Компьютерные сети. Введение

1.

Компьютерные сети
Введение

2.

Эволюция
компьютерных сетей
Введение в компьютерные сети
2

3.

Система на базе мейнфрейма
Введение в компьютерные сети
3

4.

История развития
компьютерных сетей
• Конец 1960-х
Первые глобальные связи компьютеров
Первые пакетные сети передачи данных
Начало передачи по телефонной сети голоса в цифре
Появление сети ARPANET
• 1970-е
• Появление мини-компьютеров
• Появление нестандартных средств сопряжения
компьютеров
• Появление UNIX
Введение в компьютерные сети
4

5.

Многотерминальная система
Введение в компьютерные сети
5

6.

История развития
компьютерных сетей
• 1980-е
• Распространение персональных компьютеров
• Появление стандартных сетевых технологий: Ethernet,
Token Ring, FDDI…
• Распространение Novell Netware
• Активное внедрение стека протоколов TCP/IP
• Начало использования Internet в коммерческих целях
• 1990-e
Изобретение WEB
Массовый переход на 100 Мб/с
DNS – адресация
Мультимедиа приходит в Internet
Появление локальных 1 Гбит/с сетей
Введение в компьютерные сети
6

7.

Различные типы связей
в первых LAN
Введение в компьютерные сети
7

8.

История развития
компьютерных сетей
• 2000-е
Повышение скорости до 10 Гбит/с
Распространение смартфонов, как сетевых терминалов
Активное распространение беспроводных сетей
Распространение 3G сетей
• 2010-е
Повышение скорости до 100 Гбит/с и выше
Минимизация потребления энергии устройствами
Распространение домашних сетей
IP-вещание
Максимизация покрытия 4G сетями
Введение в компьютерные сети
8

9.

Рост числа пользователей
Internet
Введение в компьютерные сети
9

10.

Общие принципы
построения сетей
Введение в компьютерные сети
10

11.

Задача разделения ресурсов
• периферийные устройства, такие как диски,
принтеры, плоттеры, сканеры и др.;
• данные, хранящиеся в оперативной памяти или
на внешних запоминающих устройствах;
• вычислительная мощность.
Введение в компьютерные сети
11

12.

Сетевые интерфейсы
• Физический интерфейс – порт
• Логический интерфейс – протокол
Введение в компьютерные сети
12

13.

Клиент и сервер
• Клиент — это модуль, предназначенный для
формирования и передачи сообщений-запросов
к ресурсам удаленного компьютера от разных
приложений с последующим приемом
результатов из сети и передачей их
соответствующим приложениям.
• 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).
Введение в компьютерные сети
13

14.

Сетевые службы и сервисы
Введение в компьютерные сети
14

15.

Web-служба
Введение в компьютерные сети
15

16.

Централизованное
сетевое приложение
Введение в компьютерные сети
16

17.

Распределённое
сетевое приложение
Введение в компьютерные сети
17

18.

Характеристики физических
каналов связи
• Предложенная нагрузка — это поток данных,
поступающий от пользователя на вход сети.
• Скорость передачи данных (information rate,
или throughput) — это фактическая скорость
потока данных, прошедшего через сеть.
• Емкость канала связи (capacity), называемая
также пропускной способностью – максимально
возможная скорость передачи информации по
каналу.
Введение в компьютерные сети
18

19.

Дуплекс?
• Дуплексный канал обеспечивает
одновременную передачу информации в обоих
направлениях.
• Полудуплексный канал также обеспечивает
передачу информации в обоих направлениях, но
не одновременно, а по очереди.
• Симплексный канал позволяет передавать
информацию только в одном направлении.
Часто дуплексный канал состоит из двух
симплексных каналов.
Введение в компьютерные сети
19

20.

Топологии физических связей
Шина
Кольцо
1
Обшая шина
1
2
3
4 … N
N
2
…
3
4
Введение в компьютерные сети
20

21.

Топологии физических связей
Полносвязная
Ячейстая
1
4
2
3
Введение в компьютерные сети
21

22.

Топологии физических связей
Звезда
Иерархическая звезда
1
1
N
Hub
2
Hub
…
Hub
3
Введение в компьютерные сети
Hub
Hub
Hub
9
2
3
4
5
6
7
8
22

23.

Модель ISO/OSI
Введение в компьютерные сети
23

24.

Модель OSI
• К середине 1970-х годов уже существовало
большое количество различных сетевых стеков
• Потребовалась стандартизация подхода
• В 1984 году International Standards Organization
(ISO) и International Telecommunications Union
(ITU) выпустило универсальную модель Open
System Interconnection (OSI)
Введение в компьютерные сети
24

25.

Задачи модели OSI
• Модель OSI определяет,
• во-первых, уровни взаимодействия систем в сетях с
коммутацией пакетов,
• во-вторых, стандартные названия уровней,
• в-третьих, функции, которые должен выполнять каждый
уровень.
• Модель OSI не содержит описаний реализаций
конкретного набора протоколов.
• Модель OSI описывает только системные средства
взаимодействия, реализуемые операционной
системой, системными утилитами, системными
аппаратными средствами.
• Модель не включает средства взаимодействия
приложений конечных пользователей.
Введение в компьютерные сети
25

26.

Уровни модели OSI
Application
• Прикладной
Presentation
• Представления
Session
• Сеансовый
Transport
• Транспортный
Network
• Сетевой
Data-Link
• Канальный
Physical
• Физический
Введение в компьютерные сети
26

27.

Процесс общения согласно OSI
Введение в компьютерные сети
27

28.

Метод матрёшки
Введение в компьютерные сети
28

29.

Физический уровень
• Физический уровень (physical layer) имеет дело
с передачей потока битов по физическим
каналам связи, таким как коаксиальный кабель,
витая пара, оптоволоконный кабель или
беспроводной канал.
• Физический уровень не вникает в смысл
информации, которую он передает. Для него эта
информация представляет собой однородный
поток битов, которые нужно доставить без
искажений и в соответствии с заданной тактовой
частотой.
Введение в компьютерные сети
29

30.

Канальный уровень
• Канальный уровень (data link layer)
обеспечивает прозрачность соединения для
сетевого уровня. Его задачи:
• установление логического соединения между
взаимодействующими узлами;
• согласование в рамках соединения скоростей
передатчика и приемника информации;
• обеспечение надежной передачи, обнаружение
и коррекция ошибок.
Введение в компьютерные сети
30

31.

Кадры решают всё!
• Для решения своих 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.
• Здесь в качестве адреса выступает MAC-адрес
Введение в компьютерные сети
31

32.

Сетевой уровень
• Сетевой уровень (network layer) образует
единую транспортную систему, объединяющую
несколько сетей и называемую 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).
Введение в компьютерные сети
32

33.

Необходимость сетевого уровня
Ethernet
Token
Bus
X.25
Token
Ring
Сетевой
уровень
Frame
Relay
FDDI
ATM
Введение в компьютерные сети
33

34.

Сетевой уровень
• Работа сетевых адресов (IP, IPX, X.25)
• Работа специальных межсетевых устройств –
маршрутизаторов
• Две категории протоколов сетевого уровня:
• Протоколы поиска маршрута
• Протоколы доставки сообщений
Введение в компьютерные сети
34

35.

Пример различных путей
Введение в компьютерные сети
35

36.

Транспортный уровень
• Транспортный уровень (transport layer)
обеспечивает приложениям и верхним уровням
стека — прикладному, представления и
сеансовому — передачу данных с той степенью
надежности, которая им требуется.
• Определено понятие порта – как точек привязки
сервиса
• Все протоколы, начиная с транспортного уровня и
выше, реализуются программными средствами
конечных узлов сети — компонентами их сетевых
операционных систем.
Введение в компьютерные сети
36

37.

Сеансовый уровень
• Сеансовый уровень (session layer) управляет
взаимодействием сторон:
• фиксирует, какая из сторон является активной в
настоящий момент,
• 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
сначала.
Введение в компьютерные сети
37

38.

Уровень представления
• Уровень представления (presentation layer)
обеспечивает представление передаваемой по
сети информации, не меняя ее содержания.
• Обеспечивает взаимное представление
различных кодировок. Например ASCII в EBCDIC.
• Обеспечивает избыточное кодирование
• Обеспечивает шифрование
Введение в компьютерные сети
38

39.

Прикладной уровень
• Прикладной уровень (application layer) — это
набор разнообразных протоколов, с помощью
которых пользователи сети получают доступ к
общим ресурсам, таким как файлы, принтеры
или гипертекстовые веб-страницы, а также
организуют свою совместную работу, например
по протоколу электронной почты.
• Единица данных, которой оперирует
прикладной уровень, обычно называется
сообщением.
Введение в компьютерные сети
39

40.

Адресация
Введение в компьютерные сети
40

41.

Виды адресации
• Физическая адресация
• Сетевая адресация
• Иерархическая доменная адресация
Введение в компьютерные сети
41

42.

Физическая адресация
• MAC (Media Access Control) – физический адрес
содержащий 6 байт. Потенциально уникальный.
• Обычно записывается 6 парами
шестнадцатеричных цифр, разделённых
двоеточиями или дефисами.
• AB:12:07:FF:3A:83
• Широковещательный адрес: FF:FF:FF:FF:FF:FF
• Первая половина обозначает производителя
• Вторая половина означает отдельное
произведённое устройство
Введение в компьютерные сети
42

43.

Формат IP-адреса
• Состоит из 4 байт, обычно разделённых точкой.
• 128.10.2.30
• По умолчанию не разделены адреса сети и узла
• Для разделения используется маска подсети
• Маска обозначает количество бит, отдаваемых
под номер сети
• 11111111.00000000.00000000.00000000 – 8
• 255.0.0.0
• 11111111.11111111.11000000.00000000 – 18
• 255.255.192.0
Введение в компьютерные сети
43

44.

Классовое представление сетей
Первые
Класс
биты
MIN
номер
сети
MAX номер сети
MAX число узлов
A
0
1.0.0.0
126.0.0.0
224-2, поле 3 байта
B
10
128.0.0.0
191.255.0.0
216-2, поле 2 байта
C
110
192.0.0.0
223.255.255.0
D
1110
224.0.0.0
239.255.255.255
Групповые адреса
E
11110
240.0.0.0
247.255.255.255
Зарезервировано
Введение в компьютерные сети
28-2, поле 1 байт
44

45.

Внеклассовые сети
• Маски имеют произвольную длину от 1 до 30.
• 0 – не существует.
• 1-7 – обычно не используется.
• 31 – бессмысленно.
• 32 – определение multicast адресов.
Введение в компьютерные сети
45

46.

Особые IP-сети
• 127.0.0.0/8 – локальные адреса
• 10.0.0.0 — 10.255.255.255/8
• 100.64.0.0 — 100.127.255.255/10 – Carrier-Grade NAT
• 172.16.0.0 — 172.31.255.255 (Маска 12-16)
• 192.168.0.0 — 192.168.255.255 (Маска 16-30)
Введение в компьютерные сети
46

47.

Выделение адреса сети из IP
Пусть дан адрес 129.68.134.5/12 и маска 255.192.0.0
Представим оба адреса в двоичном виде:
10000001.01000010.10000110.00000101
11111111.11000000.00000000.00000000
Делаем побитовое "или" и выделяем адрес сети
10000001.01000000.00000000.00000000
Инвертируем маску и выполняем побитовое "или" –
находим номер узла
• 00000000.00000010.10000110.00000101
Введение в компьютерные сети
47

48.

Multicast-адреса
• Обычно второй или третий адрес интерфейса
• Задачи групповых адресов:
• Задачи маршрутизации
• Глобальное потоковое вещание (CNN, BBC, ARD etc.)
• Локальное потоковое вещание (IceCast, VLC, Tangram
Whiteboard)
Введение в компьютерные сети
48

49.

Система DNS
Введение в компьютерные сети
49

50.

Иерархическая модель доменов
FQDN (англ. Fully Qualifed Domain Name) – максимум 255 байт.
С ограничением в 63 байта на имя. Максимальная вложенность – 127
Введение в компьютерные сети
50

51.

Домены верхнего уровня
Первые домены
Новые домены
• .com – Коммерция
• .edu – Образование США
• .gov – Правительство США
• .biz – Бизнес
• .asia – Азия
• .info – Общая информация
• .org – НКО
• .net – Сетевые организации
• .mil – Военные США
• .name – Персональный сайт
• .travel – Путешествия
• .xxx – Контент для взрослых
• .int – Международные
• .art – Искусство
Введение в компьютерные сети
51

52.

Национальные домены стран
.ru
.рф
.su
.us
.cn
.eu
– обозначение страны
– местное название
– Советский союз
– США
– Китай
– Евросоюз
• .aq – Антарктида
• .ai – Ангилья
• .io – Англия в Инд. Океане
• .im – остров Мэн
• .la – Лаос
• .tm – Туркмения
• .tv – Тувалу
• .ws – Самоа
Введение в компьютерные сети
52

53.

Спасибо за внимание!
Введение в компьютерные сети
53