Архитектура, протоколы и стандарты компьютерных сетей.

1. Архитектура, протоколы и стандарты компьютерных сетей.

2. Коммуникационное оборудование. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 .Архитектура,  протоколы и стандарты  компьютерных сетей. 

     Архитектура - спецификации связи, разработанные  для определения функций сети и установления стандартов различных  моделей вычислительных систем, предназначенных  для обмена и обработки данных.

         Для стандартизации сетей Международная  организация стандартов (OSI) предложила  семиуровневую сетевую архитектуру.  К сожалению, конкретные реализации  сетей не используют все уровни  международного стандарта. Однако  этот стандарт дает общее представление  о взаимодействии отдельных подсистем  сети. Для определения задач, поставленных перед сложным объектом, а также для выделения главных характеристик и параметров, которыми он должен обладать, создаются общие модели таких объектов. Общая модель вычислительной сети определяет характеристики сети в целом и характеристики и функции входящих в нее основных компонентов.

Архитектура вычислительной сети - описание ее общей  модели.

     Многообразие  производителей вычислительных сетей  и сетевых программных продуктов  поставило проблему объединения  сетей различных архитектур. Для  ее решения МОС разработала модель архитектуры открытых систем.

     Открытая  система - система, взаимодействующая  с другими системами в соответствии с принятыми стандартами.

      Предложенная модель архитектуры  открытых систем служит базой для  производителей при разработке совместимого сетевого оборудования. Эта модель не является неким физическим телом, отдельные элементы которого можно  осязать. Модель представляет собой  самые общие рекомендации для  построения стандартов совместимых  сетевых программных продуктов. Эти рекомендации должны быть реализованы как в аппаратуре, так и в программных средствах вычислительных сетей.

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Эталонная модель архитектуры открытых систем.       Эталонная модель для локальных компьютерных сетей 

     Протокол - набор правил, определяющий взаимодействие двух одноименных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных  абонентских ЭВМ.

     Протокол - это не программа. Правила и последовательность выполнения действий при обмене информацией, определенные протоколом, должны быть реализованы в программе. Обычно функции протоколов различных уровней  реализуются в драйверах для  различных вычислительных сетей.

     В соответствии с семиуровневой структурой модели можно говорить о необходимости  существования протоколов для каждого  уровня.

Основные  типы протоколов

     Протоколы канального уровня делятся на две основные группы: байт-ориентированные и бит-ориентированные.

     Байт-ориентированный  протокол обеспечивает передачу сообщения по информационному каналу в виде последовательности байтов. Кроме информационных байтов в канал передаются также управляющие и служебные байты. Такой тип протокола удобен для ЭВМ, так как она ориентирована на обработку данных, представленных в виде двоичных байтов. Для коммуникационной среды байт-ориентированный протокол менее удобен, так как разделение информационного потока в канале на байты требует использования дополнительных сигналов, что в конечном счете снижает пропускную способность канала связи.

     Наиболее  известным и распространенным байт-ориентированным  протоколом является протокол двоичной синхронной связи BSC (Binary Synchronous Communication), разработанный фирмой IBM. Протокол обеспечивает передачу двух типов кадров: управляющих  и информационных. В управляющих  кадрах передаются управляющие и  служебные символы, в информационных - сообщения (отдельные пакеты, последовательность пакетов). Работа протокола BSC осуществляется в три фазы: установление соединения, поддержание сеанса передачи сообщений, разрыв соединения. Протокол требует  на каждый переданный кадр посылки  квитанции о результате его приема. Кадры, переданные с ошибкой, передаются повторно. Протокол определяет максимальное число повторных передач.

     Передача  последующего кадра возможна только тогда, когда получена положительная  квитанция на прием предыдущего. Это существенно ограничивает быстродействие протокола и предъявляет высокие  требования к качеству канала связи.

     Бит-ориентированный  протокол предусматривает передачу информации в виде потока битов, не разделяемых на байты. Поэтому для разделения кадров используются специальные последовательности - флаги. В начале кадра ставится флаг открывающий, а в конце - флаг закрывающий.

     Бит-ориентированный  протокол удобен относительно коммуникационной среды, так как канал связи  как раз и ориентирован на передачу последовательности битов. Для ЭВМ  он не очень удобен, потому что из поступающей последовательности битов  приходится выделять байты для последующей  обработки сообщения. Впрочем, учитывая быстродействие ЭВМ, можно считать, что эта операция не окажет существенного  влияния на ее производительность. Потенциально бит-ориентированные  протоколы являются более скоростными по сравнению с байт-ориентированными, что обусловливает их широкое распространение в современных вычислительных сетях.

     Типичным  представителем группы бит-ориентированных  протоколов являются протокол HDLC (High-level Data Link Control - высший уровень управления каналом связи) и его подмножества. Протокол HDLC управляет информационным каналом с помощью специальных  управляющих кадров, в которых  передаются команды. Информационные кадры  нумеруются. Кроме того, протокол HDLC позволяет без получения положительной  квитанции передавать в канал  до трех - пяти кадров. Положительная  квитанция, полученная, например, на третий кадр, показывает, что два предыдущих приняты без ошибок и необходимо повторить передачу только четвертого и пятого кадров. Такой алгоритм работы и обеспечивает высокое быстродействие протокола.

     Из  протоколов верхнего уровня модели ВОС  следует отметить протокол Х.400 (электронная  почта) и FTAM (File Transfer, Access and Management - передача файлов, доступ к файлам и управление файлами).

Стандарты протоколов вычислительных сетей

     Для протоколов физического уровня стандарты  определены рекомендациями МККТТ. Цифровая передача предусматривает использование  протоколов Х.21 и Х.21- бис.

     Канальный уровень определяют протокол HDLC и  его подмножества, а также протокол Х.25/3.

     Широкое распространение локальных вычислительных сетей потребовало разработки стандартов для этой области. В настоящее  время для ЛВС используются стандарты, разработанные Институтом инженеров  по электротехнике и радиоэлектронике-ИИЭР(IЕЕЕ- Institute of Electrical and Electronics Engineers).

     Комитеты IEEE 802 разработали ряд стандартов, часть из которых принята МОС (ISO) и другими организациями. Для  ЛВС разработаны следующие стандарты:

802.1 - верхние  уровни и административное управление;

802.2 - управление  логическим звеном данных (LLC);

802.3 - случайный  метод доступа к среде (CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - множественный  доступ с контролем передачи  и обнаружением столкновений);

802.4 - маркерная  шина;

802.5 - маркерное  кольцо;

802.6 - городские  сети. 
 
 

Взаимодействие  узлов сети на базе эталонной модели

2. Коммуникационное  оборудование.

     Коммуникационное  оборудование используется для обеспечения  работоспособности локальной вычислительной сети, обеспечения передачи данных в сети и расширения сети.

     К стандартному коммуникационному оборудованию относятся следующие устройства:

      1) репитер — это устройство, которое  используется в том случае, если  длина всей ЛВС превышает максимальную  длину сегмента сети. При этом  ЛВС делится на несколько сегментов,  которые соединяются через репитер.  Основные функции репитера - принятие  затухающего сигнала из одного  сегмента, его усиление и передача  в другой сегмент. Каждый из  сегментов, подключенных к репитеру, должен использовать одинаковые  пакеты и протоколы. При использовании  репитера надежность работы всей  сети повышается, так как повреждение  одного сегмента ЛВС не окажет  влияния на работу всех остальных  сегментов сети;

     2) мост — это устройство, позволяющее  не только объединять несколько  сегментов или локальных сетей  рабочих групп, но и разбивать  ЛВС на отдельные сегменты  с уменьшенным трафиком. Основное  преимущество мостов заключается  в том, что они допускают  использование в сети различных  протоколов (например, мост позволяет  транслировать пакеты Ethernet в пакеты Token Ring). Для соединения двух ЛВС,  расположенных на значительном  расстоянии друг от друга, ис- пользуются два удаленных моста; 

     3) модем (МОдулятор-ДЕМодулятор) —  это устройство, которое позволяет  преобразовать данные из цифровой  формы, в которой они хранятся  в компьютере, в аналоговую, в  которой они могут быть переданы  по телефонной линии и обратно.  Процесс передачи данных по  телефонным линиям происходит  в форме электрических колебаний,  а в компьютере информация  хранится в виде кодов. Для  передачи информации от компьютера  через телефонную линию машинные  коды необходимо преобразовать  в электрические колебания, т.е.  осуществить модуляцию. Для того  чтобы адресат смог прочитать  на своем компьютере то, что  ему отправлено, электрические колебания  должны быть преобразованы обратно  в машинные коды (демодуляция);

     4) маршрутизатор — это устройство, используемое при объединении  нескольких сетевых сегментов  с различными протоколами и  архитектурами. Это коммуникационное  оборудование определяет не только  адрес каждого сегмента, но и  наилучший маршрут для передачи  данных;

     5) шлюз — это устройство, которое  используется, если две сетевые  среды используют разные коммуникационные  протоколы, структуры и форматы  данных, сетевые архитектуры, языки.  В ЛВС один компьютер выступает  в роли шлюза в том случае, если идет обмен информацией  между рабочими станциями и  мэйнфреймом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Список  используемых источников 
 

     1. Н.Д. Угринович, Информатика и  информационные технологии, М.: Бином, 2006

     2. А.Х. Шелепаева, Поурочные разработки  по информатике: базовый уровень, - М.:ВАКО, 2007

     3. Д.В. Иртегов, Введение в сетевые  технологии, М., 2004

     4. Н.В. Максимов, И. И. Попов, Компьютерные  сети: учебное пособие, М.:ФОРУМ, 2004

     5. В.А. Каймин, Информатика - М., ИНФРА-М, 2000 г.