МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ФАКУЛЬТЕТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И ФИЗИКИ
КАФЕДРА КОНСТРУИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
По дисциплине информатика
Тема: «Вычислительные сети. Основные способы передачи данных»
Выполнил Группа: РК6-01
Студент: Артеменко Ю.В.
Проверил преподаватель: Бизяев А.А.
г. Новосибирск — 2010 г.
Содержание
Принципы построения компьютерных сетей. Характеристикакомпьютерных сетей
Классификация компьютерных сетей
Способы передачи данных
Коллизии и способы их разрешения
Сетевая модель OSI
Протокол TCP-IP
Система доменных имён DNS
NetBIOS
Аппаратура передачи данных
Литература
Принципыпостроения компьютерных сетей. Характеристика компьютерных сетей
Компьютерная сеть — сеть обменаи распределенной обработки информации, которая образуется множествомвзаимосвязанных абонентских систем и средствами связи. Средства передачиориентированы на коллективное использование общесетевых ресурсов — аппаратных,информационных и программных.
Абонентская система (АС) — совокупность ЭВМ, ПО, периферийного оборудования, средств связи, ВС, которыевыполняют прикладные процессы, коммуникационная подсеть (телекоммуникационнаясистема представляет собой совокупность физической среды передачи информации,аппаратных и программных средств, обеспечивающих взаимодействие АС).
Прикладной процесс — различныепроцедуры обработки, хранения, вывода информации, которые выполняются винтересах пользователя. С появлением сетей удалось решить две проблемы:
1) обеспечение, в принципе,неограниченного доступа к ЭВМ
пользователей, независимо от ихтерриториального расположения;
2) возможность оперативногоперемещения больших массивов информации на любые расстояния.
Для сетей принципиальноезначение имеют следующие обстоятельства:
ЭВМ, находящиеся в разных АСодной сети связываются между собой автоматически;
каждая ЭВМ сети должна бытьприспособлена как для работы в автономном режиме под управлением своей ОС, таки для работы в качестве составного звена сети;
компьютеры сети могут работать вразличных режимах: обмена данными между АС, запроса и выдачи информации, сбораинформации, пакетной обработки данных и т.д.
Аппаратное обеспечение сети составляют:ЭВМ различных типов; средства связи; оборудование АС; оборудование узлов связи;аппаратура связи и согласование работы сетей одного и того же уровня илиразличных уровней. Основные требования к ЭВМ сетей — это универсальность имодульность. Информационное обеспечение сети представляет собой единыйинформационный ориентированный на решаемые в сети задачи и содержащий массивыданных доступных для всех пользователей сетей и массивы для индивидуальныхпользователей.
ПО ВС автоматизирует процессыпрограммирования задач, обработки информации, осуществляет планирование иорганизацию коллективного доступа к коммуникационным, вычислительным ресурсамсети. Также ПО осуществляет динамическое распределение и перераспределение этихресурсов.
Виды ПО ВС:
общесетевое ПО, котороеобразуется распределенной ОС сети и программными средствами входящих в составкомплекса программ технического обслуживания;
специальное ПО представленныеприкладными программными средствами: функциональными и интегрированнымипакетами программ, библиотеками стандартных программ, а также программами,отражающими специфику предметной области;
базовое ПО ЭВМ, включающее ОС,системы автоматизации программирования, контролирующие и диагностические тестпрограммы.Классификациякомпьютерных сетей
В основу классификации КСположены наиболее характерные, функциональные и информационные признаки.
По степени территориальногораспределения элементов сети. Таким образом, сети бывают глобальные,региональные и локальные. Глобальная КС объединяет АС рассосредоточенные набольшой территории, охватывающие различные страны и континенты. ВзаимодействиеАС осуществляется на базе различных территориальных сетей связи, в которыхиспользуются телефонные линии, радио, спутниковая связь. Региональные КСобъединяют АС расположенные друг от друга на значительном расстоянии в пределаходной страны, региона, большого города. Локальная КС связывает АС расположенныев пределах небольшой территории. Её протяженность ограничивается несколькими километрами.
Отдельный класс составляюткорпоративные КС. Корпоративная сеть относится к технической базе корпорации. Ейпринадлежит ведущая роль задач планирования, организации
производства корпорации.
По способу управления КС делятна сети с централизованным, децентрализованным и смешанным управлением. Потопологии сети могут делиться на два класса: широковещательные ипоследовательные. К широковещательным конфигурациям в любой момент времени напередачу единицу единицы информации может работать только одна рабочая станция,а остальные могут принимать этот кадр. Основные типы широковещательнойконфигурации:
/>
общая;
/>
дерево;
/>
звезда с пассивным центром;
В последовательных конфигурацияххарактерных для сетей с маршрутизацией информации передача данныхосуществляется от одной рабочей станции к соседней. Причем на различныхучастках сети могут использоваться различные виды передающей среды. Передатчиками приемникам здесь предъявляются более низкие требования, чем вшироковещательных конфигурациях.
/>
произвольная ячейка;
/>
иерархическая;
/>
кольцо;
/>
цепочка;
/>
звезда с интеллектуальнымцентром.Способыпередачи данных
Проводная связь
Телефонная сеть PSTN
Модем и коммутируемый доступ
Выделенные линии
Коммутация пакетов
Frame relay
PDH
Ethernet
RS-232
Передача по оптоволоконномукабелю
Synchronousoptical networking
Fiberdistributed data interface
Беспроводная связь
Ближнего радиуса действия
Bluetooth
Human Area Network
Среднего радиуса действия
IEEE 802.11
Netsukuku
IEEE 802.16e WiMAX
Дальнего радиуса действия
Спутниковая связь
MMDS
SMDS
Передача данных при помощимобильных телефонов
CSD
GPRS
HSCSD
EDGE
UMTS
HSDPA
HSUPA
CDMA
IEE 802.16eWiMAX
CDPD
Paging networks
DataTAC
Mobitex
Motient
Коллизиии способы их разрешения
Коллизия (англ. collision — ошибканаложения, столкновения) — в терминологии компьютерных и сетевых технологий,наложение двух и более кадров от станций, пытающихся передать кадр в один и тотже момент времени.
Все данные, передаваемые посети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресомстанции назначения. Чтобы получить возможность передавать кадр, станция должнаубедиться, что разделяемая среда свободна. Это достигается прослушиваниемосновной гармоники сигнала, которая также называется несущей частотой (carrier-sense).Признаком незанятости среды является отсутствие на ней несущей частоты, котораяпри манчестерском способе кодирования равна 5-10 МГц, в зависимости отпоследовательности единиц и нулей, передаваемых в данный момент.
Если среда свободна, то узелимеет право начать передачу кадра. Все станции, подключенные к кабелю, могутраспознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адресв заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер,обрабатывает полученные данные, передает их вверх по своему стеку, а затемпосылает по кабелю кадр-ответ. Адрес станции источника содержится в исходномкадре, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ. Послеокончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу(Inter Packet Gap) в 9,6 мкс. Эта пауза, называемая также межкадровыминтервалом, нужна для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние, атакже для предотвращения монопольного захвата среды одной станцией. Послеокончания технологической паузы узлы имеют право начать передачу своего кадра,так как среда свободна.
При описанном подходе возможнаситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общейсреде. Механизм прослушивания среды и пауза между кадрами не гарантируют защитыот возникновения такой ситуации, когда две или более станции одновременнорешают, что среда свободна, и начинают передавать свои кадры. Говорят, что приэтом происходит коллизия (collision), так как содержимое обоих кадровсталкивается на общем кабеле и происходит искажение информации — методыкодирования, используемые в Ethernet, не позволяют выделять сигналы каждойстанции из общего сигнала.
Коллизия — это нормальнаяситуация в работе сетей Ethernet. Для возникновения коллизии не обязательно,чтобы несколько станций начали передачу абсолютно одновременно, такая ситуациямаловероятна. Гораздо вероятней, что коллизия возникает из-за того, что одинузел начинает передачу раньше другого, но до второго узла сигналы первогопросто не успевают дойти к тому времени, когда второй узел решает начатьпередачу своего кадра. То есть коллизии — это следствие распределенногохарактера сети.
Для уменьшения количестваколлизий необходимо уменьшить количество устройств на сетевом сегменте, чтобыповлиять на уровень коллизий. Это обычно достигается путем деления сегмента надва сегмента и помещении моста (bridge) или маршрутизатора (router) между ними.
Сетеваямодель OSI
Сетевая модель OSI (ЭМВОС) (базоваяэталонная модель взаимодействия открытых систем, англ. Open SystemsInterconnection Basic Reference Model, 1978 г) — абстрактная сетевая модель длякоммуникаций и разработки сетевых протоколов. Предлагает взгляд на компьютернуюсеть с точки зрения измерений. Каждое измерение обслуживает свою часть процессавзаимодействия. Благодаря такой структуре совместная работа сетевогооборудования и программного обеспечения становится гораздо проще и прозрачнее. Внастоящее время основным используемым стеком протоколов является TCP/IP,разработка которого не была связана с моделью OSI и к тому же была совершена доеё принятия. Модель состоит из семи уровней, расположенных друг над другом. Уровнивзаимодействуют друг с другом (по «вертикали») посредством интерфейсов,и могут взаимодействовать с параллельным уровнем другой системы (по «горизонтали»)с помощью протоколов. Каждый уровень может взаимодействовать только со своимисоседями и выполнять отведённые только ему функции. Модель OSI Тип данных Уровень Функции Данные 7. Прикладной уровень Доступ к сетевым службам 6. Уровень представления Представление и кодирование данных 5. Сеансовый уровень Управление сеансом связи Сегменты 4. Транспортный Прямая связь между конечными пунктами и надежность Пакеты 3. Сетевой Определение маршрута и логическая адресация Кадры 2. Канальный Физическая адресация Биты 1. Физический уровень Работа со средой передачи, сигналами и двоичными данными
ПротоколTCP-IP
Стек протоколов TCP/IP — наборсетевых протоколов разных уровней модели сетевого взаимодействия DOD,используемых в сетях. Протоколы работают друг с другом в стеке — это означает,что протокол, располагающийся на уровне выше, работает «поверх» нижнего,используя механизмы инкапсуляции. Например, протокол TCP работает поверхпротокола IP.
Стек протоколов TCP/IP основанна модели сетевого взаимодействия DOD и включает в себя протоколы четырёхуровней:
прикладного (application)
транспортного (transport)
сетевого (internet)
уровня доступа к среде (networkaccess)
Протоколы этих уровней полностьюреализуют функциональные возможности модели OSI. На стеке протоколов TCP/IPпостроено всё взаимодействие пользователей в IP-сетях. Стек являетсянезависимым от физической среды передачи данных.
Существуют разногласия в том,как вписать модель TCP/IP в модель OSI, поскольку уровни в этих моделях несовпадают.
К тому же, модель OSI неиспользует дополнительный уровень — «Internetworking» — междутранспортным и сетевым уровнями. Примером спорного протокола может быть ARP илиSTP.
Вот как традиционно протоколыTCP/IP вписываются в модель OSI: 7 Прикладной HTTP, SMTP, SNMP, RTP, FTP, Telnet, SSH, SCP, SMB, NFS, RTSP, BGP 6 Представительский XDR, ASN.1, AFP, TLS, SSL 5 Сеансовый ISO 8327/CCITT X.225, RPC, NetBIOS, ASP 4 Транспортный TCP, UDP, SCTP, SPX, ATP, DCCP, GRE 3 Сетевой IP, ICMP, IGMP, CLNP, OSPF, RIP, IPX, DDP, ARP, RARP 2 Канальный Ethernet, Token ring, PPP, HDLC, X.25, Frame relay, ISDN, ATM, MPLS, Wi-Fi 1 Физический электрические провода, радиосвязь, волоконно-оптические провода
Обычно в стеке TCP/IP верхние 3уровня (прикладной, представительский и сеансовый) модели OSI объединяют в один- прикладной. Поскольку в таком стеке не предусматривается унифицированныйпротокол передачи данных, функции по определению типа данных передаютсяприложению.
Системадоменных имён DNS
DNS — компьютернаяраспределённая система для получения информации о доменах. Чаще всегоиспользуется для получения IP-адреса по имени хоста (компьютера или устройства),получения информации о маршрутизации почты, обслуживающих узлах для протоколовв домене (SRV-запись).
Распределённая база данных DNSподдерживается с помощью иерархии DNS-серверов, взаимодействующих поопределённому протоколу.
Основой DNS являетсяпредставление об иерархической структуре доменного имени и зонах. Каждыйсервер, отвечающий за имя, может делегировать ответственность за дальнейшуючасть домена другому серверу (с административной точки зрения — другойорганизации или человеку), что позволяет возложить ответственность заактуальность информации на серверы различных организаций (людей), отвечающихтолько за «свою» часть доменного имени.
Начиная с 2010 года, в системуDNS внедряются средства проверки целостности передаваемых данных, называемыеDNS Security Extensions (DNSSEC). Передаваемые данные не шифруются, но ихдостоверность проверяется криптографическими способами.
DNS важна для работы Интернета,ибо для соединения с узлом необходима информация о его IP-адресе, а для людейпроще запоминать буквенные (обычно осмысленные) адреса, чем последовательностьцифр IP-адреса. В некоторых случаях это позволяет использовать виртуальныесерверы, например, HTTP-серверы, различая их по имени запроса. Первоначальнопреобразование между доменными и IP-адресами производилось с использованиемспециального текстового файла hosts, который составлялся централизованно иавтоматически рассылался на каждую из машин в своей локальной сети. С ростомСети возникла необходимость в эффективном, автоматизированном механизме,которым и стала DNS.
NetBIOS
NetBIOS(Network Basic Input/Output System) — протокол для работы влокальных сетях на персональных ЭВМ типа IBM/PC, разработан в виде интерфейса, который не зависит отфирмы-производителя. Он включает в себя интерфейс сеансового уровня (англ.netBIOS interface),в качестве транспортных протоколов использует TCP и UDP.
Особенностью NetBIOSявляется возможность его работы поверх разных протоколов, самымираспространёнными/известными из которых являются NetBEUI,IPX и стек протоколов TCP/IP; причём если старые версии Windowsориентировались на более лёгкие в реализации и менее ресурсоёмкие NetBEUI и IPX, то современные Windows ориентируются на TCP/IP. При использовании NetBEUI и IPX NetBIOSсам обеспечивает надёжность доставки данных (функциональность SPXне использовалась), а при использовании TCP/IP надёжность доставки обеспечивает TCP,за что удостоился отдельного имени «NBT».
Интерфейс NetBIOSпредставляет собой стандартный интерфейс разработки приложений (API) для обеспечения сетевых операций ввода/вывода иуправления низлежащим транспортным протоколом. Приложения, использующие NetBIOS APIинтерфейс, могут работать только при наличии протокола, допускающегоиспользование такого интерфейса.
NetBIOSтакже определяет протокол, функционирующий на сеансовом/транспортном уровняхмодели OSI. Этот протокол используется протоколаминижележащих уровней, такими как NBFP (NetBEUI)и NetBT для выполнения сетевых запросов ввода/вывода иопераций, описанных в стандартном интерфейсном наборе команд NetBIOS.То есть NetBIOS сам не поддерживает выполнение файловыхопераций. Эта функция возлагается на протоколы нижележащих уровней, а сам NetBIOS обеспечивает только связь с этими протоколами и NetBIOS APIинтерфейс.
NetBIOSобеспечивает:
регистрацию и проверку сетевыхимен
установление и разрыв соединений
связь с гарантированнойдоставкой информации
связь с негарантированнойдоставкой информации
поддержку управления имониторинга драйвера и сетевой карты
Аппаратурапередачи данных
Аппаратура передачи данных, илиАПД в компьютерных сетях непосредственно присоединяет компьютеры или локальныесети пользователя к линии связи и является. таким образом, пограничным оборудованием.Примерами АПД являются модемы, терминальные адаптеры сетей ISDN, устройстваподключения к цифровым каналам. Обычно АПД работает на физическом уровне,отвечая за передачу информации в физическую среду (в линию) и прием из неесигналов нужной формы и мощности.
Аппаратура пользователя линиисвязи, вырабатывающая данные для передачи по линии связи и подключаемаянепосредственно к аппаратуре передачи данных, носит обобщенное названиеоконечное оборудование данных, или ООД. Примером ООД могут служить компьютеры,коммутаторы или маршрутизаторы.
Промежуточная аппаратура обычноиспользуется на линиях связи большой протяженности.
Она решает две основные задачи:
улучшение качества сигнала;
создание постоянного составногоканала связи между двумя абонентами сети.
В локальных сетях промежуточнаяаппаратура может совсем не использоваться. А вот в глобальных сетях необходимообеспечить качественную передачу сигналов на расстояние в сотни и тысячикилометров. Поэтому без усилителей (повышающих мощность сигналов) и регенераторов(наряду с повышением мощности восстанавливающих форму импульсных сигналов,исказившихся при передаче на большое расстояние), установленных черезопределенное расстояние, построить территориальную линию невозможно. Вглобальной сети необходима также и промежуточная аппаратура другого рода — мультиплексоры,демультиплексоры и коммутаторы.
Промежуточная аппаратура каналасвязи прозрачна для пользователя, он ее не замечает и не учитывает в своейработе.
Литература
1. А. Филимонов. Построение мультисервисных сетей Ethernet. — М.: BHV, 2007.ISBN 978-5-9775-0007-4.
2. Руководство по технологиям объединенных сетей.4-е изд. — М.: Вильямс,2005. ISBN 5-8459-0787-X.
3. Новиков Ю.В., Кондратенко С.В. Основы локальных сетей. Курс лекций. — М.:Интернет-университет информационных технологий, 2005. — ISBN 5-9556-0032-9
4. 'Дуглас Камер' Сети TCP/IP, том 1. Принципы, протоколы и структура. — М.:«Вильямс», 2003. — С.880. — ISBN0-13-018380-6
5. Статьи из свободной интернет — энциклопедии Википедия — ru. wikipedia.org