
Три нижних уровня предоставляют сетевые
услуги. Протоколы, реализующие эти уровни
должны быть предусмотрены в каждом узле
сети.
Четыре верхних уровня предоставляют услуги
самим оконечным пользователям и таким
образом связаны с ними, а не с сетью.

27. Семиуровневая архитектура ВОС

Оконечный
пользователь
Оконечный
пользователь
Верхние
уровни
Нижние
(сетевые)
уровни
Приложение
Приложение
Представление
Представление
Сеанс
Сеанс
Транспорт
Промежуточный
узел
Транспорт
Сеть
Сеть
Сеть
Канал
Канал
Канал
Физический
уровень
Физический
уровень
Физический
уровень
Физическая
среда

28.

• Уровень канала передачи данных и
находящийся под ним физический уровень
обеспечивают канал безошибочной передачи
между двумя узлами в сети.
• Функция сетевого уровня состоит в том,
чтобы установить канал для передачи
данных по сети от узла передачи до узла
назначения. Этот уровень предусматривает
также управление потоком или перегрузками
в целях предотвращения переполнения
сетевых ресурсов.

29.

• Транспортный уровень обеспечивает надежный,
последовательный обмен данными между двумя
оконечными пользователями.
• Существование сеанса между двумя пользователями
означает
необходимость
установления
и
прекращения его, что делается на уровне сеанса.
• Уровень представления управляет и преобразует
синтаксис блоков данных, которыми обмениваются
оконечные пользователи.
• Протоколы
прикладного
уровня
придают
соответствующий смысл обмениваемой информации.

30.

Блоки или кадры данных, передаваемые
по каналу связи через сеть, состоят из
пакетов и управляющей информации в
виде заголовков и окончаний.
В архитектуре ВОС имеется возможность
добавления управляющей информации
на каждом уровне архитектуры.

31. Блоки данных, применяемые в структуре сети ВОС

Уровни в архитектуре
Блок данных
Блок
прикладных
данных
Прикладной уровень
Заголовок услуги
представления
Блок данных
протокола
представления
Уровень сеанса
Заголовок
услуги сеанса
Блок данных
протокола
сеанса
Транспортный
уровень
Заголовок
транспортной
услуги
Блок данных
транспортного
протокола
Уровень сети
Заголовок
сетевой
услуги
Блок данных
сетевого
протокола (пакет)
Заголовок
канала
передачи
данных
Блок данных
протокола
канала (кадр)
Уровень
представления
Уровень канала
передачи данных

32.

• Передача больших информационных
потоков на значительные расстояния
осуществляется с помощью кабельных,
радиорелейных,
спутниковых
и
оптоволоконных линий связи.

33. Передача информации по каналу связи

34. Модемы

• В современных цифровых системах связи
основные функции передатчика и приёмника
выполняет
устройство,
называемое
модемом.

35. Схема соединения компьютеров в Internet

К
Провайдер
УС
Провайдер
УС
Мст
Backbon
М
М
М
М
М
М
УС
Магистральный канал
УС
Сеть обмена данными
Хост - компьютер
Провайдер

36. Internet

• Логическая
структура
Internet
-это
некое
виртуальное
объединение,
имеющее свое собственное информационное
пространство.
• Основные ячейки Internet – локальные
вычислительные сети. Internet не просто
устанавливает связи между отдельными
компьютерами, а создает пути соединения
для групп компьютеров.
• Существуют хост(host-хозяин) – компьютеры
они самостоятельно подключены к сети.

37. Система адресации Internet

Internet
самостоятельно
осуществляет
передачу
данных.
К
адресам
станций
предъявляются
специальные требования. Адрес должен иметь формат,
позволяющий вести его обработку автоматически, и
должен нести некоторую информацию о своем
владельце.
С
этой
целью
для
каждого
компьютера
устанавливаются два адреса: цифровой IР-адрес (IP —
Internetwork Protocol — межсетевой протокол) и
доменный адрес.
Оба эти адреса могут применяться равноценно.
Цифровой адрес удобен для обработки компьютером,
а доменный адрес — для восприятия пользователем.

38.

Цифровой адрес имеет длину 32 бита. Для удобства он
разделяется на четыре блока по 8 бит, которые можно
записать в десятичном виде.
Адрес
содержит
полную
информацию,
необходимую для идентификации компьютера.
Два блока определяют адрес сети, а два другие —
адрес компьютера внутри этой сети, Существует
определенное правило для установления границы
между этими адресами. Поэтому IP-адрес включает в
себя три компонента: адрес сети, адрес подсети,
адрес компьютера в подсети.

39. Доменная адресация

Числовая адресация удобна для машинной
обработки таблиц маршрутов, но совершенно
неприемлема для использования ее человеком.
Для облегчения взаимодействия в Сети
сначала
стали
использовать
таблицы
соответствия
числовых
адресов
именам
машин. Эти таблицы сохранились до сих пор и
используются
многими
прикладными
программами. Это файлы с именем hosts.

40.

Однако такой способ присвоения символьных имен был хорош
до тех пор, пока Internet был маленьким. По мере роста сети
стало затруднительным держать большие списки имен на
каждом компьютере. Для того чтобы решить эту проблему,
были придуманы DNS (Domain Name System).
Любая DNS является прикладным процессом, который
работает над стеком TCP/IP. Таким образом, базовым элементом
адресации является IP-адрес, а доменная адресация выполняет
роль сервиса.
Система доменных адресов строится по иерархическому
принципу.

41.

• Доменный адрес определяет область, представляющую ряд
хост-компьютеров, В отличие от цифрового адреса он читается
в обратном порядке. В начале идет имя компьютера, затем имя
сети, в которой он находится.
• Все пространство адресов разделяется на области — домены.
Возможно также разделение по определенным признакам и
внутри доменов.
• В системе адресов Internet приняты домены, представленные
географическими регионами. Они имеют имя, состоящее из
двух букв. Географические домены некоторых стран: Франция
— fr; Канада — са; США — us; Россия — ru.
• Существуют домены, разделенные по тематическим признакам.
Такие домены имеют трехбуквенное сокращенное название.
Учебные заведения — edu. Правительственные учреждения —
gov. Коммерческие организации — com.

42.

Компьютерное имя включает, как минимум, два уровня доменов.
Каждый уровень отделяется от другого точкой. Слева от домена
верхнего уровня располагаются другие имена. Все имена,
находящиеся слева, — поддомены для общего домена.
Например. Существует имя tutor.sptu.edu. Здесь edu — общий
домен для школ и университетов. Tutor — поддомен sptu,
который является поддоменом edu.
Для пользователей Internet адресами могут быть просто их
регистрационные имена на компьютере. За именем следует
знак @. Все это слева присоединяется к имени компьютера.
Например. Пользователь, зарегистрировавшийся под именем
victor на компьютере,имеющем в Internet имя tutor.sptu.edu,
будет иметь адрес:
[email protected].

43.

Система доменных адресов строится по иерархическому
принципу:
Вслед за доменами верхнего уровня следуют домены,
определяющие либо регионы, либо организации. Далее идут
следующие уровни иерархии, которые могут быть
закреплены либо за небольшими организациями, либо за
подразделениями больших организаций.
Всю систему доменной организации можно представить :

44.

Конечными пользователями глобальной сети являются host
(хозяин) - компьютеры (или устройства), имеющие 32 битный
адрес, разбитый на 4 байта и представленный в десятичном
формате (256.256.256.256), т.к. в двоичном виде он плохо
воспринимается людьми.
Именно на их основе и функционирует Интернет.
Протокол TCP разбивает информацию на порции, нумерует все
порции, чтобы при получении можно было правильно собрать
информацию. Каждый пакет получает заголовок TCP, где кроме
адреса получателя содержится информация об исправлении
ошибок и о последовательности передачи пакетов.
Затем пакеты TCP разделяются на еще более мелкие пакеты IP.
Пактеы состоят из 3 –х различных уровней, каждый из которых
содержит:
•данные приложения;
•информацию TCP;
•информацию IP.

45.

Перед отправкой пакета протокол TCP вычисляет контрольную
сумму. При поступлении снова рассчитывается контрольная
сумма, если пакет поврежден, то запрашивается повторная
передача.
Затем принимающая программа объединяет пакеты IP в
пакеты TCP, из которых реконструируются исходные данные.
Протоколы TCP/IP обеспечивают передачу информации между
компьютерами. Все остальные протоколы с их помощью
реализуют самые разные услуги Интернета.

46. Электронная почта

• Электронная почта (e-mail — electronic mail) обеспечивает
передачу сообщений из одного пункта в другой. Электронное
письмо приходит сразу же после его отравления и хранится в
почтовом ящике до получения адресатом. Кроме текста оно
может содержать графические и звуковые файлы, а также
двоичные файлы — программы.
• Электронные письма могут отправляться сразу по нескольким
адресам. Пользователь Internet с помощью электронной почты
получает доступ к различным услугам сети, так как основные
сервисные программы Internet имеют интерфейс с ней. Суть
такого подхода заключается в том, что на хост-компьютер
отправляется запрос в виде электронного письма. Текст письма
содержит набор стандартных формулировок, которые и
обеспечивают доступ к нужным функциям. Такое сообщение
воспринимается компьютером как команда и выполняется им.

47.

Для работы с электронной почтой создано большое количество
программ. Их можно объединить под обобщающим названием mail
Эти программы выполняют следующие функции:
•подготовку текста;
•чтение и сохранение корреспонденции;
•удаление корреспонденции;
•ввод адреса;
•комментирование и пересылку корреспонденции;
•импорт (прием и преобразование в нужный формат) других
файлов.
Сообщения можно обрабатывать собственным текстовым
редактором программы электронной почты. Из-за ограниченности
его возможностей обработку текстов большого размера лучше
выполнять внешним редактором.

48.

При отправлении сообщений по электронной почте
необходимо указывать в адресе имя хост-компьютера, и
имя абонента, которому сообщение предназначено.
Формат адреса электронной почты должен иметь вид:
имя пользователя@адрес хост-компьютера
Для каждого пользователя на одном хост-компьютере
может быть заведен свой каталог для получения
сообщений по электронной почте.
Специальный стандарт MIME (Multipurpose Internet Mail
Extension) — многоцелевое расширение почты Internet
— позволяет вкладывать в символьные сообщения
любые двоичные файлы, включая графику, аудио- и
видеофайлы.

49. WORLD-WIDE-WEB (Всемирная информационная сеть)

I
WWW является одной из самых популярных информационных
служб Internet. Две основные особенности отличают WWW:
использование гипертекста и возможность клиентов
взаимодействовать с другими приложениями Internet.
Гипертекст — текст, содержащий в себе связи с другими
текстами, графической, видео- или звуковой
информацией.
Внутри гипертекстового документа некоторые фрагменты текста
четко выделены. Указание на них с помощью, например, мыши
позволяет перейти на другую часть этого же документа, на
другой документ в этом же компьютере или даже на документы
на любом другом компьютере, подключенном к Internet.

50.

Все серверы WWW используют специальный язык HTML (Hypertext
Markup Language — язык разметки гипертекста).
HTML-документы представляют собой текстовые файлы, в
которые встроены специальные команды.
WWW обеспечивает доступ к сети как клиентам, требующим
только текстовый режим(используется программа Lynx), так и
клиентам, предпочитающим работу в режиме графики(программа
Mosaic). Связь между гипертекстовыми документами осуществляется с
помощью ключевых слов.
• Работая с Web-сервером, можно выполнить удаленное подключение
Telnet, послать абонентам сети электронную почту, получить файлы с
помощью FTP-анонима и выполнить ряд других приложений (прикладных
программ) Internet. Это дает возможность считать WWW интегральной
службой Internet.

51. Создание страниц WWW

Так как создание собственного сервера WWW является сложным
и дорогостоящим, то многие пользователи сети Internet могут
размещать свою информацию на уже существующих серверах.
Собственные страницы WWW можно создавать с помощью таких
средств, как Microsoft Internet Assistant for Word и Netscape
Navigator Hold. Редактор страниц Microsoft Internet Assistant
представляет собой набор макрокоманд, на базе которого
создаются документы HTML.
В диалоговом режиме пользователь может создать свой документ.
Редактор при этом обеспечивает:
•ввод заголовка документа;
•вставку графического изображения или видеофрагмента;
•вставку гипертекстовой ссылки;
•вставку закладки;
•просмотр страниц WWW.

52.

• Редактор, встроенный в навигатор Netscape
Navigator Gold, содержит средства для
работы с языком JAVA. Этот язык позволяет
интерпретировать программы, полученные из
сети, на локальном компьютере
пользователя. JAVA — язык объектноориентированного программирования. Он
используется для создания приложений для
Internet — программирования аплетов (аплет
— небольшое приложение). С помощью
аплетов можно создавать динамичные Webстраницы.

53. Передача файлов с помощью протокола FTP

• протокол FTP используется для перемещения информации
между различными операционными системами.
• FTP-сервер – компьютер, на котором содержатся файлы,
предназначенные для открытого доступа.
• Для установки связи с FTP-сервером необходимо ввести
команду ftp, а затем адрес или доменное имя.

54. Передача информации в Internet

В Internet используют 2 основных понятия: адрес и
протокол.
Свой уникальный адрес имеет любой компьютер,
подключенный к Интернету. Даже при временном
соединении по коммутируемому каналу компьютеру
выделяется уникальный адрес. Адрес должен иметь
формат позволяющий вести его обработку автоматически и
нести некоторую информацию о своем владельце.
С этой целью для каждого компьютера устанавливается 2
адреса: цифровой IP – адрес (Internetwork Protocol –
межсетевой протокол) и доменный адрес.

55.

Цифровой адрес удобен для обработки на компьютере, а
доменный адрес – для восприятия пользователем.
Цифровой адрес имеет длину 32 бита. Для удобства он
разделен на 4 блока по 8 бит, которые можно записать в
десятичном виде.
Адрес сети (192.45); адрес подсети (9); адрес компьютера –
(150).
192.45.9.150

56.

Конечными пользователями глобальной сети являются host
(хозяин) - компьютеры (или устройства), имеющие 32 битный
адрес, разбитый на 4 байта и представленный в десятичном
формате (256.256.256.256), т.к. в двоичном виде он плохо
воспринимается людьми.
Именно на их основе и функционирует Интернет.
Протокол TCP разбивает информацию на порции, нумерует все
порции, чтобы при получении можно было правильно собрать
информацию. Каждый пакет получает заголовок TCP, где кроме
адреса получателя содержится информация об исправлении
ошибок и о последовательности передачи пакетов.
Затем пакеты TCP разделяются на еще более мелкие пакеты IP.
Пактеы состоят из 3 –х различных уровней, каждый из которых
содержит:
данные приложения;
информацию TCP;
информацию IP.

57.

Перед отправкой пакета протокол TCP вычисляет контрольную
сумму. При поступлении снова рассчитывается контрольная
сумма, если пакет поврежден, то запрашивается повторная
передача.
Затем принимающая программа объединяет пакеты IP в
пакеты TCP, из которых реконструируются исходные данные.
Протоколы TCP/IP обеспечивают передачу информации между
компьютерами. Все остальные протоколы с их помощью
реализуют самые разные услуги Интернета.