Организация, принципы построения и функционирования компьютерных сетей

Описание презентации по отдельным слайдам:

• 

  1 слайд

  МДК.01.01
  Организация, принципы построения и функционирования компьютерных сетей
  2-курс
  Занятие 05, 06
  

• 

  2 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Основу компьютерной сети составляет соединение различно­го оборудования, где одной из наиболее острых проблем являет­ся проблема совместимости.
  Без принятия всеми производителя­ми общепринятых правил (стандартов) создания сетевого оборудования построение сетей в целом было бы невозможно.
  В компьютерных сетях идеологической основой стандартизации является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия.
  Именно на основе этого подхода была разрабо­тана стандартная семиуровневая модель взаимодействия открытых систем, ставшая своего рода универсальным языком сетевых специалистов.
  

• 

  3 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Oткрытой системой может быть названа любая система (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), которая построена в со­ответствии с открытыми спецификациями.
  Под термином «спецификация» (в вычислительной технике) понимают формализованное описание аппаратных или программных компонентов, способов их функционирования, взаи­модействия с другими компонентами, условий эксплуатации, ог­раничений и особых характеристик.
  Понятно, что не всякая спе­цификация является стандартом.
  
  

• 

  4 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  В свою очередь, под открытыми спецификациями понимаются опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в ре­зультате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.
  Использование при разработке систем открытых специфика­ций позволяет третьим сторонам разрабатывать для этих систем различные аппаратные или программные средства расширения и модификации, а также создавать программно-аппаратные ком­плексы из продуктов разных производителей.
  

• 

  5 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Организация взаимодействия между устройствами в сети яв­ляется сложной задачей, которая разбивается на несколько более простых задач-модулей.
  Процедура разбиения – декомпозиции – включает в себя четкое определение функций каждого модуля, решающего отдельную задачу, и интерфейсов между ними.
  В ре­зультате достигается логическое упрощение задачи, а также по­является возможность модификации отдельных модулей без из­менения остальной части системы.
  

• 

  6 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  При декомпозиции часто используют многоуровневый под­ход.
  Он заключается в следующем. Все множество модулей разбивают на уровни. Уровни образуют иерархию, т. е. имеются вы­шележащие и нижележащие уровни.
  Множество моду­лей, составляющих каждый уровень, сформировано таким образом, что для выполнения своих задач они обращаются с за­просами только к модулям непосредственно примыкающего ни­жележащего уровня.
  С другой стороны, результаты работы всех модулей, принадлежащих некоторому уровню, могут быть пере­даны только модулям соседнего вышележащего уровня (смотри следующий рисунок).
  

• 

  7 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Многоуровневый подход к созданию ИВС
  

• 

  8 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Такая иерархическая декомпозиция задачи предполагает четкое опреде­ление функции каждого уровня и интерфейсов между уровнями.
  Интерфейс определяет набор функций, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему.
  В результате иерархиче­ской декомпозиции достигается относительная независимость уровней, а значит, и возможность их легкой замены.
  

• 

  9 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Средства сетевого взаимодействия также могут быть представ­лены в виде иерархически организованного множества модулей.
  При этом модули нижнего уровня могут, например, решать все вопросы, связанные с надежной передачей электрических сигна­лов между двумя соседними узлами.
  Модули более высокого уровня организуют транспортировку сообщений в пределах всей сети, пользуясь для этого средствами упомянутого нижележащего уровня.
  А на верхнем уровне работают модули, предоставляющие пользователям доступ к различным службам файловой, печати и т. п.
  

• 

  10 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Многоуровневое представление средств сетевого взаимодей­ствия имеет свою специфику.
  Это связано с тем, что для органи­зации обмена сообщениями между двумя компьютерами необхо­димо принять множество соглашений для всех уровней, начиная от самого низкого уровня передачи битов и до самого высокого уровня, реализующего сервис для пользователей сети.
  Формализованные правила (соглашения), определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, назы­ваются протоколом.
  

• 

  11 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами и с помощью стандартизованных форматов сообщений, которые называются интерфейсом.
  Таким образом, протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах.
  А интер­фейсы определяют правила взаимодействия модулей соседних уровней в одном узле.
  

• 

  12 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов.
  Коммуникационные про­токолы могут быть реализованы как программно, так и аппарат­но.
  Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уров­ней – как правило, чисто программными средствами.
  На эф­фективность взаимодействия устройств в сети влияет качество всей совокупности протоколов, составляющих стек, в частности, насколько рационально распределены функции между протоко­лами разных уровней и насколько хорошо определены интер­фейсы между ними.
  

• 

  13 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Протоколы реализуются не только компьютерами, но и дру­гими сетевыми устройствами:
  - концентраторами (повторители, хабы),
  - мостами,
  - коммутаторами,
  - маршрутизаторами и др.
  Действительно, в общем случае связь компьютеров в сети осуществляется не напря­мую, а через различные коммуникационные устройства.
  В зави­симости от типа устройства в нем должны быть встроенные средства, реализующие тот или иной набор протоколов.
  

• 

  14 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  В начале 1980-х годов ряд международных организаций по стандартизации – ISO, IТU и некоторые другие – разработали модель, которая сыграла значительную роль в развитии сетей.
  Эта модель называется моделью взаимодействия открытых систем или моделью OSI (Open System Interconnection).
  Модель OSI определя­ет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандарт­ные имена и указывает, какие функции должен выполнять каж­дый уровень.
  Модель OSI была разработана на основании боль­шого опыта, полученного при создании компьютерных сетей, в основном глобальных, в 1970-е годы.
  

• 

  15 слайд

  Модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI
  

• 

  16 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Полное описание этой мо­дели OSI занимает более 1000 страниц текста. В этой модели средства взаимодействия делятся на семь уровней:
  - прикладной,
  - представительный,
  - сеансовый,
  - транспортный,
  - сетевой,
  - канальный,
  - физический.
  Каждый уро­вень имеет дело с одним определенным аспектом взаимодейст­вия сетевых устройств.
  
  

• 

  17 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Физический уровень (Physical layer) имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи, таким, например, как:
  - коак­сиальный кабель,
  - витая пара,
  - оптоволоконный кабель,
  - циф­ровой территориальный канал.
  К этому уровню имеют отноше­ние характеристики физических сред передачи данных, такие как:
  - полоса пропускания,
  - помехозащищенность,
  - волновое сопротив­ление и др.
  

• 

  18 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  На физическом уровне определяются характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию, например:
  - крутизна фронтов импульсов,
  - уровни напряжения или тока передаваемого сигнала,
  - тип кодирования,
  - скорость передачи сигналов.
  Кроме этого, здесь стандартизуются типы разъемов и назначение каждого контакта.
  
  
  

• 

  19 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети.
  Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются:
  - сетевым адаптером,
  - по­следовательным портом.
  
  

• 

  20 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Канальный уровень.
  В некоторых сетях линии связи используются (разделяются) попеременно несколькими парами взаимодействующих компью­теров, и физическая среда передачи может быть занята.
  Поэтому одной из задач канального уровня (Data Link layer) является про­верка доступности среды передачи.
  Другой задачей канального уровня является реализация механизмов обнаружения и коррек­ции ошибок.
  
  

• 

  21 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами.
  Канальный уровень обеспечива­ет корректность передачи каждого кадра, помещая специальную последовательность бит в начало и конец каждого кадра для его выделения.
  На канальном уровне вычисляется контрольная сумма, обрабатывая все байты кадра определенным способом.
  Контрольная сумма добавляется к кадру.
  

• 

  22 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Когда кадр приходит по сети, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра.
  Если они совпадают, кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка.
  Ка­нальный уровень может не только обнаруживать ошибки, но и исправлять их за счет повторной передачи поврежденных кад­ров.
  Необходимо отметить, что функция исправления ошибок не является обязательной для канального уровня, поэтому в неко­торых протоколах этого уровня она отсутствует.
  

• 

  23 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  К типовым топологиям, поддерживаемым протоколами канального уровня локальных сетей, относятся:
  - общая шина,
  - кольцо,
  - звезда,
  - а также структуры, полученные из них с помощью мостов и коммутаторов.
  Примерами протоколов канального уровня являются протоколы:
  - Ethernet,
  - Token Ring,
  - FDDI.
  

• 

  24 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  В локальных сетях протоколы канального уровня используются:
  - компьютерами,
  - мостами,
  - коммутаторами,
  - маршрутизато­рами.
  В компьютерах функции канального уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и их драйверов.
  

• 

  25 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  В глобальных сетях, которые редко обладают регулярной топологией, канальный уровень часто обеспечивает обмен сообще­ниями только между двумя соседними компьютерами, соединен­ными индивидуальной линией связи.
  

• 

  26 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Для обеспечения качественной транспортировки сообщений в сетях любых топологий и технологий функций канального уровня оказывается недостаточно, поэтому в модели OSI реше­ние этой задачи возлагается на два следующих уровня –сетевой и транспортный.
  Рассмотрим последовательно эти два уровня.
  

• 

  27 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Сетевой уровень (Network layer) служит для образования еди­ной транспортной системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать совершенно различные принципы передачи сообщений между конечными узлами и об­ладать произвольной структурой связей.
  На сетевом уровне сам термин сеть наделяют специфическим значением.
  В данном случае под сетью понимается сово­купность компьютеров, соединенных между собой в соответст­вии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи данных один из протоколов канального уровня, определенный для этой топологии.
  

• 

  28 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Внутри сети доставка данных обеспечивается соответствующим канальным уровнем.
  Доставкой данных между сетями занимается сетевой уровень, который и поддерживает возможность правильного выбора маршрута передачи сообщения даже в том случае, когда структура связей между составляющими сетя­ми имеет характер, отличный от принятого в протоколах каналь­ного уровня.
  Сети соединяются между собой специальными устройствами, называемыми маршрутизаторами.
  

• 

  29 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получа­телю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач между сетями, каждый раз вы­бирая подходящий маршрут.
  Таким образом, маршрут представ­ляет собой последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет.
  Сетевой уровень решает также задачи согласования разных технологий, упрощения адресации в крупных сетях и создания надежных и гибких барьеров на пути нежелательного трафика между сетями.
  

• 

  30 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами (packets).
  При организации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие «номер сети».
  В этом случае адрес получа­теля состоит из старшей части – номера сети и младшей – но­мера узла в этой сети.
  Все узлы одной сети должны иметь одну и ту же старшую часть адреса, поэтому термину «сесть» на сетевом уровне можно дать и другое, более формальное определение: сеть – это совокупность узлов, сетевой адрес которых содержит один и тот же номер сети.
  

• 

  31 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Транспортный уровень (Тransport Iayer) обеспечивает приложениям или верхним уровням стека – прикладному и сеансово­му – передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется.
  Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем.
  

• 

  32 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Эти виды сервиса отличают­ся качеством предоставляемых услуг:
  - срочностью,
  - возможностью восстановления прерванной связи,
  - наличием средств мульти­плексирования нескольких соединений между различными при­кладными протоколами через общий транспортный протокол,
  - а главное – способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.
  

• 

  33 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Сеансовый уровень (Session layer) обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации.
  Средства синхронизации позволяют вставлять контрольные точки в длинные пе­редачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к по­следней контрольной точке, а не начинать все с начала.
  На практике немногие приложения используют сеансовый уровень, и он редко реализуется в виде отдельных протоколов, хотя функ­ции этого уровня часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.
  

• 

  34 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Представительный уровень (Presentation layer) имеет депо с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания.
  За счет уровня представления информация, передаваемая прикладным уровнем одной систе­мы, всегда понятна прикладному уровню другой системы.
  С по­мощью средств данного уровня протоколы прикладных уровней могут преодолеть синтаксические различия в представлении дан­ных или же различия в кодах символов.
  

• 

  35 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  На представительном уровне может выполняться шифрование и де­шифрование данных.
  Благодаря этим действиям секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных служб.
  При­мером такого протокола является протокол SSL (Secure Socket Layer).
  Этот протокол обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.
  

• 

  36 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Прикладной уровень (Application layer) – это набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети по­лучают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, прин­теры или гипертекстовые Wеb-страницы, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола элек­тронной почты.
  Единица данных, которой оперирует приклад­ной уровень, обычно называется сообщением (message).
  

• 

  37 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Сетезависимые и сетенезависимые уровни
  Функции всех уровней модели OSI могут быть отнесены к одной из двух групп: либо к функциям, зависящим от конкрет­ной технической реализации сети; либо к функциям, ориентиро­ванным на работу с приложениями.
  Три нижних уровня – физический, канальный и сетевой – являются сетезависимыми, т. е. протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией сети и используемым ком­муникационным оборудованием.
  Например, переход на обору­дование FDDI означает полную смену протоколов физического и канального уровней во всех узлах сети.
  
  
  

• 

  38 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Сетезависимые и сетенезависимые уровни
  Три верхних уровня – прикладной, представительный и сеансовый – ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения сети.
  На протоколы этих уровней не влияют какие бы то ни было изменения в топологии сети, замена оборудования или переход на другую сетевую тех­нологию.
  Так, переход от Ethemet на высокоскоростную техно­логию 100VG-AnyLAN не потребует никаких изменений в про­граммных средствах, реализующих функции прикладного, пред­ставительного и сеансового уровней.
  

• 

  39 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Сетезависимые и сетенезависимые уровни
  Транспортный уровень является промежуточным. Он скрывает все детали функционирования нижних уровней от верхних.
  Это позволяет разрабатывать приложения, не зависящие от тех­нических средств непосредственной транспортировки сообще­ний.
  Компьютер с установленной на нем сетевой ОС взаимодействует с другим компьютером с помощью протоколов всех семи уровней.
  

• 

  40 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Сетезависимые и сетенезависимые уровни
  Это взаимодействие компьютеры осуществляют опосредованно через различные коммуникационные устройства:
  - кон­центраторы,
  - модемы,
  - мосты,
  - коммутаторы,
  - маршрутизаторы,
  - мультиплексоры.
  

• 

  41 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Сетезависимые и сетенезависимые уровни
  В зависимости от типа коммуникационное уст­ройство может работать:
  - либо только на физическом уровне (по­вторитель),
  - либо на физическом и канальном (мост),
  - либо на фи­зическом, канальном и сетевом, иногда захватывая и транспорт­ный уровень (маршрутизатор).
  

• 

  42 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Сетезависимые и сетенезависимые уровни
  В модели OSI различаются два основных типа протоколов.
  В протоколах с установлением соединения ( connection-oriented) 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.
  

• 

  43 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Сетезависимые и сетенезависимые уровни
  Вторая группа протоколов – протоколы без предварительного установления связи (connectionless).
  Отправитель просто пе­редает сообщение, когда оно готово.
  При взаимодействии ком­пьютеров используются протоколы обоих типов. Модель OSI касается только открытости средств взаимодей­ствия устройств, связанных в вычислительную сеть.
  Здесь под открытой системой понимается сетевое устройство, готовое взаимодействовать с другими сетевыми устройствами с исполь­зованием стандартных правил, определяющих формат, содержа­ние и значение принимаемых и отправляемых сообщений.
  

• 

  44 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Сетезависимые и сетенезависимые уровни
  Это дает следующие преимущества:
  • возможность построения сети из аппаратных и программ­ных средств различных производителей, придерживающих­ся одного и того же стандарта;
  • возможность безболезненной замены отдельных компонентов сети другими, бoлее совершенными, это позволяет сети развиваться с минимальными затратами;
  • возможность лёгкого сопряжения одной сети с другой;
  • простота освоения и обслуживания сети.
  

• 

  45 слайд

  Многоуровневые ИВС и эталонная модель взаимосвязи открытых систем
  Сетезависимые и сетенезависимые уровни
  Примером открытой системы является международная сеть Internet.
  Эта сеть развивалась в полном соответствии с требованиями, предъявляемыми к открытым системам.
  В разработке ее стандартов принимали участие тысячи специалистов-пользовате­лей этой сети из различных университетов, научных организа­ций и фирм-производителей вычислительной аппаратуры и про­граммного обеспечения, работающих в разных странах.
  

• 

  46 слайд

  Список литературы:
  Компьютерные сети. Н.В. Максимов, И.И. Попов, 4-е издание, переработанное и дополненное, «Форум», Москва, 2010.
  Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы, В. Олифер, Н. Олифер (5-е издание), «Питер», Москва, Санк-Петербург, 2016.
  Компьютерные сети. Э. Таненбаум, 4-е издание, «Питер», Москва, Санк-Петербург, 2003.
  Построение сетей на базе коммутаторов и маршрутизаторов / Н.Н. Васин, Национальный Открытый Университет «ИНТУИТ», 2016.
  Компьютерные сети : учебное пособие / А.В. Кузин, 3-е издание, издательство «Форум», Москва, 2011.
  
  

• 

  47 слайд

  https://studfiles.net/html/2706/999/html_prWXaDT0J0.iVML/img-hR7oUf.png
  
  https://studfiles.net/html/2706/610/html_1t7827cn0P.AOQ6/htmlconvd-5FjQl116x1.jpg
  https://bigslide.ru/images/51/50961/960/img12.jpg
  https://bigslide.ru/images/51/50961/960/img11.jpg
  https://1.bp.blogspot.com/-qptz15WfEJE/XDoN736gSvI/AAAAAAAAAU8/ESDrBE1iP-0vt5keIdxrnh_Y6ZpF2_2tQCLcBGAs/s1600/Hybrid-Network.jpg
  http://www.klikglodok.com/toko/19948-thickbox_default/jual-harga-allied-telesis-switch-16-port-gigabit-10-100-1000-unmanaged-at-gs900-16.jpg
  
  
  
  
  
  
  Список ссылок:
  

• 

  48 слайд

  Благодарю за внимание!
  Преподаватель: Солодухин Андрей Геннадьевич
  Электронная почта: asoloduhin@kait20.ru