extracted_text:
тема 4 вопрос 3
эталонная модель взаимодействия открытых систем osi
Эталонная модель OSI (за исключением физической среды) показана на рис. 1.16. Эта модель
основана на разработке Международной организации по стандартизации (International Organization
for Standardization, ISO) и является первым шагом к международной стандартизации протоколов,
используемых на различных уровнях (Day и Zimmerman, 1983). Затем она была пересмотрена в 1995
году (Day, 1995). Называется эта структура эталонной моделью взаимодействия открытых систем
ISO (ISO OSI (Open System Interconnection) Reference Model), поскольку она связывает открытые
системы, то есть системы, открытые для связи с другими системами. Для краткости мы будем
называть эту модель просто «модель OSI».
Модель OSI имеет семь уровней. Появление именно такой структуры было обусловлено
следующими соображениями.
1. Уровень должен создаваться по мере необходимости отдельного уровня абстракции.
2. Каждый уровень должен выполнять строго определенную функцию.
3. Выбор функций для каждого уровня должен осуществляться с учетом создания
стандартизированных международных протоколов.
4. Границы между уровнями должны выбираться так, чтобы поток данных между интерфейсами был
минимальным.
5. Количество уровней должно быть достаточно большим, чтобы различные функции не
объединялись в одном уровне без необходимости, но не слишком высоким, чтобы архитектура не
становилась громоздкой.
Далее мы обсудим каждый уровень модели, начиная с самого нижнего. Обратите внимание: модель
OSI не является сетевой архитектурой, поскольку она не описывает службы и протоколы,
используемые на каждом уровне. Она просто определяет, что должен делать каждый уровень. Тем не
менее ISO также разработала стандарты для каждого уровня, хотя эти стандарты не входят в саму
эталонную модель. Каждый из них был опубликован как отдельный международный стандарт.
Базовая эталонная модель OSI является концептуальной основой, определяющей характеристики и
средства открытых систем. Она определяет взаимодействие открытых систем, обеспечивающее
работу в одной сети систем, вьшускаемых различными производителями, и координирует:
• взаимодействие прикладных процессов;
• формы представления данных;
• единообразное хранение данных;
• управление сетевыми ресурсами;
• безопасность данных и защиту информации;
• диагностику программ и технических средств.
Распределенные системы обработки данных
Модель разработана международной организацией стандартов (МОС)  ISO и широко используется
во всем мире как основа концепций информационных сетей и их ассоциации. На базе этой модели
задаются правила и процедуры передачи данных между открытыми системами. Рассматриваемая
модель так же описывает структуру открытой системы и комплексы стандартов, которым она
должна удовлетворять. Основными элементами модели являются уровни, объекты, соединения,
физические средства соединения.
В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней:
прикладной,
представительный,
сеансовый,
транспортный,
сетевой,
канальный,
физический.
Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимо действия сетевых устройств.
Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые ОС, системными
утилитами, системными аппаратньш[и средствами. Модель не включает в себя средства
взаимодействия приложений конечных пользователей. Свои собственные протоколы взаимодействия






 приложения реализуют, обращаясь к системным средствам. Поэтому нужно различать уровень
взаимодействия приложений и прикладной уровень.
Необходимо также иметь в виду, что приложение может взять на себя функции некоторых верхних
уровней модели OSI. Например, некоторые СУБД имеют встроенные средства удаленного доступа к
файлам. В этом случае приложение, выполняя доступ к удаленным ресурсам, не использует
системную файловую службу. Оно обходит верхние уровни модели OSI и обращается напрямую к
системным средствам, ответственным за транспортировку сообщений по сети, которые
располагаются на нижних уровнях модели.
Пусть приложение обращается с запросом к прикладному уровню, например к файловой службе. На
основании этого запроса ПО прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата.
Обычное сообщение состоит из заголовка и поля данных. Заголовок содержит служебную
информацию, которую необходимо передать через сеть прикладному уровню машиныадресата,
чтобы сообщить ему, какую работу надо вьшолнить. В нашем примере заголовок, очевидно, должен
содержать информацию о месте нахождения файла и о типе операции, которую необходимо над ним
вьшолнить. Поле данных сообщения может бьггь пустым или содержать какиелибо данные,
например те, которые необходимо записать в удаленный файл. Для того, чтобы доставить эту
информацию по назначению, предстоит решить еще много задач, ответственность за которые несут
нижележащие уровни модели OSI.
После формирования сообщения прикладной уровень направляет его вниз по стеку
представительному уровню. Протокол представительного уровня на основании информации,
полученной из заголовка прикладного уровня, вьшолняет требуемые действия и добавляет к
сообщению собственную служебную информацию  заголовок представительного уровня, в котором
содержатся указания для протокола представительного уровня машиныадресата. Полученное в
результате сообщение передается вниз сеансовому уровню, который, в свою очередь, добавляет свой
заголовок, и т. д.
В модели OSI различаются два основных типа протоколов:
• с установлением соединения (connectionoriented);
• без предварительного установления соединения (connectionless).
В протоколах с установлением соединения перед обменом данными отправитель и получатель
должны сначала установить соединение и, возможно, выбрать некоторые параметры протокола,
которые они будут использовать при обмене данными. После завершения диалога они должны
разорвать это соединение.
Протоколы без предварительного установления соединения называют также дейтаграммными
протоколами. Отправитель просто передает сообщение, когда оно готово. Опускание письма в
почтовый ящик является примером связи без предварительного установления соединения. При
взаимодействии ЭВМ в РСОД используют протоколы обоих типов.
Уровни модели OSI
Физический уровень.
Физический уровень (Physical layer) имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи,
таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или радиосреда. К
этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие, как
полоса пропускашся, помехозащищенность, затухание и др.
Канальный уровень.
Одной из задач канального уровня (Data Link layer) является проверка доступности среды передачи,
так как физическая среда может быть занята одной из нескольких пар попеременно
взаимодействующих компьютеров. Другой  реализащм механизмов обнаружения и коррекщш
ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, назьгоаемые кадрами.
Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, для вьщеления обрамляя
его специальной последовательностью битов, а также вычисляет контрольную последовательность,
добавляя ее к кадру.
При получении кадра адресат снова вычисляет контрольную последовательность. Если принятая с
кадром и вычисленная контрольные последовательности совпадают, кадр считается правильным и
принимается. Если же они не совпадают, то фиксируется ошибка. Канальный уровень может не
только обнаруживать ошибки, но и исправлять их за счет повторной передачи повреждершых кадров.
Необходимо отметить, что функция исправления ошибок не является обязательной для канального уровня, поэтому в некоторых протоколах этого уровня она отсутствует, например, в Ethernet и
Frame relay.
В компьютерах локальных сетей функции канального уровня реализуются совместными усилиями
сетевых адаптеров и их драйверов. Канальный уровень обеспечивает доставку кадра между любыми
двумя узлами локальной сети той топологии, для которой он бьш разработан. К таким типовым
топологиям, поддерживаемым протоколами канального уровня локальных сетей, относятся общая
шина, кольцо и звезда, а также структуры, полученные с помощью мостов и коммутаторов.
Примерами протоколов канального уровня являются протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI, lOOVG
AnyLAN.
В глобальных сетях, которые редко обладают регулярной топологией, канальный уровень часто
обеспечивает обмен сообщениями только между двумя соседними компьютерами, соединенными
индивидуальной линией связи. Примерами протоколов «точкаточка» (так часто называют такие
протоколы) могут служить широко распространенные протоколы РРР и LAPB.
Сетевой уровень.
Сетевой уровень (Network layer) служит для образования единой транспортной системы,
объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать различные принципы передачи
сообщений между конечными узлами и обладать произвольной структурой связей.
Международная организация стандартов (ISO – International Organization Standardization) для
координации разработки открытых сетей приняла в 1978 году в качестве стандарта базовую
эталонную модель OSI (Open System Interconnection). Эта модель допускает эволюцию сетей с
учетом новых результатов в теории и технике. Модель OSI определяет общие рекомендации для
построения стандартов сетей, реализуемые как программными, так и аппаратными средствами. Она
включает в себя семь иерархических уровней, каждый из которых выполняет определенную
функциональную задачу (табл.6.1.).
Уровень  Выполняемые функции
Физический
Установление, поддержка и разъединение физического канала (все
виды линий связи от витой пары до оптоволоконного кабеля).
Используемые протоколы
Определяются
используемым
оборудованием
Ethernet, PPP, SLIP
Канальный
Сетевой
Транспортный
Управление передачей по информационному каналу (передача кадров
с пакетами, контроль данных, проверка состояния канала, добавление
служебных символов).
Управление коммуникационными ресурсами, маршрутизация пакетов,
IP, ARP
межсетевое взаимодействие, добавление служебных символов для
управления сетью.
Управление информационными потоками, организация логических
каналов между процессами, добавление служебных символов запроса
и ответа.
TCP, UDP
Сеансовый Установление, поддержка и окончание сеансов связи прикладных
TCP, UDP, UUCP
поисковых и др.) пользователей.
NNTP, SMTP, POP2,
POP3, Telnet
процессов. Управление очередностью передачи с учетом приоритетов.
Генерация и интерпретация команд взаимодействия процессов.
Представительный
Представление данных в кодах и форматах программ пользователей.
Прикладной Поддержка прикладных процессов (вычислительных, информационно
Три верхних уровня вместе с прикладными процессами пользователей образуют область обработки
данных. Три нижних уровня образуют область передачи данных между взаимодействующими
системами и реализуют коммуникационные процессы по передаче данных. Средний (транспортный)
уровень обеспечивает транспортировку данных (собственно трафик в сети) от отправителя к
получателю. Он занимает особое место в иерархии уровней, поскольку здесь коммуникационная
подсеть (три нижних уровня) с пакетом данных в качестве автономно транспортируемого объекта
объединяется с верхними уровнями, использующими сообщение в качестве отдельного объекта.
Протокол –набор правил, определяющих процедуру взаимодействия процессов, устройств, систем.
Применительно к модели сети, используемые в ней протоколы, управляют преобразованием
FTP, HTTP, SNMP, DNS форматов передаваемых сообщений (пакетов), последовательностью работы компьютерной техники,
коммутационной аппаратуры и каналов связи, контролем и исправлением возникающих ошибок.
За исключением физического уровня (его протоколы выполняются аппаратно) для всех уровней
модели сети протоколы реализуются программным способом через драйверы, управляющие
соответствующими сетевыми устройствами.

При передаче данных от прикладного процесса отправителя (рис.6.2.) к получателю каждый уровень
(за исключением физического) добавляет свой заголовок со служебной информацией
соответствующего уровня. Каждый уровень модели на стороне получателя взаимодействует только с
заголовком такого же уровня. При последовательном прохождении пакета через узлы сети в каждом
принимающем узле управляющая информация отделяется от остальной части пакета, в результате к
получателю приходит только само сообщение.

Главное назначение ЛВС заключается в предоставлении имеющихся в ней информационных и
вычислительных ресурсов для работающих в сети пользователей. Основную часть оборудования ЛВС
составляют серверы и рабочие станции. В больших ЛВС одновременно используется ряд
специализированных серверов: файлсервер, сервер баз данных, принтсервер, почтовый сервер,
сервер безопасности и др.
С учетом реализации распределенной обработки данных в компьютерных сетях функции обработки
могут выполняться как сервером, так и клиентом. В общем случаеподклиентомпонимается любая
выполняемая задача, рабочая станция или работающий пользователь сети. При обработке данных
клиент может обратиться к серверу за предоставлением определенного ресурса, в частности, для
выборки данных из находящейся на сервере базы в соответствии с заданным условием отбора. При
условии обработки данных в соответствии с запросом клиента непосредственно программными
средствами (обычно СУБД), установленными на сервере, и передачей клиенту результатов
выполнения запроса подобные системы обработки данных относят к системам с архитектурой
клиентсервер. Файлсервер, также как и клиентсервер, организует хранение данных общего
пользования, обеспечивает одновременный доступ многих пользователей сети к данным, передает
данные пользователям, однако файлсервер не предназначен для выполнения основного объема
операций обработки размещенных на нем данных. Основными функциями файлсервера являются:
хранение данных, архивирование данных, обеспечение целостности данных при одновременной
работе с ними ряда пользователей, передача данных. На файлсервере помимо совместно
обрабатываемых файлов также находятся и совместно используемые программы. Следует отметить
характерный для архитектуры файлсервер интенсивный трафик (трафик – объем передаваемых
данных за определенный период времени), предъявляющий весьма жесткие требования к пропускной
способности канала и надежности связи.
На сервере баз данных размещаются необходимые для работы базы данных (например, базы
информационносправочной системы “Консультант Плюс”, основные базы автоматизированной
банковской системы и др.). В общем случае базы данных могут пополняться и изменяться с
различных рабочих станций, с них же пользователи имеют возможность отбирать необходимые
данные в соответствии со своими запросами. При этом возможны два варианта работы:
∙ по запросу пользователя записи базы данных последовательно передаются на рабочую станцию, где
в дальнейшем выполняется их обработка;
∙ сервер обеспечивает всю необходимую обработку данных и передает на рабочую станцию
результаты выполнения запроса пользователя, реализуя тем самым технологию клиентсервер.
Первый вариант в отличие от второго значительно увеличивает загрузку линий связи сети; при этом
несколько снижаются требования к техническим характеристикам сервера, но одновременно
увеличивает требования к рабочим станциям. Организация технологии принтсервер осуществляется подключением к рабочей станции
производительного принтера, что позволяет обеспечить вывод на печать с любых рабочих станций.
При быстром поступлении нескольких заданий на печать формируется очередь заданий,
выполняемых в порядке их поступления. Возможен вариант непосредственного подключения
принтера к ЛВС через сетевую карту.
Почтовый сервер обеспечивает хранение получаемых и отправляемых сообщений, что позволяет в
удобное для пользователя время отправить через него собственное сообщение или прочитать
принятое.
ЛВС подразделяются на одноранговые сети и сети с выделенным сервером (иерархические). В
одноранговой сети все рабочие станции равноправны. Каждая рабочая станция может обслуживать
запросы от других станций и, в свою очередь, направлять им свои запросы. Таким образом, любая
рабочая станция может выполнять функции как клиента, так и сервера. Для каждой рабочей станции
сети задается уникальное имя и пароль для входа. Владелец рабочей станции имеет возможность
преобразовать локальные ресурсы станции в сетевые ресурсы, доступные другим пользователям при
владении ими соответствующими паролями (при этом устанавливаются определенные права доступа
к конкретному ресурсу). Одноранговые сети эффективны при небольшом числе рабочих станций (до
1015), при увеличении числа станций снижается эффективность работы сети в целом изза создания
ими помех друг другу при попытках одновременной передачи данных (т.е. при увеличении сетевого
трафика).
В сетях с выделенным сервером, по крайней мере, один из компьютеров не является рабочей
станцией, а используется для хранения общедоступных данных, сетевых программ и обработки
данных. С этого компьютера  сервера  осуществляется управление работой сети на базе сетевой
операционной системы. Как правило, сервер представляет собой высокопроизводительный
компьютер, имеющий современный процессор (зачастую два или более процессоров), винчестеры с
большой скоростью и малым временем доступа (во многих случаях RAIDмассив),
высокоскоростную сетевую карту(ы). Функции управления сервером возлагаются на системного
администратора. Он организует размещение данных и программного обеспечение на сервере,
регистрирует уникальные имена пользователей и их пароли, задает права доступа к находящимся на
сервере разделяемым ресурсам. В отличие от одноранговых сетей в сетях с выделенным сервером
идентифицируются конкретные пользователи, а не рабочие станции, с которых работают
пользователи. Сервер может выполнять функции клиента только по отношению к другому серверу
более высокого уровня иерархии. Взаимодействие входящих в состав сети рабочих станций, как
правило, осуществляется через сервер. В сетях с выделенным сервером обеспечивается более
высокая эффективность работы сети, практически снимается ограничение по числу рабочих станций,
реализуются возможности проведения эффективной политики информационной безопасности,
однако при этом стоимость сети в целом увеличивается. В последние годы сети с выделенным
сервером стали наиболее распространенным решением в рамках ЛВС.
Одной из важных характеристик ЛВС является топология сети, которая характеризует усредненную
геометрическую схему расположения входящих в состав сети компьютеров, узлов коммутации и
каналов связи. Узел коммутации – это устройство, задающее направление передачи данных в сети.
Для ЛВС характерны три базовых топологии: кольцо (ring), шина (bus) и звезда (star).
В топологии Кольцо повторители сигналов (репитеры) с помощью соединительных кабелей связаны
в единую однонаправленную замкнутую цепь (рис.6.4). К каждому из повторителей подключено по
одному компьютеру. Сообщение передается от одного повторителя к другому по кольцу до
повторителя, опознающего адрес сообщения и отправляющего это сообщение подключенному к
данному повторителю компьютеру. Для управления передачей сообщений по кольцу передается
специальный маркер. В общем случае маркер представляет собой служебное сообщение, в которое
помещаются сообщения абонентов сети. Топология Кольцо обеспечивает равенство компьютеров,
позволяет наращивать их число, однако последовательный характер обслуживания значительно
снижает быстродействие сети, а выход из строя одного из повторителей приводит к остановке
работы сети в целом. В настоящее время топология Кольцо используется очень редко. Рис.6.3 Сеть с топологией ЗвездаРис.6.4. Сеть с топологией Кольцо

Рис.6.5. Сеть с топологией Шина

В топологии Шина все компьютеры подключены к общей единой линии связи (рис.6.5). В отличие
от топологии Кольцо, допускающей использование любых кабелей в качестве передающей сигналы
среды, данная топология ориентирована на применение только коаксиального кабеля (тонкого или
толстого). В наиболее широко используемом варианте с тонким кабелем выходы сетевых карт
соседних компьютеров непосредственно связываются отрезками кабеля, формируя тем самым шину.
Данные от передающего компьютера одновременно поступают на все компьютеры сети, однако их
воспринимает только тот компьютер, адрес которого указан в передаваемом сообщении. В любой
момент времени осуществлять передачу данных может только один компьютер. При выходе
отдельного компьютера из строя сеть продолжает нормально функционировать. Для топологии
Шина характерно высокое быстродействие ЛВС, простая процедура наращивания размера сети,
однако при значительном объеме трафика ее пропускная способность может значительно
понизиться.
Топология Звездапредполагает наличие центрального узла коммутации, с которым соединяются
компьютеры сети посредством отдельных линий связи (рис.6.3). Данные между компьютерами
передаются через центральный узел. Эта топология обеспечивает простоту расширения и управления
сетью, однако ее работоспособность полностью определяется состоянием центрального узла
коммутации. Топология Звезда является более гибкой архитектурой позволяющей, строить как
простые, так и сложные сегментированные, разветвленные сети. Скорость работы такой сети
существенно выше, кроме того, имеется возможность построения сегментов с разной скоростью
передачи данных в зависимости от ее технического оснащения и организации. При повреждении
линии связи конкретного луча от сети отключаются только компьютеры, связанные с этим лучом.
На практике, как правило, реализуют комбинированные варианты построения локальной сети на
основе топологии Звезда (рис.6.6).

Рис.6.6. Иерархическая структура ЛВС с использованием витой пары

Для расширения числа подключаемых рабочих станций при создании сетей произвольной
конфигурации широко используют специальные устройства – концентраторы (hub), фактически
выполняющие функцию многопортовых (со многими входами) повторителей. Задачей концентратора
является сбор воедино подходящих к нему сетевых соединений и организация приема и передачи
данных между адресатами. Выпускают концентраторы пассивные и активные с автономным
питанием. Основными их параметрами являются: скорость передачи данных и количество портов.
Различные модели устройств работают на скоростях 10 Мбит/с и 10/100 Мбит/с (в новых моделях
максимально возможная скорость достигает 1000 Мбит/с) и имеют 4, 5, 8, 12, 16, 24 и 32 портов.
В локальных сетях реализуют несколько типов сетевых архитектур: Ethernet, Arcnet, Token Ring и
др. В Ethernet и Arcnet реализуют топологию как Звезда, так и Шина; в Token Ring  топологию
Кольцо. В течение последних лет в ЛВС доминирующим решением является архитектура Ethernet.
С понятием топологии тесно связано понятие метода доступа к передающей среде,
представляющего собой совокупность правил получения различными компьютерами сети доступа к
ее ресурсам. Методы доступа подразделяются на детерминированные и недетерминированные.
Детерминированные методы доступа предполагают использование определенного механизма
управления передающей средой, обеспечивающего возможность передачи сообщения за малый
интервал времени для любого компьютера, при этом реализуется та или иная процедура доступа.
Типичным представителем этой группы методов является метод передачи права посредством
маркера, используемый в топологии Кольцо. Существуют методы доступа, одновременно
оперирующие с несколькими маркерами. В недетерминированных (случайных) методах доступа
реализуется соперничество за право передачи сообщений в конкретный момент времени, что
приводит к коллизии.
Каждый из указанных типов архитектур характеризуется специфическими методами доступа к
каналам связи. В сети Ethernet используется метод CSMA/CD – множественный случайный доступ с
прослушиванием несущей и разрешением конфликтов (коллизий), любая рабочая станция начинает
передачу только при свободном состоянии канала. При его реализации компьютер перед передачей
сообщения посредством сетевой карты анализирует занятость передающей среды, и после ее
освобождения начинает свою передачу. При одновременной попытке двух компьютеров передать
свои сообщения (это есть коллизия) они оба прекращают сеанс и предпринимают повторные попытки
через различные, малые временные задержки (для каждой рабочей станции задается случайное время
ожидания перед повторной передачей).
В сетях Arcnet и Token Ring для передачи сообщений используется так называемый маркер. При
необходимости передачи сообщения конкретная рабочая станция должна дождаться прихода
пустого маркера (он не содержит данных и может находиться в свободном или занятом состоянии) и
затем присоединить к нему свое сообщение с адресом получателя (при этом маркер переходит в
состояние занято). Станцияполучатель забирает предназначенное ей сообщение, тем самым
инициируется освобождение маркера для последующего использования. В сети Token Ring
дополнительно используется механизм приоритета, позволяющий обеспечить более быстрое
получение маркера одними станциями по сравнению с другими.
ЛВС структурных подразделений корпорации являются базой построения единой корпоративной
компьютерной сети. Она служат основой автоматизированной системы управления корпорацией, и
обеспечивает организацию информационной системы. Значительный рост числа корпоративных сетей
(в 2000 году в корпоративных сетях имелось более 4 млн. серверов) объясняется присущими им
возможностями совместного использования распределенных сетевых ресурсов, реализацией режима
удаленного доступа, обеспечение сложившейся традиционной технологии работы пользователей.
Корпоративные сети, использующие в своей основе технологию построения сети Интернет (протокол
TCP/IP, систему адресации ресурсов, гипертекст), получили название Интранет (Intranet). Как и
Интернет, сеть Интранет реализует технологию клиентсервер, при которой клиенты запрашивают у
серверов различного рода услуги, а серверы предоставляют их. Для развертывания Интранетсетей
необходимо наличие унифицированных аппаратных и программных средств, поддерживающих
технологию Интернет. Эффективность корпоративных сетей во многом зависит от решения
организационных вопросов ориентированных на создание условий инициативной работы сотрудников
по максимальному использованию реализованных в сети возможностей.
Современным решением организации доступа пользователей в корпоративную сеть является
организация в ее структуре единого информационного портала. В целом портал представляет собой
интегрированную систему управления информационными ресурсами, реализующую доступ
различных категорий пользователей (сотрудников корпорации, клиентов и др.) с единой точки входа,
и использующую общие унифицированные правила представления и обработки информации. При
этом сам портал устроен так, что сотрудник получит доступ к информации определенного
направления для выполнения служебных обязанностей, партнеры по бизнесу увидят другую
информацию, а покупателям будут предложены прайслисты и условия взаимодействия.
Целями внедрения информационных порталов являются:
∙ организация эффективного централизованного управления информационными ресурсами;
∙ минимизация затрат на внедрение новых информационных сервисов; ∙ повышение эффективности поиска требуемых информационных ресурсов;
∙ обеспечение совместимости с приложениями различной направленности;
∙ реализация единой процедуры авторизации для доступа к различным информационным ресурсам.
Дальнейшим развитием направления информационных порталов стало создание мультипорталов,
нацеленных на создание максимально комфортной среды для работы с информацией. Характерным
примером является мультипортал KM.ru – наиболее информативное электронное издание в
российском сегменте сети Интернет, ежедневно предоставляющее общественнополитические,
экономические, а также специализированные новости. Мультипортал формируется из более чем 20
тематических порталов, включая порталы KMmnews.ru (новости), Vschool.ru (виртуальная школа
Кирилла и Мефодия), Megabook.ru (крупнейший русскоязычный энциклопедический ресурс),
Shopping.ru (торговля) и др.
Для работы в составе ЛВС на компьютер необходимо установить сетевую карту(сетевой адаптер),
предназначенную для выполнения ряда функций по организации передачи данных из рабочей станции
в сеть и приема данных из сети: формирование пакетов данных, преобразование передаваемых
данных из параллельной формы в последовательную и обратное преобразование для принимаемых
данных, согласование скоростей передачи (буферизация), проверку правильности передачи,
разрешение коллизий. Обычно, сетевые карты реализуют функции физического и канального уровней
сетевой модели OSI. Они выполняются в виде интерфейсного модуля, устанавливаемого в слот
системной платы (в ряде моделей системных плат сетевые модули изначально интегрированы в их
структуру). Следует отметить, что конкретная модель сетевой карты поддерживает работу
компьютера только в сети соответствующей архитектуры.
В ЛВС для соединения устройств между собой обычно используют кабели нескольких видов, а в
ряде случаев, радиоканал и инфракрасный канал. Среди различных типов кабелей наиболее часто
применяют витую пару, реже коаксиальный и оптоволоконный кабель. В качестве беспроводных
способов организации ЛВС в настоящее время наиболее распространена технология WiFi передачи
по радиоканалу (она же IEEE 802.11).
В простейшем случае витая пара (VTP) может быть образована двумя свитыми (скрученными)
изолированными проводниками. Существует несколько категорий витой пары, отличающихся
максимально возможной скоростью передачи и помехозащищенностью. Для повышения
помехозащищенности используют экранированную витую пару (STR). В последние годы витая пара
является наиболее широко используемым видом передающей среды в сетях с топологией Звезда; она
проста при монтаже, нетребовательна при эксплуатации. Основным недостатком является
небольшая длина луча (до 100 м). Стандарт Gigabit Ethernet на витой паре 5 категории (включает в
себя 4 пары проводов) обеспечивает скорость передачи до 1000 Мбит/с.
Коаксиальный кабель на срезе представляет собой совокупность изолированной центральной жилы
(проводника) и окружающей ее защитной металлической оплетки, обеспечивающей высокую
помехозащищенность от внешних электромагнитных полей. В сетях используют два вида
коаксиального кабеля: толстый и тонкий. Толстый кабель характеризуется более высокими
значениями эксплуатационных параметров. При построении новых сетей коаксиальный кабель
практически не применяется изза малых для современных сетей скоростей передачи данных.
Оптоволоконный кабель является наиболее современным техническим решением, обеспечивающим
наибольший уровень помехозащищенности. По сравнению с электрическими кабелями он не излучает
электромагнитных колебаний при передаче данных, что актуально для сетей с повышенными
требованиями информационной безопасности, нечувствителен к внешним электромагнитным полям.
Оптоволоконный кабель характеризуется высокой скоростью передачи (до 1000 Мбит/с) и большой
длиной луча (до сотни км), однако, в то же время, он является наиболее дорогим решением по
стоимости как оборудования, так и монтажа, а также требует сложных переходных (стыковочных)
устройств для преобразования электрических сигналов в световые и обратно.
В течение последних лет в ЛВС доминирующим решением является архитектура Ethernet. В качестве
передающей среды в различных спецификациях могут использоваться витая пара, толстый и тонкий
коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель.
Так, например, спецификация 10BaseT определяет скорость передачи в 10 Мбит/с по
неэкранированной витой паре с топологией сети типа Звезда. Современная спецификация 100BaseХ
Ethernet (Fast Ethernet) позволяют достичь скорости передачи в 100 Мбит/с, при этом обеспечивается совместимость со спецификацией 10BaseТ. Максимальную скорость передачи определяет стандарт
Gigabit Ethernet со скоростью передачи 1 Гбит/с. Технология Gigabit Ethernet является относительно
новой и используется в локальных сетях с большим трафиком. Для большинства сетевых
приложений, включая задачи финансовых подразделений организаций, наиболее часто применяют
технологии Ethernet и Fast Ethernet.
В ряде случаев при невозможности или нецелесообразности прокладки кабелей используют
радиосети, включающие в свой состав необходимое количество установленных на компьютерах
радиотрансиверов (комплект приемникпередатчик), обменивающихся данными по радиоканалу.
Обычно радиоканал организуют на расстояние до 5 км (известны решения с дальностью действия до
40 км и скоростью передачи до 11 Мбит/с). Для такой технологии характерна высокая стоимость,
кроме того, для ее применения необходимо получать соответствующее разрешение в
Государственной комиссии по радиочастотам.
В последние годы в связи с широким применением ЛВС типичной стала задача соединения ряда
автономных сетей в единое целое с целью объединения ресурсов и организации единой транспортной
сети. Подобная необходимость возникает практически всегда при организации корпоративных сетей.
Простейший вариант объединения нескольких сегментов сети с шинной топологией для увеличения
ее общей протяженности реализуется с помощью приемопередатчиков (трансиверов) и повторителей
(репитеров). Приемопередатчик представляет собой устройство, предназначенное для приема
пакетов от сетевых карт и последующей их передачи в шину. Повторитель (устройство с
автономным питанием) выполняет функцию усилителя мощности сигналов, передающих пакеты
данных между сегментами определенной длины.
В случае объединения однотипных близкорасположенных сетей используют наиболее простое
техническое решение  мост, предполагающий использование в обеих сетях одинаковых методов
передачи данных. Объединяемые сети должны иметь одинаковые сетевые уровни модели OSI, однако
при этом допускаются некоторые различия на физическом и канальном уровнях. Мост позволяет
объединять и сети с различной топологией при использовании однотипных сетевых операционных
систем. Различают локальные и удаленные мосты. В отличие от локальных удаленные мосты
позволяют посредством внешних каналов и модемов связать территориально разнесенные сети.
Более сложным техническим решением является использование шлюза, представляющего собой
устройство для организации обмена данными между сетями с различными протоколами
взаимодействия. Непосредственное назначение шлюза заключается в согласовании протоколов,
используемых в объединяемых сетях. Функции шлюза реализуются на всех уровнях модели OSI выше
сетевого уровня. Именно шлюзы позволяют реализовать подключение ЛВС к глобальной сети.
В сетях со сложной конфигурацией или в объединенных сетях широко применяют маршрутизаторы
(router), представляющие собой устройства для оптимизации управления передачей сообщений в
сетях различного типа, использующих одинаковые операционные системы. Маршрутизатор
определяет наиболее эффективный путь передачи сообщения (пакетов) конкретному абоненту сети,
обеспечивая при этом балансировку загрузки сети (оптимизацию) с подключением к работе
свободных каналов связи. Маршрутизатор пропускает в конкретную сеть только те сообщения,
которые адресованы ее абонентам. Адрес конкретного абонента определяется его собственным
адресом в рамках сети и адресом этой сети. Функции маршрутизатора реализуются на сетевом и
транспортном уровнях модели OSI, при этом более высокие уровни объединяемых сетей должны
быть одинаковы.
При построении сложных сетей для обеспечения необходимой интенсивности и оптимизации работы
вместо концентратора используют более интеллектуальное устройство – коммутатор (switch). Его
принципиальным отличием от концентратора является наличие внутренней логики и
микропрограммы, которые более оптимально используют ресурсы сети, разгружая ее и повышая
общую производительность. Они обладают большей пропускной способностью и малым временем
задержки, что обеспечивает в сетях поддержку интерактивного трафика между
взаимодействующими рабочими станциями.
Различные виды коммутационного оборудования (мосты, маршрутизаторы и коммутаторы) по
назначению и функциональным возможностям близки друг другу. Мосты обеспечивают сегментацию
сети на нижнем (физическом) уровне, поэтому их “интеллектуальные” возможности малы.
Маршрутизаторы, объединяя физические и логические сегменты сети в единое целое, выполняют при этом ряд “интеллектуальных” функций, но они вносят заметные задержки, что негативно
сказывается на оперативности управления трафиком. Коммутаторы обеспечивают меньшее время
задержки и наиболее эффективны в сетях с небольшим числом пользователей. Однако в сложных
сетях с большим числом коммутационных устройств маршрутизаторы обеспечивают более
эффективное управление трафиком, чем коммутаторы.

file_name: тема 4 вопрос 3.docx

intro:
Эталонная модель OSI (за исключением физической среды) показана на рис. 1.16. Эта модель основана на разработке Международной организации по стандарти¬зации (International Organization for Standardization, ISO) и является первым ша¬гом к международной стандартизации протоколов, используемых на различных уровнях (Day и Zimmerman, 1983). Затем она была пересмотрена в 1995 году (Day, 1995). Называется эта структура эталонной моделью взаимодействия от¬крытых систем ISO (ISO OSI (Open System Interconnection) Reference Model), поскольку она связывает открытые системы, то есть системы, открытые для свя¬зи с другими системами. Для краткости мы будем называть эту модель просто «модель OSI».
Модель OSI имеет семь уровней.

title: Лекция "Эталонная модель взаимодействия открытых систем osi"


extracted_text:
тема 4 вопрос 4
управление доступом к предающей среде. методы и протоколы доступа
УПРАВЛЕНИЕ ДОСТУПОМ К ПЕРЕДАЮЩЕЙ СРЕДЕ

Классификация методов доступа

Метод доступа к предающей среде – это совокупность правил, по которым узлы сети получают
доступ к ресурсу. Иначе: это способ «захвата» передающей среды, способ определения того, какая
из рабочих станций сети может следующей использовать ресурсы сети. Так же называется набор
правил (алгоритм), используемых сетевым оборудованием, чтобы направить поток сообщений через
сеть, а также один из основных признаков, по которым различают сетевое оборудование.
Методы   доступа   к   передающей   среде   реализуются   протоколами   передачи   данных   (ППД)
нижнего   уровня   (протоколами   управления   каналом).   ППД   нижнего   уровня   –   это   совокупность
процедур, выполняемых на нижних уровнях модели ВОС по управлению потоками данных между
рабочими станциями сети на одном физическом канале связи.
Методы  доступа к передающей среде и  соответствующие ППД  нижнего уровня могут быть
разделены на следующие классы :
 методы, основанные на резервировании времени, принадлежащие к числу наиболее ранних и
простых.   Любая   РС   осуществляет   передачу   только   в   течение   временных   интервалов   (слотов,
определяющих   начало   и   продолжительность   передачи),   заранее   для   нее   зарезервированных.   В
неприоритетных  системах слоты распределяются между станциями поровну, в системе с учетом
приоритетов   некоторые   станции   за   фиксированный   интервал   времени   получают   большее   число
слотов. Станция, владеющая слотом, получает канал в свое полное распоряжение. Такие методы
целесообразно применять в сетях с малым числом РС, так как канал используется неэффективно;
 селективные методы, при реализации которых с помощью соответствующих ППД рабочая
станция осуществляет передачу только после получения разрешения, направляемого каждой РС по
очереди центральным управляющим органом сети (такой алгоритм называется
циклическим   опросом),   или   это   разрешение   передается   от   станции   к   станции   (алгоритм
передачи маркера);
  методы, основанные на соперничестве  (методы случайного доступа, методы «состязаний»
рабочих станций), когда каждая РС пытается «захватить» передающую среду;
  кольцевые   методы,   предназначенные   только   для   ЛКС   с   кольцевой   топологией.   К   ним
относятся   два   метода   –   вставка   регистров   и   сегментированная   передача   (метод   временных
сегментов).
Реализация метода вставки регистра связана с необходимостью наличия в РС регистра (буфера),
подключаемого параллельно к кольцевому моноканалу. В регистр записывается кадр для передачи, и
станция ожидает межкадрового промежутка в моноканале. С его появлением регистр включается в
моноканал и содержимое регистра передается в линию. Если во время передачи станция получает
кадр,   он   записывается   в   буфер   и   передается   вслед   за   кадром,   передаваемым   этой   станцией.
Допускается «подсадка» в моноканал нескольких кадров.
В случае использования сегментированной передачи временные сегменты одинаковой протяжности
формируются управляющей станцией сети и циркулируют по кольцевому моноканалу. Каждая
станция, периодически обращаясь в сеть, может дождаться временного сегмента, помеченного
меткой «свободен». В этот сегмент станция помещает свой кадр и при этом метка «свободен»
заменяется меткой «занят». После доставки кадра адресату сегмент вновь освобождается. Важным
преимуществом такого метода является возможность одновременной передачи кадров несколькими
станциями, однако управление сетью, где этот метод используется, значительно сложнее.
Метод доступа к предающей среде – это совокупность правил, по которым узлы сети получают
доступ к ресурсу. Иначе: это способ «захвата» передающей среды, способ определения того, какая
из рабочих станций сети может следующей использовать ресурсы сети. Так же называется набор
правил (алгоритм), используемых сетевым оборудованием, чтобы направить поток сообщений через
сеть, а также один из основных признаков, по которым различают сетевое оборудование.
Методы доступа к передающей среде реализуются протоколами передачи данных (ППД) нижнего
уровня (протоколами управления каналом). ППД нижнего уровня – это совокупность процедур, выполняемых на нижних уровнях модели ВОС по управлению потоками данных между рабочими
станциями сети на одном физическом канале связи.
Методы доступа к передающей среде и соответствующие ППД нижнего уровня могут быть
разделены на следующие классы :
 методы, основанные на резервировании времени, принадлежащие к числу наиболее ранних и
простых. Любая РС осуществляет передачу только в течение временных интервалов (слотов,
определяющих начало и продолжительность передачи), заранее для нее зарезервированных. В
неприоритетных системах слоты распределяются между станциями поровну, в системе с учетом
приоритетов некоторые станции за фиксированный интервал времени получают большее число
слотов. Станция, владеющая слотом, получает канал в свое полное распоряжение. Такие методы
целесообразно применять в сетях с малым числом РС, так как канал используется неэффективно;
 селективные методы, при реализации которых с помощью соответствующих ППД рабочая
станция осуществляет передачу только после получения разрешения, направляемого каждой РС по
очереди центральным управляющим органом сети (такой алгоритм называется циклическим
опросом), или это разрешение передается от станции к станции (алгоритм передачи маркера);
 методы, основанные на соперничестве (методы случайного доступа, методы «состязаний»
рабочих станций), когда каждая РС пытается «захватить» передающую среду;
 кольцевые методы, предназначенные только для ЛКС с кольцевой топологией. К ним относятся
два метода – вставка регистров и сегментированная передача (метод временных сегментов).
Реализация метода вставки регистра связана с необходимостью наличия в РС регистра (буфера),
подключаемого параллельно к кольцевому моноканалу. В регистр записывается кадр для передачи, и
станция ожидает межкадрового промежутка в моноканале. С его появлением регистр включается в
моноканал и содержимое регистра передается в линию. Если во время передачи станция получает
кадр, он записывается в буфер и передается вслед за кадром, передаваемым этой станцией.
Допускается «подсадка» в моноканал нескольких кадров.
В случае использования сегментированной передачи временные сегменты одинаковой протяжности
формируются управляющей станцией сети и циркулируют по кольцевому моноканалу. Каждая
станция, периодически обращаясь в сеть, может дождаться временного сегмента, помеченного
меткой «свободен». В этот сегмент станция помещает свой кадр и при этом метка «свободен»
заменяется меткой «занят». После доставки кадра адресату сегмент вновь освобождается. Важным
преимуществом такого метода является возможность одновременной передачи кадров несколькими
станциями, однако управление сетью, где этот метод используется, значительно сложнее.
Протоколы передачи данных типа первичный/ вторичные
Все ППД делятся на два класса: ППД типа первичный/вторичные и одноранговые ППД. Первые из
них предполагают наличие в сети первичного (главного) узла, который управляет всеми остальными
(вторичными) узлами, подключенными к каналу, и определяет, когда и какие узлы могут
производить обмен данными. В сетях, где реализуются одноранговые (одноуровневые,
равноранговые) протоколы, все узлы имеют одинаковый статус. Однако если предварительно узлам
присвоить разные приоритеты, то для них устанавливается неравноправный доступ в сеть.
ППД типа первичный/вторичные могут быть реализованы на основе нескольких технологий,
образующих две группы: с опросом и без опроса
Наибольшее распространение в сетях с опросом получили протоколы «опрос с остановкой и
ожиданием» и «непрерывный автоматический запрос на повторение». Оба протокола относятся к
классу ППД, реализующих селективные методы доступа к передающей среде, хорошо известные по
применению в многоточечных линиях глобальных сетей. Суть таких технологий доступа заключается
в том, что первичный узел последовательно предлагает вторичным узлам подключиться к общему
каналу передачи. В ответ на такой запрос вторичный узел, имея подготовленные данные,
осуществляет передачу. В противном случае выдается короткий пакет данных типа «данных нет»,
хотя в современных системах, как правило, вместо этого пакета реакцией является «молчание». Получил распространение способ организации запроса – циклический опрос, т.е. последовательное
обращение к каждому вторичному узлу в порядке очередности, определяемом списком опроса. Цикл
завершается после опроса всех вторичных узлов из списка. Для сокращения потерь времени,
связанных с опросом неактивных вторичных узлов, применяются специальные варианты процедуры
опроса: наиболее активные узлы в течение одного цикла опрашиваются несколько раз; наименее
активные узлы опрашиваются один раз в течение нескольких циклов; частота опроса отдельных узлов
меняется динамически в соответствии с изменением их активности. В сетях с многоточечными
линиями применяется также опрос по принципу «готоввперед». В каждой многоточечной линии
опрос начинается с самого удаленного вторичного узла к другому, пока не достигнет узла,
ближайшего к опрашивающему органу. Реализация такого принципа позволяет сократить время на
распространение сигнала опроса от первичного узла к вторичным.
Системы с опросом отличаются простотой реализации протокола и невысокой стоимостью
используемого оборудования.
 неэффективное использование дорогостоящих ресурсов канала, связанное с передачей служебной
информации (сигналов опроса, сигналов ответной реакции);
 простаивание вторичного узла, имеющего готовые для передачи данные, в ожидании поступления
сигнала «опрос» (этот недостаток особенно ощущается при большом количестве вторичных узлов);
 наличие узкого места по надежности (отказ первичного узла приводит к отказу всей сети) и по
пропускной способности, так как обмен данными между вторичными узлами осуществляется только
через первичный узел.
Простейшей модификацией ППД типа первичный/вторичные с опросом является протокол,
называемый «опрос с остановкой и ожиданием». При его использовании узел после передачи кадра
ожидает от адресата подтверждения в правильности его пересылки, что сопряжено с
дополнительными затратами времени.
Протоколы типа первичный/вторичные без опроса также получили определенное распространение.
К ним относятся:
 запрос передачи/разрешение передачи;
 разрешить/запретить передачу;
 множественный доступ с временным разделением.
Протокол типа запрос передачи/разрешение передачи применяется в полудуплексных каналах
связи ЛКС, так как взаимосвязан с распространенным короткодистанционным физическим
интерфейсом RS232C. Организация передачи данных между вторичным и первичным органами
производится в такой последовательности: выдача вторичным органом запроса на передачу – выдача
первичным органом сигнала разрешения на передачу вторичным органом – передача данных от
вторичного органа к первичному – сброс сигнала первичным органом по завершении передачи.
Протокол типа разрешить/запретить передачу часто используется периферийными устройствами
(принтерами, графопостроителями) для управления входящим в них трафиком. Первичной орган
(обычно компьютер) посылает данные в периферийный узел (вторичный орган), скорость работы
которого существенно меньше скорости работы компьютера и скорости передачи данных каналом. В
связи с этим возможно переполнение буферного ЗУ периферийного узла. Для предотвращения
переполнения периферийный узел посылает к компьютеру сигнал «передача выключена», получив
который компьютер прекращает передачу и сохраняет данные до тех пор, пока не получит сигнал
«разрешить передачу», означающий, что буферное ЗУ освободилось и периферийный узел готов
принять новые данные.
Множественный доступ с временным разделением используется в спутниковых сетях связи.
Первичный орган (главная, эталонная станция сети) принимает запросы от вторичных (подчиненных)
станций на предоставление канала связи и, реализуя ту или иную дисциплину обслуживания
запросов, определяет, какие именно станции и когда могут использовать канал в течение заданного
промежутка времени, т.е. предоставляет каждой станции слот. Получив слот, вторичная станция
осуществляет временную подстройку, чтобы произвести передачу данных за заданный слот.

file_name: тема 4 вопрос 4.docx

информатика

group: Дисциплины

title: Лекция "УПРАВЛЕНИЕ ДОСТУПОМ К ПЕРЕДАЮЩЕЙ СРЕДЕ"


extracted_text:
тема 4 вопрос 5
распространенные стеки протоколов. взаимодействие коммуникционных устройств
Стандартные стеки коммуникационных протоколов
Существует достаточно много стеков протоколов, широко применяемых в сетях. Это и стеки,
являющиеся международными и национальными стандартами, и фирменные стеки, получившие
распространение благодаря распространенности оборудования той или иной фирмы. Примерами
популярных стеков протоколов могут служить: стек IPX/SPX фирмы Novell, стек TCP/IP, используемый
в сети Internet и во многих сетях на основе операционной системы UNIX, стек OSI международной
организации по стандартизации, стек DECnet корпорации Digital Equipment и некоторые другие.
Использование в сети того или иного стека коммуникационных протоколов во многом определяет лицо
сети и ее характеристики. В небольших сетях может использоваться исключительно один стек. В
крупных корпоративных сетях, объединяющих различные сети, параллельно используются, как правило,
несколько стеков.
В коммуникационном оборудовании реализуются протоколы нижних уровней, которые в большей
степени стандартизованы, чем протоколы верхних уровней, и это является предпосылкой для успешной
совместной работы оборудования различных производителей. Перечень протоколов, поддерживаемых
тем или иным коммуникационным устройством, является одной из наиболее важных характеристик
этого устройства.
Компьютеры реализуют коммуникационные протоколы в виде соответствующих программных элементов
сетевой операционной системы, например, протоколы канального уровня, как правило, выполнены в виде
драйверов сетевых адаптеров, а протоколы верхних уровней в виде серверных и клиентских компонент
сетевых сервисов.
Умение хорошо работать в среде той или иной операционной системы является важной характеристикой
коммуникационного оборудования. Часто можно прочитать в рекламе сетевого адаптера или
концентратора, что он разрабатывался специально для работы в сети NetWare или UNIX. Это означает,
что разработчики аппаратуры оптимизировали ее характеристики применительно к тем протоколам,
которые используются в этой сетевой операционной системе, или к данной версии их реализации, если
эти протоколы используются в различных ОС. Изза особенностей реализации протоколов в различных
ОС в качестве одной из характеристик коммуникационного оборудования используется его
сертифицированность на возможность работы в среде данной ОС.
На нижних уровнях  физическом и канальном  практически во всех стеках используются одни и те же
протоколы. Это хорошо стандартизованные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и некоторые другие,
которые позволяют использовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру.
Протоколы сетевого и более высоких уровней существующих стандартных стеков отличаются большим
разнообразием и, как правило, не соответствуют рекомендуемому моделью ISO разбиению на уровни. В
частности, в этих стеках функции сеансового и представительного уровня чаще всего объединены с
прикладным уровнем. Такое несоответствие связано с тем, что модель ISO появилась как результат
обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не наоборот.
Стек OSI. Следует четко различать модель OSI и стек OSI. В то время как модель OSI является
концептуальной схемой взаимодействия открытых систем, стек OSI представляет собой набор вполне
конкретных спецификаций протоколов. В отличие от других стеков протоколов стек OSI полностью
соответствует модели OSI, он включает спецификации протоколов для всех семи уровней
взаимодействия, определенных в этой модели. На нижних уровнях OSI поддерживает Ethernet, Token
Ring, FDDI, а также такие протоколы как LLC, X.25 и ISDN. Сервисы сетевого, транспортного и
сеансового уровней этого стека пока мало распространены. Наиболее популярными протоколами стека
OSI являются протоколы, реализующие высокоуровневые сервисы по передаче файлов, эмуляции
терминала, ведению каталогов имен и по организации электронной почты. Хотя в стеке OSI
предусматривается еще ряд дополнительных высокоуровневых сервисов, многие из них еще не
реализованы или реализованы частично.
Изза своей сложности протоколы OSI требуют больших затрат вычислительной мощности центрального
процессора, что делает их более подходящими для мощных машин, а не для сетей персональных
компьютеров.
Стек OSI  международный, независимый от производителей, стандарт. Его поддерживает правительство
США в своей программе GOSIP, в соответствии с которой все компьютерные сети, устанавливаемые в правительственных учреждениях США после 1990 года, должны или непосредственно поддерживать
стек OSI, или обеспечивать средства для перехода на этот стек в будущем. Тем не менее, стек OSI более
популярен в Европе, а не в США, так как в Европе меньше установлено старых сетей, использующих
свои собственные протоколы. Большинство организаций пока только планируют переход к стеку OSI, и
очень немногие приступили к созданию пилотных проектов. Из тех, кто работает в этом направлении,
можно назвать Военноморское ведомство США и сеть NFSNET. Одним из крупнейших производителей,
поддерживающих OSI, является компания AT&T, ее сеть Stargroup полностью базируется на этом стеке.
Стек TCP/IP. Стек был разработан по инициативе Министерства обороны США (Department of Defense,
DoD) более 20 лет назад для связи экспериментальной сети
ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды.
Большой вклад в развитие стека TCP/IP, который получил свое название по популярным транспортным
протоколам IP и TCP, внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии ОС UNIX.
Популярность этой операционной системы привела к широкому распространению протоколов TCP, IP и
других протоколов стека. Этот стек используется для связи компьютеров всемирной информационной
сети Internet. Организация Internet Engineering Task Force (IETF) вносит основной вклад в
совершенствование стандартов стека, публикуемых в форме спецификаций RFC.
Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального
уровня: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных  протоколы работы на
аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP/PPP, протоколы территориальных сетей X.25 и
ISDN.
В качестве основного протокола сетевого уровня в стеке используется протокол Internet Protocol (IP),
который изначально проектировался как протокол передачи пакетов в сетях, состоящих из большого
количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому стек
TCP/IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них
подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи.
За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP вобрал в себя большое
количество протоколов прикладного уровня. К ним относятся такие популярные протоколы как
протокол пересылки файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP,
используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной
информации, такие как Mosaic, и многие другие.
Все говорит о том, что стек TCP/IP станет наиболее распространенным в ближайшем будущем. Если в
настоящее время он распространен в основном в UNIXсетях, то реализация его в последних версиях
сетевых операционных систем для персональных компьютеров (Windows 95, Windows NT, NetWare 4.1)
приведет к еще большему его распространению. По данным IDC в 1994 году стек TCP/IP использовался в
9.5% настольных систем, 2.5% серверов локальных сетей, 35.1% систем средних среднего класса и в
17.3% сетей на основе мейнфреймов. По прогнозам IDC в 1998 году эти цифры существенно изменяться
и будут равны 50.3%, 18.2%, 59% и 40.8% соответственно.
Стек IPX/SPX. Этот стек является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell, разработанным для
сетевой операционной системы NetWare еще в начале 80х годов. Протоколы сетевого и сеансового
уровня Internetwork Packet Exchange (IPX) и Sequenced Packet Exchange (SPX), которые дали название
стеку, являются прямой адаптацией протоколов XNS фирмы Xerox, распространенных в гораздо
меньшей степени, чем стек IPX/SPX. Популярность стека IPX/SPX непосредственно связана с
операционной системой Novell NetWare, которая, несмотря на то, что ее популярность несколько
снизилась в последнее время, все еще сохраняет мировое лидерство по числу установок .
Многие особенности стека IPX/SPX обусловлены ориентацией ранних версий ОС NetWare (до версии
4.0) на работу в локальных сетях небольших размеров, состоящих из персональных компьютеров со
скромными ресурсами. Понятно, что для таких компьютеров Novell нужны были протоколы, на
реализацию которых требовалось бы минимальное количество оперативной памяти (ограниченной в IBM
совместимых компьютерах под управлением MSDOS 640 Кбайтами) и которые бы быстро работали на
процессорах небольшой вычислительной мощности. В результате протоколы стека IPX/SPX до недавнего
времени хорошо работали в локальных сетях и не очень  в больших корпоративных сетях, так как они
слишком перегружали медленные глобальные связи широковещательными пакетами, которые интенсивно
используются несколькими протоколами этого стека (например, для установления связи между
клиентами и серверами). Это обстоятельство, а также тот факт, что стек IPX/SPX является собственностью фирмы Novell, и на его реализацию нужно получать у нее лицензию, долгое время
ограничивали распространенность его только сетями NetWare. Однако с момента выпуска версии
NetWare 4.0 Novell внесла и продолжает вносить в свои протоколы серьезные изменения, направленные
на приспособление их для работы в корпоративных сетях. Сейчас стек IPX/SPX реализован не только в
NetWare, но и в нескольких других популярных сетевых ОС, например, SCO UNIX, Sun Solaris, Microsoft
Windows NT.
Стек NetBIOS/SMB. Этот стек широко используется в продуктах компаний IBM и Microsoft. На
физическом и канальном уровнях этого стека используются все наиболее распространенные протоколы
Ethernet, Token Ring, FDDI и другие. На верхних уровнях работают протоколы NetBEUI и SMB.
Протокол NetBIOS (Network Basic Input/Output System) появился в 1984 году как сетевое расширение
стандартных функций базовой системы ввода/вывода (BIOS) IBM PC для сетевой программы PC Network
фирмы IBM. В дальнейшем этот протокол был заменен так называемым протоколом расширенного
пользовательского интерфейса NetBEUI  NetBIOS Extended User Interface. Для обеспечения
совместимости приложений в качестве интерфейса к протоколу NetBEUI был сохранен интерфейс
NetBIOS. Протокол NetBEUI разрабатывался как эффективный протокол, потребляющий немного
ресурсов, для использования в сетях, насчитывающих не более 200 рабочих станций. Этот протокол
содержит много полезных сетевых функций, которые можно отнести к сетевому, транспортному и
сеансовому уровням модели OSI, однако с его помощью невозможна маршрутизация пакетов. Это
ограничивает применение протокола NetBEUI локальными сетями, не разделенными на подсети, и делает
невозможным его использование в составных сетях. Некоторые ограничения NetBEUI снимаются
реализацией этого протокола NBF (NetBEUI Frame), которая включена в операционную систему
Microsoft Windows NT.
Протокол блоков сообщений сервера SMB (Server Message Block) выполняет функции сеансового,
представительного и прикладного уровней. SMB реализует файловый сервис, сервис печати и сервис
передачи сообщений между приложениями.
На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть искажены или утеряны. Хотя некоторые
приложения имеют собственные средства обработки ошибок, существуют и такие, которые
предпочитают иметь дело с надежным соединением. Транспортный уровень обеспечивает верхним
уровнем стека передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. (определяется 5
классов сервисов).
Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными
средствами конечных узлов сети.
Обеспечивает управление диалогом, редко реализуется в виде отдельных протоколов, функции этого
уровня зачастую объединяют с функциями других уровней.
Имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее
содержание. (SSL протокол, шифрование)
Прикладной уровень – набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети
получают доступ к разделяемым ресурсам.
Три нижних уровня (физический, канальный и сетевой) являются сетезависимыми, т.е. протоколы этих
уровней тесно связаны с технической реализацией сети и используемым оборудованием.
Три верхних уровня (прикладной, представительный и сеансовый) ориентированы на приложение, и не
зависят от технической реализации сети.
Транспортный уровень является промежуточным. Он скрывает все детали, функционирование нижних
уровней от верхних.

Открытой системой может быть названа любая система, которая построена в соответствии с открытыми
спецификациями. Спецификация – формализованное описание аппаратных или программных
компонентов, способов их функционирования, условий эксплуатации и т.д. Под открытыми
спецификациями понимаются опубликованные общедоступные спецификации, соответствующие
стандартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми
заинтересованными сторонами. Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей является стандартизация
коммуникационных протоколов. Наиболее распространенными стеками являются следующие:
1) Стек tcp/ip
2) Стек NetBIOS
3) Стек от компании Novell
4) Стек OSI
СРС. Сравнение стеков TCP/IP, Novell и SMB (IBM, Microsoft)
Стек TCP/IP
Стек протоколов TCP/IP — набор сетевых протоколов, на которых базируется интернет. Обычно в стеке
TCP/IP верхние 3 уровня (прикладной, представительный и сеансовый) модели OSI объединяют в один —
прикладной. Поскольку в таком стеке не предусматривается унифицированный протокол передачи
данных, функции по определению типа данных передаются приложению.
HTTP (от англ. HyperText Transfer Protocol — «протокол передачи гипертекста») — сетевой протокол
прикладного уровня для передачи файлов.Основным назначением HTTP является передача вебстраниц
(текстовых файлов с разметкой HTML), хотя с помощью него с успехом передаются и другие файлы, как
связанные с вебстраницами (изображения и приложения), так и не связанные с ними (в этом HTTP
конкурирует с более сложным FTP).
File Transfer Protocol (букв. «протокол передачи файлов») или просто FTP — сетевой протокол,
предназначенный для передачи файлов в компьютерных сетях. Протокол FTP позволяет подключаться к
серверам FTP, просматривать содержимое каталогов и загружать файлы с сервера или на сервер, кроме
того возможен режим передачи файлов между серверами.
SMTP (англ. Simple Mail Transfer Protocol — простой протокол передачи почты) — это сетевой
протокол, предназначенный для передачи электронной почты в сетях TCP/IP.
Telnet (Teletype Network) — сетевой протокол для удалённого доступа к компьютеру с помощью
командного интерпретатора. Аналогичное название имеют утилиты для работы с протоколом.
SNMP (англ. Simple Network Management Protocol — простой протокол управления сетью) — это
протокол управления сетями связи на основе архитектуры TCP/IP.
TCP (англ. Transmission Control Protocol — протокол управления передачей) — один из основных
сетевых протоколов Internet, предназначенный для управления передачей данных в сетях TCP/IP.
UDP (англ. User Datagram Protocol — протокол пользовательских датаграмм) — это сетевой протокол
для передачи данных в сетях IP. Он является одним из самых простых протоколов транспортного уровня
модели OSI. Его IPидентификатор — 17. В отличие от TCP, UDP не гарантирует доставку пакета,
поэтому аббревиатуру иногда расшифровывают как «Unreliable Datagram Protocol» (протокол
ненадёжных датаграмм). Это позволяет ему гораздо быстрее и эффективнее доставлять данные для
приложений, которым не требуется большая пропускная способность линий связи, либо требуется малое
время доставки данных.
IP (англ. Internet Protocol — межсетевой протокол) — маршрутизируемый сетевой протокол, основа
стека протоколов TCP/IP. Протокол IP используется для ненадёжной доставки данных (разделяемых на
так называемые пакеты) от одного узла сети к другому. Это означает, что на уровне этого протокола не
даётся гарантий надёжной доставки пакета до адресата. В частности, пакеты могут прийти не в том
порядке, в котором были отправлены, оказаться повреждёнными или не прибыть вовсе.
ICMP (англ. Internet Control Message Protocol — межсетевой протокол управляющих сообщений) —
сетевой протокол, входящий в стек протоколов TCP/IP. В основном ICMP используется для передачи
сообщений об ошибках и других исключительных ситуациях, возникших при передаче данных. Также на
ICMP возлагаются некоторые сервисные функции.
Протокол RIP (Routing Information Protocol) — один из наиболее распространенных протоколов
маршрутизации в небольших компьютерных сетях, который позволяет маршрутизаторам динамически
обновлять маршрутную информацию (направление и дальность в хопах), получая ее от соседних
маршрутизаторов.
Ethernet (эзернет, от лат. aether — эфир) — пакетная технология компьютерных сетей. Стандарты
Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат
пакетов и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI.
Стек NetBIOS/SMB Протокол NetBIOS работает на трех уровнях модели взаимодействия открытых систем: сетевом,
транспортном и сеансовом. NetBIOS может обеспечить сервис более высокого уровня, чем протоколы
IPX и SPX, однако не обладает способностью к маршрутизации. Таким образом, NetBIOS не является
сетевым протоколом в строгом смысле этого слова. NetBIOS содержит много полезных сетевых
функций, которые можно отнести к сетевому, транспортному и сеансовому уровням, однако с его
помощью невозможна маршрутизация пакетов, так как в протоколе обмена кадрами NetBIOS не вводится
такое понятие как сеть. Это ограничивает применение протокола NetBIOS локальными сетями, не
разделенными на подсети. NetBIOS поддерживает как дейтаграммный обмен, так и обмен с
установлением соединений. Протокол SMB, соответствующий прикладному и представительному
уровням модели OSI, регламентирует взаимодействие рабочей станции с сервером. В функции SMB
входят следующие операции:
Управление сессиями. Создание и разрыв логического канала между рабочей станцией и
сетевыми ресурсами файлового сервера.
Файловый доступ. Рабочая станция может обратиться к файлсерверу с запросами на
создание и удаление каталогов, создание, открытие и закрытие файлов, чтение и запись в файлы,
переименование и удаление файлов, поиск файлов, получение и установку файловых атрибутов,
блокирование записей.
Сервис печати. Рабочая станция может ставить файлы в очередь для печати на сервере и
получать информацию об очереди печати.
Сервис сообщений. SMB поддерживает простую передачу сообщений со следующими
функциями: послать простое сообщение; послать широковещательное сообщение; послать начало блока
сообщений; послать текст блока сообщений; послать конец блока сообщений; переслать имя
пользователя; отменить пересылку; получить имя машины.
Стек IPX/SPX
На физическом и канальном уровнях в сетях Novell используются все популярные протоколы этих
уровней (Ethernet, Token Ring, FDDI и другие). На сетевом уровне в стеке Novell работает протокол IPX,
а также протоколы обмена маршрутной информацией RIP и NLSP (аналог протокола OSPF стека
TCP/IP). IPX является протоколом, который занимается вопросами адресации и маршрутизации пакетов
в сетях Novell. Маршрутные решения IPX основаны на адресных полях в заголовке его пакета, а также на
информации, поступающей от протоколов обмена маршрутной информацией. Например, IPX использует
информацию, поставляемую либо протоколом RIP, для передачи пакетов компьютеру назначения или
следующему маршрутизатору. Протокол IPX поддерживает только дейтаграммный способ обмена
сообщениями, за счет чего экономно потребляет вычислительные ресурсы. Протокол IPX обеспечивает
выполнение трех функций: задание адреса, установление маршрута и рассылку дейтаграмм.
Транспортному уровню модели OSI в стеке Novell соответствует протокол SPX, который осуществляет
передачу сообщений с установлением соединений. На верхних прикладном, представительном и
сеансовом уровнях работают протоколы NCP и SAP. Протокол NCP является протоколом
взаимодействия сервера NetWare и оболочки рабочей станции. Этот протокол прикладного уровня
реализует архитектуру клиентсервер на верхних уровнях модели OSI. С помощью функций этого
протокола рабочая станция производит подключение к серверу, отображает каталоги сервера на
локальные буквы дисководов, просматривает файловую систему сервера, копирует удаленные файлы,
изменяет их атрибуты и т.п., а также осуществляет разделение сетевого принтера между рабочими
станциями.
Коммуникационные устройства необходимы для связи компьютеров между собой. При этом выделяются
два основных способа взаимодействия компьютеров  в рамках локальной сети и с помощью
существующих телефонных линий.
Локальная сеть связывает компьютеры в пределах одной организации и предоставляет следующие
преимущества:
возможность обмена информацией (файлами) без использования дискет;
возможность хранить файлы на общем сетевом диске и обращаться к ним с любого
компьютера сети;
возможность использования общих внешних устройств (принтеры, сканеры),
подключенных к сети.
1.
2.
3.
4.


 






Сети компьютеров можно классифицировать следующим образом.
Простейшие одноуровневые объединяют небольшое число компьютеров, причем все
они имеют одинаковые возможности использования;
Двухуровневые сети могут объединять большее число компьютеров, среди которых
выделяется один центральный компьютер, который организует работу всей сети. Такие компьютеры
принято называть сетевыми серверами. К ним предъявляются повышенные требования по технической
оснащенности: мощный процессор класса Pentium 266300 Мгерц, большая основная память (3264 Мб),
два или три дисковых накопителя большой емкости (2 Гб), наличие устройств работы с компакт
дисками, наличие источников бесперебойного питания и устройств резервного хранения информации. На
дисках сервера хранятся основные файлы, необходимые для управления работой всей сети и отдельных
компьютеров, а также файлы пользователей.
Многоуровневые сети могут объединять между собой отдельные локальные сети со
своими серверами. Особенность таких сетей состоит в том, что серверы могут быть компьютерами
разных типов ( IBMсовместимые ПК, компьютеры Macintosh, рабочие станции). Это требует
использования специальных программ управления такими сетями. Подобные сети иногда называют
корпоративными.
Региональные сети объединяют компьютеры в рамках некоторого региона (Татарстан,
Поволжье, Россия) и используют для передачи информации телефонные линии или специальные
высокоскоростные каналы. Наиболее известной сетью в России является сеть Relcom.
Глобальные (мировые) сети объединяют миллионы компьютеров по всему миру.
Наиболее известная мировая сеть  Internet.
Для связи компьютеров друг с другом в пределах одной сети необходимы два основных типа устройств:
специальные электронные схемы (сетевые платы), вставляемые в каждый компьютер;
провода (кабели), необходимые для физического соединения компьютеров.
Для организации взаимодействия компьютеров через телефонные линии необходимы специальные
устройства  модемы. Они служат посредниками между компьютером и телефонной линией и
необходимы для преобразования цифрового представления информации в непрерывный сигнал и
обратно. Отсюда происходит и название этих устройств: модем  это сокращение от
модулятор/демодулятор. Основная характеристика модема  пропускная способность, т.е. количество
битов, передаваемых за 1 секунду. Современные модемы обеспечивают пропускную способность около
30 тысяч бит/секунду.

file_name: тема 4 вопрос 5.docx

title: Лекция "Стандартные стеки коммуникационных протоколов"


extracted_text:
тема 4 вопрос 6
основные топологии сетей
10.3. Основные сетевые топологии
        Топология – это конфигурация соединения элементов.  Сетевая топология описывает
способ сетевого объединения различных устройств. Топология во многом определяет такие
важнейшие характеристики сети, как ее надежность, производительность, стоимость,
защищенность и т.д.
    Одним из подходов к классификации топологий локальных вычислительных сетей
является выделение двух основных классов топологий: широковещательных и
последовательных.
    В широковещательных конфигурациях каждый персональный компьютер передает
сигналы, которые могут быть восприняты остальными компьютерами. К таким
конфигурациям относятся топологии "общая шина", "дерево", "звезда с пассивным
центром". Сеть типа "звезда с пассивным центром" можно рассматривать как
разновидность "дерева", имеющего корень с ответвлением к каждому подключенному
устройству.
    В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает
информацию только одному персональному компьютеру. Топологии сетей отличаются
друг от друга по трем основным критериям:



режиму доступа к сети;
средствам контроля передачи и восстановления данных;
возможностью изменения числа узлов сети.
Рассмотрим основные топологии  звезда, кольцо и шина. Сравнение этих топологий
представлено в таблице 1.
Табл. 1. Сравнительные характеристики основных топологий
Сравнительные
характеристики
Звезда
Кольцо
Шина
1. Режим доступа Доступ и управление
через центральный узел
Децентрализованное
управление. Доступ от
узла к узлу
Возможен
централизованный и
децентрализованный
доступ
2. Надежность
Сбой центрального узла
сбой всей системы
Разрыв линии связи
приводит к сбою всей
сети
Ошибка одного узла не
приводит к сбою всей
сети
3. Расширяемость Ограничено числом
физических портов на
центральном узле
Возможно расширение
числа узлов, но время
ответа снижается
Возможно расширение
числа узлов, но время
ответа снижается
Топология "звезда"
    В данной топологии вся информация передается через некоторый центральный узел, так
называемый обрабатывающий компьютер (Рис.1). Каждое устройство имеет свою собственную среду
соединения. Все периферийные станции могут обмениваться друг с другом только через
центральный узел. Преимущество этой структуры в том, что никто другой не может влиять на среду передачи. Один
сервер управляет и владеет ею.
    С другой стороны, центральный узел должен быть исключительно надежным устройством как в
смысле логического построения сети (отслеживание конфликтных ситуаций и сбоев), так и
физического, поскольку каждое периферийное устройство имеет свой физический канал связи и,
следовательно, все они должны обеспечивать одинаковые возможности доступа. Дополнительное
устройство может быть включено в сеть только в том случае, если организован порт для его
подсоединения к центральному узлу.
Топология "кольцо"
    В кольцевой структуре информация передается от узла к узлу по физическому кольцу (Рис.2).
Приемник копирует данные, регенерирует их вместе со своей квитанцией подтверждения
следующему устройству в сети. Когда начальный передатчик получает свою собственную квитанцию,
это означает, что его информация была корректно получена адресатом. В кольце не существует
определенного централизованного контроля. Каждое устройство получает функции управляющего
контроллера на строго определенный промежуток времени. Отказ в работе хотя бы одного узла
приводит к нарушению работы кольца, а, следовательно, и к остановке всех передач. Чтобы этого
избежать, необходимо включать в сеть автоматические переключатели, которые берут на себя
инициативу, если данное устройство вышло из режима нормальной работы. То есть, они позволяют
включать/выключать отдельные узлы без прерывания нормальной работы.
Топология "шина"
    В любой шинной структуре все устройства подсоединены к общей среде передачи данных, или
шине. В отличие от "кольца" адресат получает свой информационный пакет без посредников (Рис.3).

"фиксированный мастер" (централизованный контроль шины)  доступ к шине
Процесс подключения дополнительных узлов к шине не требует аппаратных доработок со стороны
уже работающих узлов сети, как это имеет место в случае топологии "звезда". Однако шинная
топология требует жесткой регламентации доступа к среде передачи. Существует два метода
регулирования такого доступа, известного еще под термином "шинный арбитраж":

контролируется центральным мастерузлом;

собственному интеллекту каждое устройство само определяет регламент доступа к шине.
    Древовидная структура ЛВС.
    Наряду с известными топологиями вычислительных сетей «кольцо», «звезда» и «шина», на
практике применяется и комбинированная, например древовидная  структура. Она образуется в виде
комбинаций вышеназванных топологий вычислительных сетей (рис.4).

"плавающий мастер" (децентрализованный контроль шины)  благодаря Основание дерева вычислительной сети (корень) располагается в точке, в которой собираются
коммуникационные линии информации (ветви дерева).
Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно
непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде.

Под топологией понимают способ размещения компьютеров в сети и организации связей между
ними.
Обычно используют следующие три базовые топологии:
∙ звезда;
∙ кольцо;
∙ шина.
В случае топологии звезда все компьютеры сети (ПК) как рабочие станции, так и серверы
соединяются отдельными каналами связи с центральным узлом коммутации (ЦУК), который и
организует обмен данными между компьютерами.
Достоинства:
∙ высокая надежность (выход из строя одного ПК или одного канала связи не отражается на работе
других ПК);
∙ простата расширения (просто добавляется еще один ПК и соответствующий канал связи).
Недостатки:
∙ выход из строя ЦУК полностью прекращает работу всей сети;
∙ расходы на создание такой сети достаточно высокие.

В случае топологии кольцо связь между компьютерами сети (ПК) осуществляется с помощью
кабельной системы, имеющей форму замкнутого круга. Информация от компьютеров сети
передается по этому кольцу, но каждый компьютер распознает и получает сообщения, адресованные
только ему.
 Достоинства:
∙ простота развертывания сети;
∙ простота расширения сети.
Недостаток:
∙ выход из строя всей сети при выходе из строя кольцевого кабеля.
В случае топологии шина компьютеры сети соединяются посредством одного кабеля. Данные от
любого компьютера доступны всем другим компьютерам, но воспринимаются тем компьютером,
которому они адресованы. В каждый момент времени только один компьютер может вести передачу
данных.
 Достоинства:
∙ низкие расходы на создание сети (благодаря простоте);
∙ простота расширения.
Недостатки:
∙ невысокая надежность;
∙ уменьшение пропускной способности при значительных объемах данных.
Топологии сетей.
Термин «топология», или «топология сети», характеризует физическое расположение компьютеров,
кабелей и других компонентов сети. Топология — это стандартный термин, который используется
профессионалами при описании основной компоновки сети. Если Вы поймете, как используются различные топологии, Вы сумеете понять, какими возможностями обладают различные типы сетей.
Чтобы совместно использовать ресурсы или выполнять другие сетевые задачи, компьютеры должны
быть подключены друг к другу. Для этой цели в большинстве сетей применяется кабель. Однако
просто подключить компьютер к кабелю, соединяющему другие компьютеры, не достаточно.
Различные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми операционными
системами и другими компонентами требуют и различного взаимного расположения компьютеров.
Каждая топология сети налагает ряд условий. Например, она может диктовать не только тип кабеля,
но и способ его прокладки. Топология может также определять способ взаимодействия компьютеров
в сети. Различным видам топологий соответствуют различные методы взаимодействия, и эти методы
оказывают большое влияние на сеть.
Базовые топологии
Все сети строятся на основе трех базовых топологий:



Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля [сегмента (segment)], топология называется
шиной. В том случае, когда компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной
точки, или концентратора, топология называется звездой. Если кабель, к которому подключены
компьютеры, замкнут в кольцо, такая топология носит название кольца. Хотя сами по себе базовые
топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие
свойства нескольких топологий.
Шина
Топологию «шина» часто называют «линейной шиной» (linear bus). Данная топология относится к
наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один кабель,
именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все компьютеры сети.
шина (bus);
звезда (star);
кольцо (ring).
передача сигнала;
отражение сигнала; терминатор.
Взаимодействие компьютеров
В сети с топологией «шина» компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их
по кабелю в виде электрических сигналов. Чтобы понять процесс взаимодействия компьютеров по
шине, Вы должны уяснить следующие понятия:


Передача сигнала
Данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам сети; однако информацию
принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, ' зашифрованному в этих
сигналах. Причем в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу.Так как
данные в сеть передаются лишь одним компьютером, ее производительность зависит от количества
компьютеров, подключенных к шине. Чем их больше, т.е. чем больше компьютеров, ожидающих
передачи данных, тем медленнее сеть. Однако вывести прямую зависимость между пропускной
способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя. Ибо, кроме числа компьютеров, на
быстродействие сети влияет множество факторов, в том числе:





Шина — пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети
данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров
выйдет из строя, это не скажется на работе остальных. В активных топологиях компьютеры
регенерируют сигналы и передают их по сети.
характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети;
частота, с которой компьютеры передают данные;
тип работающих сетевых приложений;
тип сетевого кабеля;
расстояние между компьютерами в сети. Отражение сигнала
Данные, или электрические сигналы, распространяются по всей сети  от одного конца кабеля к
другому. Если не предпринимать никаких специальных действий, сигнал, достигая конца кабеля,
будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. Поэтому, после того
как данные достигнут адресата, электрические сигналы необходимо погасить.
Терминатор
Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают
терминаторы (terminators), поглощающие эти сигналы. Все концы сетевого кабеля должны быть к
чемунибудь подключены, например к компьютеру или к баррелконнектору — для увеличения
длины кабеля. К любому свободному — неподключенному — концу кабеля должен быть
подсоединен терминатор, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов.
Нарушение целостности сети
Разрыв сетевого кабеля происходит при его физическом разрыве или отсоединении одного из его
концов. Возможна также ситуация, когда на одном или нескольких концах кабеля отсутствуют
терминаторы, что приводит к отражению электрических сигналов в кабеле и прекращению
функционирования сети. Сеть «падает». Сами по себе компьютеры в сети остаются полностью
работоспособными, но до тех пор, пока сегмент разорван, они не могут взаимодействовать друг с
другом.
Звезда
При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к
центральному компоненту, именуемому концентратором (hub). Сигналы от передающего компьютера
поступают через концентратор ко всем остальным. Эта топология возникла на заре вычислительной
техники, когда компьютеры были подключены к центральному, главному, компьютеру.
В сетях с топологией «звезда» подключение кабеля и управление конфигурацией сети
централизованны. Но есть и недостаток: так как все компьютеры подключены к центральной точке,
для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля. К тому же, если центральный
компонент выйдет из строя, нарушится работа всей сети. А если выйдет из строя только один
компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет
передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры в сети это не повлияет.
Кольцо
При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Поэтому у
кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключать терминатор. Сигналы
передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от
пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая
сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер,
прекращает функционировать вся сеть.
Передача маркера
Один из принципов передачи данных в кольцевой сети носит название передачи маркера. Суть его
такова. Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передается до тех пор, пока его
не получит тот, который «хочет» передать данные. Передающий компьютер изменяет маркер,
помещает электронный адрес в данные и посылает их по кольцу. Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом
получателя, указанным в данных. После этого принимающий компьютер посылает передающему
сообщение, где подтверждает факт приёма данных. Получим подтверждение, передающий
компьютер создаёт новый маркер и возвращает его в сеть. На первый взгляд кажется, что передача
маркера отнимает много времени, однако на самом деле маркер передвигается приктически со
скоростью света. В кольце диаметром 200 м маркер может циркулировать с частотой 10 000
оборотов в секунду.

file_name: тема 4 вопрос 6.docx

title: Лекция "Основные сетевые топологии"


extracted_text:
тема 4 вопрос 7
проводные линии связи
Проводные линии связи
Проводные (воздушные) линии связи используются для передачи телефонных и
телеграфных сигналом, а также для передачи компьютерных данных. Эти линии связи
применяются в качестве магистральных линий связи.
По проводным линиям связи могут быть организованы аналоговые и цифровые каналы
передачи данных. Скорость передачи по проводным линиям "простой старой телефонной
линии" (POST  Primitive Old Telephone System) является очень низкой. Кроме того, к
недостаткам этих линий относятся помехозащищенность и возможность простого
несанкционированного подключения к сети.
Проводные линии связи
В вычислительных сетях проводные линии связи могут быть медными иили волоконно
оптическими линиями связи (ВОЛС). Особенности ВОЛС будут представлены в конце
главы. Здесь рассмотрим характеристики медных соединений, к которым относятся
коаксиальные кабели и пары проводов.
В ЛВС используются коаксиальные кабели двух видов: "толстый" (thick) диаметром 12,5
мм и "тонкий" (thin) диаметром 6,25 мм. "Толстый" кабель имеет меньшее затухание,
лучшую помехозащищенность, что обеспечивает возможность работы на больших
расстояниях, но он плохо гнется, что затрудняет прокладку соединений в помещениях, и
дороже "тонкого".
Преимущственное применение находят витые пары проводов. Среди витых пар различают
экранированные и неэкранированные пары, им соответствуют аббревиатуры STP (Shielded
Twist Pair) и UTP (Unshielded Twist Pair). Экранированные пары сравнительно дороги, их
используют реже. Неэкранированные пары подразделяют на несколько категорий (типов).
Обычный телефонный кабель  пара категории 1. Пара категории 2 может использоваться в
сетях с пропускной способностью до 4 Мбит/с. Для сетей Ethernet (точнее, для ее варианта
с названием 10BaseT) была разработана пара категории 3, а для сетей Token Ring  пара
категории 4. В высокосокростных каналах используют более совершенную витую пару
категории 5, которая применима при частотах до 100 МГц на расстояниях в десятки
метров. В паре категории 5 проводник представлен медными жилами диаметром 0,51 мм,
навитыми по определенной технологии и заключенными в термостойкую изолирующую
оболочку. В высокоскоростных ЛВС на UTP длины соединений обычно не превышают 100
м. Затухание на 100 МГц и при длине 100 м составляет около 24 дБ, при 10 МГЦ и 100 м
около 7 дБ. В последнее время созданы витые пары категорий 6 и 7.
Пару проводов часто используют как сбалансированную линию, в двух проводах которой
передаются одни и те же уровни сигнала (по отношению к земле), но разной полярности.
При приеме воспринимается разность сигналов, называемая парафазным сигналом.
Синфазные помехи при этом самокомпенсируются. Помехоустойчивость существенно
повышается, так как наводимые помехи в двух проводах обычно появляются в одной и той
же фазе. 2.2. Проводные линии связи.
В вычислительных сетях проводные линии связи представлены коаксиальными кабелями и
витыми парами проводов.
Используются коаксиальные кабели: "толстый" диаметром 12,5 мм и "тонкий" диаметром
6,25 мм. "Толстый" кабель имеет меньшее затухание, лучшую помехозащищенность, что
обеспечивает возможность работы на больших расстояниях, но он плохо гнется, что
затрудняет прокладку соединений в помещениях, и дороже "тонкого".
Существуют экранированные (STP  Shielded Twist Pair) и неэкранированные (UTP
Unshielded Twist Pair) витые пары проводов. Экранированные пары сравнительно дороги.
Неэкранированные витые пары имеют несколько категорий (типов). Обычный телефонный
кабель  пара категории 1. Пара категории 2 может использоваться в сетях с пропускной
способностью до 4 Мбит/с. Для сетей Ethernet (точнее, для ее варианта с названием 10Base
T) разработана пара категории 3, а для сетей Token Ring  пара категории 4. Наиболее
совершенной является витая пара категории 5, которая применима при частотах до 100
МГц. В паре категории 5 проводник представлен медными жилами диаметром 0,51 мм,
навитыми по определенной технологии и заключенными в термостойкую изолирующую
оболочку. В высокоскоростных ЛВС на UTP длины соединений обычно не превышают 100
м. Затухание на 100 МГц и при длине 100 м составляет около 24 дБ, при 10 МГЦ и 100 м
около 7 дБ.
Витые пары иногда называют сбалансированной линией в том смысле, что в двух проводах
линии передаются одни и те же уровни сигнала (по отношению к земле), но разной
полярности. При приеме воспринимается разность сигналов, называемая парафазным
сигналом. Синфазные помехи при этом самокомпенсируются
Проводные линии связи
Само название  проводные линии связи говорит о своем воплощении. Это обычные
провода, которые висят в воздухе, обычно между столбами, без различных
защитных/экранирующих оплеток. В наше время через проводные линии связи проходят
все сигналы телеграфа и телефона.
Но ни кто не мешает в крайнем случае и пускать через проводные линии связи различный
сетевой трафик (про скорость передачи данных и про помехоустойчивость умолчим).
Данные линии связи уже отжили свое, поэтому, кроме названных случаев, ни где не
применяются.

file_name: тема 4 вопрос 7.docx

intro:
В вычислительных сетях проводные линии связи могут быть медными и-или волоконно-оптическими линиями связи (ВОЛС). Особенности ВОЛС будут представлены в конце главы. Здесь рассмотрим характеристики медных соединений, к которым относятся коаксиальные кабели и пары проводов.
В ЛВС используются коаксиальные кабели двух видов: "толстый" (thick) диаметром 12,5 мм и "тонкий" (thin) диаметром 6,25 мм. "Толстый" кабель имеет меньшее затухание, лучшую помехозащищенность, что обеспечивает возможность работы на больших расстояниях, но он плохо гнется, что затрудняет прокладку соединений в помещениях, и дороже "тонкого".

title: Лекция "Проводные линии связи "