Лекция 1. Компьютерные сети

1. Название курса

Операционные системы,
среды и оболочки
(ОСС и О для групп – ПМ).
Компьютерные сети
(для группы – ПМИ).

2. Литература:

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети . Принципы,
технологии, протоколы: учебник для Вузов, 4-е изд.– СПб: Питер,
2010. - 944 c.
Олифер В.Г., Олифер Н.А. Сетевые операционные системы:
Учебник для вузов: 2-е изд. –СПб.: Питер, 2009. -669с.
Гордеев А.В. Операционные системы. Учебник для вузов. 2-е изд.
– СПб: Питер, 2007. - 416 c.
Операционная система Linux: Курс лекций. Учебное пособие / Г.В.
Курячий, К.А. Маслинский – М. : ALT Linux; Издательство ДМК
Пресс, 2010. Йон Снейдер. Эффективное программирование TCP/IP.
Библиотека программиста. – СПб. Питер, 2009. -320c. (электронный
вариант: bookre.org/reader?file=773203 и на диске Y:).
Куроуз Дж, Росс К. Компьютерные сети. Многоуровневая
архитектура Интернета. 2-е изд.– СПб: Питер, 2004. - 705 c.
Долозов Н.Л. Компьютерные сети. Учебно-методическое
пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2013, -111c.

3. Лекция1.

Содержательный аспект
терминов, используемых в
курсе лекций.

4. Основные определения

Технология – совокупность методов и
процессов/средств в определённой отрасли
производства.
Информационная технология – совокупность
методов и средств обработки, хранения или
передачи данных.
Информационная сеть – это сеть,
предназначенная для обработки, хранения и
передачи данных. Таким образом
предоставляемым клиентам ресурсом является
информация.

5. Модель информационной сети (ИС).

ИС
АС
АС
Коммуникационная
сеть (КС)
АС
АС

6. Основные компоненты ИС.

Коммуникационная сеть – сеть, основной задачей
которой является передача данных (т.е.
коммуникационная сеть является ядром
информационной сети, которое обеспечивает
передачу и некоторые виды обработки данных).
АС – абонентская система, является поставщиком или
потребителем информации и называется абонентской
по двум причинам –
1) обслуживает абонентов – пользователей;
2) АС – также может быть абонентом сети.
Примечание1:
В качестве АС могут использоваться различные устройства
(кассовый аппарат, компьютер, другие устройства и системы)
Если в качестве АС используются компьютеры, то сеть
называется компьютерной.

7. Классификация ИС.

Для классификации компьютерных сетей
используются различные признаки, но, чаще
всего, сети делят на типы по
территориальному признаку, т.е. по
величине территории, которую охватывает
(обслуживает) сеть.
Выделяют следующие типы сетей (по
территориальному признаку) :
локальные (LAN, Local Area Network),
глобальные (WAN, Wide Area Network) и
городские (MAN, Metropolitan Area Network).

8. Особенность локальных (LAN) сетей.

К локальным сетям (LAN) относят сети компьютеров,
сосредоточенные на небольшой территории (обычно в
радиусе не более 2 км).
В общем случае, LAN представляет собой
коммуникационную систему, принадлежащую одной
организации. Из-за коротких расстояний в локальных
сетях имеется возможность использования
относительно дорогих высококачественных линий
связи, которые позволяют, применяя простые методы
передачи данных, достигать высоких скоростей
обмена данными. В связи с этим, услуги,
предоставляемые локальными сетями, отличаются
широким разнообразием и, обычно, подразумевают
реализации в режиме online.

9. Особенность глобальных (WAN) сетей.

Глобальные сети (WAN) объединяют территориально
рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в
различных городах и странах. Т.к. прокладка высококачественных
линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, в
глобальных сетях часто используются уже существующие линии
связи, изначально предназначенные для других целей.
Многие глобальные сети строятся на основе телефонных и
телеграфных каналов общего назначения. Из-за низких
скоростей таких линий связи в глобальных сетях набор
предоставляемых услуг обычно ограничивается передачей
файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом
режиме (например, с использованием электронной почты).
Для устойчивой передачи дискретных данных по
некачественным линиям связи применяются методы и
оборудование, существенно отличающиеся от методов и
оборудования, характерных для локальных сетей. Как правило, в
данном случае применяются сложные процедуры контроля и
восстановления данных.

10. Особенность городских (MAN) сетей.

Городские сети (MAN) являются менее распространённым
типом сетей. Эти сети появились сравнительно недавно. Они
предназначены для обслуживания территории крупного
города (мегаполиса).
MAN занимают промежуточное положение между LAN и WAN.
Они используют цифровые магистральные линии связи, часто
– оптоволоконные, и обычно предназначены для связи
локальных сетей в масштабах города, либо для соединения
локальных сетей с глобальными.
MAN первоначально были разработаны для передачи
дискретных данных. На сегодняшний день они поддерживают
и такие услуги, как видеоконференции, интегральную
передачу голоса и текста. Развитие технологии городских
сетей осуществляется, как правило, местными телефонными
компаниями.

11. Тенденции к сближению локальных и глобальных сетей.

1. Появление сетей масштаба большого города (MAN). При
достаточно больших расстояниях между узлами они обладают
качественными линиями связи и высокими скоростями обмена.
2. Сближение в методах передачи данных происходит на базе
оптической (немодулированной) передачи данных по
оптоволоконным линиям связи. Из-за существенного
улучшения качества каналов связи в глобальных сетях начали
отказываться от сложных процедур обеспечения корректности
передачи данных.
3. За счёт новых сетевых технологий и, соответственно, нового
оборудования (рассчитанного на более качественные линии
связи) скорости передачи данных в глобальных сетях
приближаются к скоростям в локальных сетях.
4. Благодаря высоким скоростям службы on-line становятся
обычными и в глобальных сетях (пример: гипертекстовая
информационная служба WWW).

12. Тенденции к сближению локальных и глобальных сетей (продолжение).

5. Наряду с разделяемыми линиями связи
современные локальные сети поддерживают работу
индивидуальных линий связи. Для организации
индивидуальных линий связи в LAN используется
специальный тип коммуникационного оборудования –
КОММУТАТОРЫ.
6. Появляются новые сетевые технологии,
изначально предназначенные для обоих видов сетей.
Например: технология ATM, которая может служить
основой не только LAN и WAN сетей, но и
телефонных сетей, а также широковещательных
видео сетей, объединяя все возможные виды
трафика в одной транспортной сети.

13. Тенденция сближения различных типов сетей

Ярко выраженная в последнее время тенденция
сближения различных типов сетей характерна не только
для локальных и глобальных компьютерных сетей, но и
для телекоммуникационных сетей других типов.
К телекоммуникационным сетям в настоящее время
можно отнести:
телефонные сети;
радиосеть;
телевизионные сети;
компьютерные сети
Во всех этих сетях предоставляемым клиентам ресурсом
является информация.

14. NGN – сети следующего поколения

NGN ( next generation networks, new generation networks — сети следующего/нового
поколения) — мультисервисные сети связи, ядром которых являются опорные IP-сети,
поддерживающие полную или частичную интеграцию услуг передачи речи, данных и
мультимедиа. Реализует принцип конвергенции услуг электросвязи.
Изначально для передачи различных типов информации строились отдельные
(ведомственные) сети связи: телефонная сеть, телеграфная сеть, сети передачи
данных и пр. Во второй половине XX века появилась идея объединить все
ведомственные сети связи в одну. Таким образом была создана концепция сетей ISDN.
В конце XX века из-за различных причин (дороговизна ISDN-оборудования, бурное
развитие IP-сетей, появление новых приложений и услуг) идея формирования глобальной
сети ISDN потерпела неудачу. На смену концепции сетей ISDN, пришла концепция сетей
следующего поколения — NGN. В отличие от сети ISDN, сеть NGN опирается на сеть
передачи данных на базе протокола IP.
Согласно простейшему определению, сеть NGN — это открытая, стандартная пакетная
инфраструктура, которая способна эффективно поддерживать всю гамму существующих
приложений и услуг, обеспечивая необходимую масштабируемость и гибкость, позволяя
реагировать на новые требования по функциональности и пропускной способности.
В настоящее время проблема перехода от традиционных сетей с коммутацией каналов к
сетям с коммутацией пакетов (NGN) является одной из наиболее актуальных для
операторов связи.

15. Структура телекоммуникационной сети

16. Компоненты телекоммуникационной сети

Телекоммуникационная сеть в общем случае включает
следующие компоненты:
сеть доступа (access network) - предназначена для
концентрации информационных потоков, поступающих по
многочисленным каналам связи от оборудования пользователей, в
сравнительно небольшом количестве узлов магистральной сети;
магистраль (backbone или core network) - объединяет
отдельные сети доступа, обеспечивая транзит трафика между
ними по высокоскоростным каналам;
информационные центры или центры управления сервисами
(data centers или services control point) - это собственные
информационные ресурсы сети, на основе которых
осуществляется обслуживание пользователей.
И сеть доступа, и магистральная сеть строятся на базе
“коммутаторов”. Каждый “коммутатор” оснащен
некоторым количеством портов, которые соединяются с
портами других “коммутаторов” каналами связи.

17. Сеть доступа

Сеть доступа представляет собой нижний уровень иерархии
телекоммуникационной сети.
К этой сети подключаются конечные (терминальные) узлы - оборудование,
установленное у пользователей (абонентов, клиентов) сети. В случае
компьютерной сети конечными узлами являются компьютеры, телефонной телефонные аппараты, а телевизионной или радиосети - соответствующие
теле- и радиоприемники.
Основное назначение сети доступа - концентрация информационных потоков,
поступающих по многочисленным каналам связи от оборудования
пользователей, в сравнительно небольшом количестве узлов магистральной
сети.
Сеть доступа , как и телекоммуникационная сеть в целом, может состоять из
нескольких уровней (на рисунке показано два). “Коммутаторы”,
установленные в узлах нижнего уровня, мультиплексируют информацию,
поступающую по многочисленным абонентским каналам (называемым часто
абонентскими окончаниями, local loop) и передают ее “коммутаторам” верхнего
уровня, чтобы те в свою очередь передали ее “коммутаторам” магистрали.
Количество уровней сети доступа зависит от ее размера; небольшая сеть
доступа может состоять из одного уровня, а крупная - из двух-трех.
Следующие уровни осуществляют дальнейшую концентрацию трафика,
собирая его и мультиплексируя в более скоростные каналы.

18. Магистральная сеть

Магистральная сеть объединяет отдельные сети доступа,
выполняя функции транзита трафика между ними по
высокоскоростным каналам. “Коммутаторы” магистрали могут
оперировать не только информационными соединениями между
отдельными пользователями, но и агрегированными
информационными потоками, переносящими данные большого
количества пользовательских соединений. В результате
информация с помощью магистрали попадает в сеть доступа
получателей, демультиплексируется там и коммутируется таким
образом, что на входной порт оборудования пользователя
поступает только та информация, которая ему адресована.
В том случае, когда абонент-получатель подключен к тому же
коммутатору доступа, что и абонент-отправитель
(непосредственно или через подчиненные по иерархии связей
коммутаторы), последний выполняет необходимую операцию
коммутации самостоятельно.

19. Информационные центры

Информационные центры / центры управления сервисами - это
собственные информационные ресурсы сети, на основе которых
осуществляется обслуживание пользователей. В таких центрах
может храниться информация двух типов:
пользовательская информация, то есть те данные, которые
непосредственно интересуют пользователей сети;
вспомогательная служебная информация, позволяющая
предоставлять пользователям некоторые услуги.
Примером информационных ресурсов первого типа могут служить
Web-порталы, на которых расположена разнообразная
справочная информация и новости, информация электронных
магазинов и т.п. В телефонных сетях роль таких центров играют
службы экстренного вызова (например, полиции, скорой помощи)
и справочные службы различных организаций и предприятий вокзалов, аэропортов, магазинов и т.п. В телевизионных сетях
такими центрами являются телестудии, поставляющие "живую"
картинку или же воспроизводящие ранее записанные сюжеты или
фильмы.

20. Информационные центры (продолжение)

К ресурсам второго типа относятся, например, различные системы
аутентификации и авторизации пользователей, с помощью которых
организация, владеющая сетью, проверяет права пользователей на
получение тех или иных услуг; системы биллинга, которые в
коммерческих сетях подсчитывают плату за предоставленные услуги;
базы данных учетной информации пользователей, хранящие имена и
пароли, а также перечни услуг, на которые подписан каждый
пользователь. В телефонных сетях существуют центры управления
сервисами (Services Control Point, SCP), где установлены
компьютеры, на которых хранятся программы нестандартной
обработки телефонных вызовов пользователей, например вызовов
бесплатных справочных служб коммерческих предприятий (так
называемые службы 800) или вызовов при проведении
телеголосования. Еще одним из распространенных видов
вспомогательного информационного центра является
централизованная система управления сетью, которая представляет
собой программное обеспечение, работающее на одном или
нескольких компьютерах.

21. Вывод

Естественно, у сетей каждого типа имеется много особенностей,
тем не менее, их структура в целом соответствует описанной
выше. В то же время, в зависимости от назначения и размера
сети, некоторые составляющие обобщенной структуры могут в
ней отсутствовать или же иметь несущественное значение.
Например, в небольшой локальной компьютерной сети нет
ярко выраженных сетей доступа и магистрали - они сливаются
в общую достаточно простую структуру. В корпоративной сети,
как правило, система биллинга отсутствует, так как услуги
сотрудникам предприятия оказываются не на коммерческой
основе. В некоторых телефонных сетях могут отсутствовать
информационные центры, а в телевизионных сеть доступа
приобретает вид распределительной сети, так как информация в
ней распространяется только в одном направлении - из сети к
абонентам.

22. Сети операторов связи

Компьютерные сети можно классифицировать по
различным критериям. Уже упоминавшееся выше деление
на локальные и глобальные сети происходит по
территориальному признаку, то есть по размерам
территории, которую покрывает сеть. Другим важным
признаком классификации сетей является назначение
предоставляемых услуг:
сети операторов связи (сети провайдеров услуг)
оказывают общедоступные услуги;
корпоративные сети предоставляют услуги только
сотрудникам того предприятия, которое владеет сетью.

23. Оператор связи

Специализированное предприятие, которое создает
телекоммуникационную сеть для оказания
общедоступных услуг, владеет этой сетью и
поддерживает ее работу, традиционно называется
оператором связи (telecommunication carrier).
Операторы связи отличаются друг от друга:
набором предоставляемых услуг;
территорией, в пределах которой предоставляются
услуги;
типом клиентов, на которых ориентированы услуги;
имеющейся во владении оператора инфраструктурой линиями связи, коммутационным оборудованием,
информационными серверами и т.п.

24. Стандартизация сетевых архитектур

Тезис о пользе стандартизации, справедливый для всех отраслей, в
компьютерных сетях, приобретает особое значение:
Суть сети – соединение разного оборудования, а значит проблема
совместимости является одной из наиболее острых.
Без соблюдения всеми производителями сетевого оборудования
общепринятых правил, прогресс в деле «строительства» сетей был бы
невозможным, поэтому всё развитие компьютерной отрасли, в конечном счёте,
отражено в стандартах. Любая новая технология только тогда приобретает
«законный» статус, когда её содержание закрепляется в соответствующем
стандарте.
В компьютерных сетях идеологической основой стандартизации
является многоуровневый подход к разработке средств сетевого
взаимодействия, и именно на основе этого подхода были созданы
модели сетевой архитектуры, являющиеся промышленными
стандартами.
Существуют две основные модели:
1) Модель, предложенная международной организацией по стандартизации
(ISO), называемая моделью сетевого взаимодействия открытых систем (OSI),
главная ориентация которой была на глобальные сети;
2) Модель Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE).
В рамках этого института был создан комитет 802, перед которым и была
поставлена задача стандартизации сетей (т.н. «проект 802»).

25. Зачем нужна многоуровневая сетевая модель?

Многоуровневая сетевая модель:
1) Делит взаимосвязанные аспекты работы сетей на менее сложные элементы;
2) Определяет стандартные интерфейсы для автоматического интегрирования в
систему новых устройств (Plug-and-play) и обеспечивает совместимость
сетевых продуктов различных поставщиков;
3) Даёт возможность инженерам закладывать в различные модульные функции
межсетевого взаимодействия симметрию, что позволяет легко наладить их
взаимодействие;
4) Не требует изменений в других уровнях при изменении на каком либо одном
уровне, что позволяет отдельным уровням развиваться более интенсивно;
5) Делит сложную межсетевую структуру на дискретные, более простые для
изучения, подуровни.
На сегодняшний день можно выделить следующие типы стандартов:
- стандарты отдельных фирм (Cisco,…);
- стандарты комитетов (Ethernet,…);
- национальные стандарты;
- международные стандарты (OSI);
- стандарты INTERNET (оформляются в виде документов RFC).

26. Классификация компьютерных сетей

Классификация КС в
технологическом аспекте
Территория покрытия
LAN
WAN
проводные
беспроводные
Среда передачи
Способ коммутации
Топология сети:
Другие аспекты
классификации сетей
Коммутация пакетов
Коммутация каналов
• древовидная
• звезда
• кольцо
• шина
• смешанная топология
• полносвязная
Какому типу
пользователей
предназначаются
услуги связи:
•Сети операторов связи
•Корпоративные сети
Функциональная роль в
составной сети:
•Сети доступа
•Магистральные сети
Признак “первичности”
Первичные сети
Наложенные сети
•Агрегирование трафика

27.

СПАСИБО
за внимание!
Поздравляю
ВСЕХ с новым
учебным годом!