Общие
принципы построения вычислительных сетей
Эволюция
вычислительных систем
- Системы
пакетной обработки. Строились на базе
мэйнфрейма - мощного и надежного компьютера
универсального назначения.
- Многотерминальные
системы - прообраз сети. Пользователь
получал в свое распоряжение терминал,
с помощью которого он мог вести диалог
с компьютером.
- Появление
глобальных сетей. Назрела задача доступа
к компьютеру с терминалов, удаленных
от него на большие расстояния. Терминалы
соединялись с компьютерами через телефонные
сети с помощью модемов. Затем появились
системы, в которых наряду с удаленными
соединениями типа терминал-компьютер
были реализованы и удаленные связи типа
компьютер-компьютер.
- Первые
локальные сети. С появлением БИС стало
выгодней использовать несколько мини-компьютеров
вместо одного мэйнфрейма.
- Создание
стандартных технологий локальных сетей.
С распространением персональных компьютеров
утвердились стандартные технологии объединения
компьютеров в сеть - Ethernet, Arcnet, Token Ring и
т.д.
- Современные
тенденции. Сокращение разрыва между локальными
и глобальными сетями, конвергенция (объединение)
сетей телефонии и данных.
- Цели
на будущее: слияния технологий не только
локальных и глобальных сетей, но и технологий
любых информационных сетей - вычислительных,
телефонных, телевизионных и т. п.
Многоуровневый
подход
Организация сетевого взаимодействия
очень сложная задача, для решения которой
используется универсальный прием - декомпозиция,
то есть разбиение одной сложной задачи
на несколько более простых задач -модулей.
Многоуровневый
подход:
- все множество модулей разбивают на группы
и упорядочивают по уровням, образующим
иерархию;
- модули одного уровня для выполнения
своих задач обращаются с запросами только
к модулям непосредственно примыкающего
нижележащего уровня;
- работает принцип инкапсюляции – уровень
предоставляет сервис, скрывая детали
его реализации.
Интерфейсы,
протоколы, стеки протоколов
- интерфейс - набор функций, выполняемых некоторым уровнем для вышележащего уровня, а также форматы сообщений, которыми обмениваются два соседних уровня в ходе своего взаимодействия. Интерфейс определяет совокупный сервис, предоставляемый данным уровнем выше лежащему уровню;
- протокол - формализованные
правила, определяющие последовательность
и формат сообщений, которыми обмениваются
сетевые компоненты, лежащие на одном
уровне, но в разных узлах;
- стек протоколов - Согласованный набор протоколов разных уровней, достаточный для организации межсетевого взаимодействия.
Открытая
система
- открытая система - любая система (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), которая построена в соответствии с открытыми спецификациями;
- спецификация - формализованное описание аппаратных или программных компонентов, способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, условий эксплуатации, ограничений и особых характеристик;
- открытая спецификация - опубликованная, общедоступная спецификация, соответствующая стандартам и принятая в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.
Преимущества построения
сетей с соблюдением принципов открытости:
- возможность построения сети
из аппаратных и программных средств различных
производителей, придерживающихся одного
и того же стандарта;
- возможность безболезненной
замены отдельных компонентов сети другими,
более совершенными, что позволяет сети
развиваться с минимальными затратами;
- возможность легкого сопряжения
одной сети с другой;
- простота освоения и обслуживания
сети.
Ярким примером открытой системы
является международная сеть Internet
Источники
стандартов
Виды стандартов:
- стандарты отдельных фирм (например,
стек протоколов DECnet фирмы Digital Equipment или
графический интерфейс OPEN LOOK для Unix-систем
фирмы SUN),
- стандарты специальных комитетов и объединений,
создаваемых несколькими фирмами (например,
стандарты технологии ATM, разрабатываемые
специально созданным объединением ATM
Forum, насчитывающем около 100 коллективных
участников, или стандарты союза Fast Ethernet
Alliance по разработке стандартов 100 Мб Ethernet),
- стандарты национальных организаций
по стандартизации, (например, стандарт
FDDI, представляющий один из многочисленных
стандартов, разработанных американским
национальным институтом стандартов ANSI,
или стандарты безопасности для операционных
систем, разработанные Национальным центром
защиты компьютеров (NCSC) министерства
обороны США),
- международные стандарты (например, модель
и стек коммуникационных протоколов ISO,
многочисленные стандарты Международного
союза электросвязи (ITU), в том числе стандарты
на сети с коммутацией пакетов X.25, сети
frame relay, ISDN, модемы и многие другие).
Источники
стандартов 2
Организации, наиболее активно и занимающихся
разработкой стандартов в области вычислительных
сетей:
- Международная организация
по стандартизации (International Organization for Standardization
- ISO).;
- Международный союз электросвязи
(International Telecommunication Union, ITU). Особенно
действующий комитет этой организации Consultative Commitete for International Telephony
and Telegraphy (CCITT) или Международный Консультативный Комитет по Телефонии и Телеграфии (МККТТ). В результате проведенной в 1993 году реорганизации ITU, CCITT несколько изменил направление своей деятельности и сменил название - теперь он называется ITU-T;
- Институт инженеров по электротехнике
и радиоэлектронике - Institute of Electrical and Electronic
Engineers, IEEE);
- Европейская ассоциация производителей
компьютеров (ECMA);
- Ассоциация электронной промышленности
(Electronic Industries Association, EIA);
- Министерство обороны США
(Department of Defense - DoD);
- Стандартизацией локальных
сетей крупных ЭВМ занимается комитет
X3T9.5 Американского национального института
стандартов (American National Standards Institute, ANSI), а также фирма IBM (архитектура сетей SNA).
Модель
ISO/OSI
- Международная Организация по Стандартам
(International Standards Organization, ISO) разработала модель,
которая четко определяет различные уровни
взаимодействия систем, дает им стандартные
имена и указывает, какую работу должен
делать каждый уровень. Эта модель называется
моделью взаимодействия открытых систем
(Open System Interconnection, OSI) или моделью ISO/OSI.
- Таким образом, проблема взаимодействия
декомпозирована на 7 частных проблем,
каждая из которых может быть решена независимо
от других.
- Каждый уровень поддерживает интерфейсы
с выше- и нижележащими уровнями.
Физический
уровень (Physical layer)
- Интерфейс между сетевым носителем и
сетевым устройством (передает электрические
или оптические сигналы в кабель или радиоэфир,
принимает их и преобразует в биты данных).
- На этом уровне стандартизируются типы
разъемов и назначение контактов.
- Функции физического уровня реализуются
во всех устройствах, подключенных к сети.
- Работают: концентраторы, ретрансляторы.
- Примеры сетевых интерфейсов, относящихся
к физическому уровню: V.35, RS-232C, RJ-11, RJ-45,
разъемы AUI и ВNС.
Канальный
уровень (Data Link layer)
- Обеспечение интерфейса для сетевого
уровня;
- Организация доступа к среде передачи;
- Обработка ошибок передачи данных;
- Управление потоком данных, исключающее
затопление медленных приемников быстрыми
передатчиками;
- Определяет структуру связей между узлами
и способы их адресации;
- Оперирует не битами, а блоками данных
– кадрами;
- Оборудование, работающее на канальном
уровне: коммутаторы, мосты;
- Примеры протоколов, относящихся к канальному
уровню: Ethernet, Token Ring, FDDI, Bluetooth, Wi-Fi, Wi-Max, X.25, Frame Relay, ATM и т.д.
Сетевой
уровень (Network layer)
Выполняет функции:
- определения пути передачи данных;
- трансляции логических адресов и имен
в физические;
- определения кратчайшего маршрута;
- коммутации;
- маршрутизации;
- отслеживания неполадок и заторов в сети.
Решает задачи:
- передача сообщений по связям с нестандартной
структурой;
- согласование разных технологий;
- упрощение адресации в крупных сетях;
- создание барьеров на пути нежелательного
трафика между сетями.
Работает: маршрутизатор.
Виды протоколов сетевого уровня:
- сетевые протоколы (продвижение пакетов
через сеть);
- протоколы маршрутизации;
- протоколы разрешения адресов.
Транспортный
уровень (Transport layer)
- Обеспечивает приложениям (или прикладному
и сеансовому уровням) передачу данных
с требуемой степенью надежности.
- Протоколы предназначены для взаимодействия
типа «точка—точка».
- Начиная с данного уровня, протоколы
реализуются программными средствами
конечных узлов сети — компонентами их
сетевых ОС.
- Примеры: протоколы TCP, UDP, SPX.
Сеансовый
уровень (Session layer)
- Отвечает за поддержание сеанса связи,
позволяя приложениям взаимодействовать
между собой длительное время.
- Уровень управляет:
- созданием/завершением сеанса;
- обменом информацией;
- синхронизацией задач;
- определением права на передачу данных;
- поддержанием сеанса в периоды неактивности
приложений.
- Синхронизация передачи обеспечивается
помещением в поток данных контрольных
точек, начиная с которых возобновляется
процесс при сбоях.