Функциональные возможности сетей - раздел Философия, ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ
Польза От Использования Сетей Может Относиться К Разным Катег...
Польза от использования сетей может относиться к разным категориям.
Во-первых, прямое общение людей (коммуникация). При этом сеть используется как среда, передающая от одного человека другому набранный на клавиатуре текст, введенный с микрофона голос, полученное с видеокамеры изображение или и то, и другое, и третье. Сюда относятся электронная почта, различные системы для разговоров (чат-системы), системы типа ICQ, Internet Phone, видеоконференции, и многое другое. Естественно, для этого используется программное обеспечение, но оно играет чисто техническую роль приемопередатчика, подобно телефонному аппарату при разговоре по телефону.
Во-вторых, передача данных между программами и людьми. При этом на одной стороне информационного потока находится программный процесс, например, Система Управления Базами Данных (СУБД), а на другой – человек- пользователь. Человек, конечно, использует программы для доступа к СУБД, но эти программы так же, как в первом случае, играют чисто техническую роль. Однако СУБД уже выступает как полноправный участник передачи данных. Другим примером может служить сетевая файловая система, обеспечивающая доступ к файлам на другом компьютере. Такие программы, которые выполняют некоторые действия по собственной инициативе, а не по прямой команде от пользователя, будем называть активными программами или программными агентами.
В-третьих, передача данных между активными программами. В этом случае человек явно не участвует в процессе передачи данных. Например, система зеркалирования содержимого узлов Интернета, может выполняться автоматически через заданные промежутки времени или в соответствии с другими критериями. Надо понимать, что, в конце концов, результатами функционирования таких программ все равно будет пользоваться человек, и только ради этого они и созданы и запущены.
Отношения "человек-программа" функционально асимметричны: человек является либо поставщиком данных, либо их пользователем. Программы же либо просто хранят, либо преобразуют хранимую информацию.
Отношения сети и компьютера тоже асимметричны. Если компьютер может работать без сети, автономно, то сеть без компьютеров немыслима.
Определимся, что же такое компьютерная сеть. Под компьютерной сетью принято понимать совокупность компьютеров, соединяющих их каналов связи и дополнительного оборудования, предназначенная для обмена данными.
Тогда схема рис.1.1. немного преобразуется:
Рассмотрим по порядку, какими свойствами должна обладать компьютерная система, чтобы называться сетью.
Во-первых, для сети нужны компьютеры – как минимум, два. Будем называть эти компьютеры – узлами сети, или просто узлами. Можно также встретить термины "станция данных", "оконечная система". Принципиальных ограничений сверху на количество компьютеров в сети нет (однако для любой конкретной сетевой технологии такие ограничения всегда есть – либо ограничивается общее количество компьютеров, либо количество сегментов сети и компьютеров в них). Сети принято классифицировать не столько по размеру (количеству узлов), сколько по масштабу (охватываемой территории) – локальные, региональные и т.д.
Во-вторых, компьютеры должны быть соединены каналами передачи данных(КПД). Канал передачи данных состоит из линии передачи данных(ЛПД) и аппаратуры окончания канала данных (АОКД). За последним термином скрываются такие устройства, как, например, модем или сетевая карта. Для обозначения АОКД будем пользоваться современным термином "сетевой интерфейс". Часто для обеспечения функционирования сети оказывается необходимым использовать дополнительное оборудование – повторители, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и пр. Совокупность каналов передачи данных и дополнительного сетевого оборудования называется сетью передачи данных(СПД).
В-третьих, компьютеры должны быть оснащены сетевым программным обеспечением (СПО) – как правило, сетевой операционной системой (СОС) или сетевой надстройкой над обычной операционной системой. СПО, установленное на разных компьютерах может быть разным, но обязательно совместимым друг с другом – то есть реализовывать один набор протоколов передачи данных.
В-четвертых, хотя бы один компьютер должен предоставлять для общего пользования часть своих ресурсов – дисковое пространство, принтер, программы и т.д. Такой компьютер называется сервером. Кроме этого, все остальные узлы сети (клиенты), должны иметь возможность использовать ресурсы серверов. Ресурсы, предоставляемые в общее пользование сервером, будем называть разделяемыми ресурсами.
Четвертое свойство не всегда очевидно (например, в случае сети, используемой только для обмена электронной почтой, сложно выделить разделяемые ресурсы), однако обязательно присутствует (такими ресурсами для примера с электронной почтой могут выступать программа почтового сервера, дисковое пространство, отведенное для хранения сообщений, процессорное время, затрачиваемое на обработку почты).
В большинстве случаев, название разделяемого ресурса указывается в названии сервера: файловый сервер (ресурс – дисковые файлы), сервер печати (ресурс – принтеры), сервер приложений (ресурс – прикладные программы), сервер баз данных (ресурс – базы данных) и т.д.
Отметим, что перечисленные свойства отражают разные аспекты сущности компьютерной сети. Первые два свойства можно назвать структурными – они определяют, из каких элементов состоит сеть и как эти элементы связаны между собой. Третье свойство – программное, указывающее на необходимость специальных программ, без которых элементы сети останутся разобщенными, даже будучи физически связанными. Наконец, четвертое свойство – прагматическое, оно содержит указание на то, что цель создания сети лежит не в ней самой, а той пользе, которую сеть может принести.
Все темы данного раздела:
Сети разного масштаба
Организация сети и ее структура непосредственно зависят от используемых компьютеров и расстояний между ними. Наиболее очевидны различия в организации сетей разных масштабов. Принято различать сети:
Среды передачи данных
Передача данных может происходить по кабелю (в этом случае говорят об ограниченной или кабельной среде передачи) и с помощью электромагнитных волн той или иной природы – инфракрасны
Режимы передачи данных
Сети делятся на два класса, различающиеся способом использования канала передачи данных: сети с селекцией данных и маршрутизацией данных.
В сетях с селекцией данных
Способы коммутации
Коммутация является необходимым элементом связи узлов между собой, позволяющим сократить количество необходимых линий связи и повысить загрузку каналов связи. Практически невозможно
Архитектура СПО
Наиболее существенным отличительным признаком сетевого программного обеспечения (СПО) является его принципиально распределенный характер: различные компоненты должны выполняться на
Основные модели взаимосвязи открытых систем
Международная организация по стандартизации (МОС, International Standardization Organization, ISO) предложила в 1978 г. эталонную модель взаимодействия открытых систем
Эталонная модель ВОС
При разработке модели ВОС выделение уровней базировалось на следующих принципах:
- каждый уровень должен выполнять отдельную функцию,
- поток информации между уров
Аналоговая модуляция
Поскольку сети связывают цифровые компьютеры, по каналу связи необходимо передавать дискретные данные. Соответственно, при использовании аналоговых сигналов необходимо некоторое пре
Протоколы, поддерживаемые модемами
Все модемные протоколы можно разделить на международные и фирменные. Часто фирменный протокол, разработанный той или иной компанией, реализуют и другие производители модемов, он ста
Режимы передачи
Режим передачи определяет способ коммуникации между двумя узлами. При симплексном (simplex) режиме приемник и передатчик связывается линией связи, по которой информ
Асинхронная, синхронная, изохронная и плезиохронная передача
Для последовательной передачи данных достаточно одной линии, по которой могут последовательно передаваться биты данных. Приемник должен уметь распознавать, где начинается и где зака
ЦИФРОВЫЕ КАНАЛЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Биты данных могут передаваться в виде аналоговых или цифровых сигналов. Для передачи информации обычно используется одна из характеристик сигнала: амплитуда, частота, фаза. При испо
Витая пара
В настоящее время среди сетевых кабелей наиболее распространена витая пара, представляющая собой пару переплетенных проводов. При этом вряд ли вы получите работающую витую пару, взя
Коаксиальный кабель
Коаксиальный кабель состоит из двух концентрических проводников, разделенных слоем диэлектрика. Внешний проводник при этом экранирует внутренний. Такой кабель меньше, чем витая пара
Волоконно-оптический кабель
Помимо металлических проводников, при построении сетей используются также и стеклянные (точнее, кварцевые) – волоконно-оптические кабели, передающие данные посредством световых волн. Сердечник тако
Инфракрасные волны
Инфракрасные каналы работают в диапазоне высоких частот вплоть до 1000 ГГц, где сигналы мало подвержены влиянию электромагнитных помех, следовательно, передача данных может осуществляться на высоко
Радиоволны, широкополосные сигналы
Организация радиоканала, как правило, осуществляется в диапазонах частот около 900 МГц, 2.4 ГГц и 5.7 ГГц. Для работы в этих диапазонах в США не требуется никакого лицензирования (в
Спутниковая связь
В зависимости от высоты орбиты, спутники делятся на геостационарные и низкоорбитальные.
Cпутники, находящиеся на высоте около 36 тыс. км над экватором, согласно третьему за
Сотовая связь
Сотовая связь основана на применении кабельных и беспроводных каналов на тех участках, где они могут проявить свои сильные стороны. Базовая структура сети создается на основе высоко
Количество информация и энтропия
Источник информации, который может в каждый момент времени находиться в одном из возможных состояний, называется дискретным источником информации. Будем называть конечное множество
Свойства энтропии
1. Энтропия является неотрицательной вещественной величиной. Это так, поскольку вероятность лежит в интервале от 0 до 1, ее логарифм отрицателен, а значение –pilog p
Качество обслуживания
Качество обслуживания (Quality of Service, QoS) сетью потребителя ее услуг определяется, в основном, производительностью и надежностью. Производительность характеризуется следующими
Кодирование информации
При передаче цифровой информации с помощью цифровых сигналов применяется цифровое кодирование, управляющее последовательностью прямоугольных импульсов в соответствии с последователь
Логическое кодирование
Некоторые разновидности цифрового кодирования очень чувствительны к характеру передаваемых данных. Например, при передаче длинных последовательностей логических нулей посредством по
Самовосстанавливающиеся коды
Одним из средств борьбы с помехами являются самовосстанавливающиеся(корректирующие) коды, позволяющие не только обнаружить, но и исправить ошибки при приеме.
Систематические коды
Другой подход к построению кодов – разделение разрядов кода на информационные и контрольные. Такие коды называются систематическими. Пусть всего в коде n разрядов, из них k – информ
Алгоритмы сжатия данных
В общем смысле под сжатием данных понимают такое их преобразование, что его результат занимает меньший объем памяти. При этом (по сравнению с исходным представлением) экономится пам
Алгоритм RLE
Самый простой из словарных методов – RLE (Run Length Encoding, кодирование переменной длины) умеет сжимать данные, в которых есть последовательности повторяющихся байтов. Упакованны
Алгоритм Лемпела-Зива
Наиболее широко используются словарные алгоритмы из семейства LZ, чья идея была описана Лемпелом и Зивом в 1977 году. Существует множество модификаций этого алгоритма, отличающихся
Кодирование Шеннона-Фано
Методы эффективного кодирования сообщений для передачи по дискретному каналу без помех, предложенные Шенноном и Фано, заложили основу статистических методов сжатия данных. Код Шенно
Алгоритм Хаффмана
Алгоритм Хаффмана гарантирует однозначное построение кода с наименьшим для данного распределения вероятностей средним числом символов кода на символ сообщения. На первом шаге подсчи
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ
Локальные сети расположены на небольшой площади – комната, здание, несколько соседних зданий. Максимальное расстояние между компьютерами – несколько сотен метров. Количество компьют
Маркерные методы доступа
Метод передачи маркера относится к селективным детерминированным одноранговым методам доступа. Сети с шинной топологией, использующие передачу маркера, называются сетями типа “марке
Стандарты группы IEEE 802
Комитет 802 института IEEE был создан в 1980 году с целью выработки стандартов для локальных сетей. Результаты работы этого комитета (группа стандартов IEEE 802.x) легли в основу ме
Протокол управления логическим каналом IEEE 802.2
Стандарт 802.2 описывает работу подуровня LLC – логические процедуры передачи кадров и связь с сетевым уровнем. Стандарт определяет три типа обслуживания:
- LLC1 – без уста
Технология Ethernet
Технология Ethernet была разработана в исследовательском центре компании Xerox в середине 1970-х годов. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox выпустили вторую фирменную версию станда
Форматы кадров Ethernet
В сетях Ethernet могут применяться кадры четырех форматов:
- Ethernet II (Ethernet DIX)
- Ethernet 802.2
- Ethernet 802.3
- Ethernet SNAP.
Технология Token Ring
Технология Token Ring (маркерное кольцо) была разработана фирмой IBM в конце 1970-х годов. Спецификации IEEE 802.5 практически повторяют фирменные спецификации, отличаясь лишь в нек
Маркерный метод доступа
Token Ring – это наиболее распространенная технология локальной сети с передачей маркера. В таких сетях циркулирует (передается станциями друг другу в определенном порядке) специаль
Система приоритетного доступа
Сети Token Ring гарантируют, что каждая станция будет получать право на передачу данных не реже, чем раз в установленный интервал времени. Кроме того, используется система приоритет
Оборудование Token Ring
Концентратор Token Ring (MSAU) представляет собой набор блоков TCU (Trunk Coupling Unit – блок подключения к магистрали), к которым отдельными радиальными кабелями (lobe cabling) по
Технология FDDI
Спецификация FDDI (Fiber Distributed Data Interface, оптоволоконный интерфейс распределения данных) разработана и стандартизована институтом ANSI (в 1986-1988 гг. – группа X3T9.5, п
ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ
10.1. Технология Fast Ethernet 100Мбит/с
В 1995 году комитет IEEE 802.3 принял стандарт IEEE 802.3u (дополнительные главы к стандарту IEEE
Технология 100VG-AnyLAN
Комитет IEEE 802.12 в 1995 году принял технологии 100VG-AnyLAN, использующую новый метод доступа Demand Priority (приоритет запросов) и поддерживает кадры двух форматов – Ethernet и
Сетевые адаптеры
Сетевой адаптер (с драйвером) реализуют физический уровень и подуровень MAC канального уровня. Основная функция сетевого адаптера – передача и прием кадров между компьютером и средо
Концентраторы
Основная функция концентратора – повторение каждого полученного сигнала на всех (для Ethernet) или на некоторых портах. Соответственно, наиболее общее название для такого рода устро
Коммутаторы
Коммутатор (switch) функционально представляет собой высокоскоростной многопортовый мост, способный одновременно связывать несколько узлов на максимальной скорости, обеспечиваемой с
Алгоритм покрывающего дерева
Алгоритм покрывающего дерева (Spanning Tree Algorithm, STA) описан в стандарте IEEE 802.1D и позволяет ликвидировать петли в сети (если в сети есть кольцевые маршруты, это может при
Составные сети
Сеть рассматривается как совокупность нескольких сетей и называется составной сетью или интерсетью (internetwork, internet), а ее части – п
Принципы маршрутизации
Маршрутизатор, как и, например, мост, имеет несколько портов и должен для каждого поступающего пакета решить – отфильтровать его или передать на какой-то другой порт.
Как и
Протокол IP
Протокол IP (Internet Protocol, Протокол межсетевого взаимодействия) описан в RFC 791. Основная функция протокола IP – передача пакетов между узлами, принадлежащими к разным подсетя
Фрагментация IP-пакетов
На пути пакета от отправителя к получателю могут встречаться локальные и глобальные сети разных типов с разными допустимыми размерами полей данных кадров канального уровня (Maximum
Протокол ARP
Протокол ARP (Address Resolution Protocol, Протокол Разрешения Адресов) описан в RFC 826.
При передаче пакетов внутри локальных сетей протоколы канального уровня пользуются
Протокол ICMP
Протокол ICMP (Internet Control Message Protocol, Протокол Управляющих Сообщений Интернет) описан в RFC 792.
Он используется для сообщений об ошибках или нештатных ситуация
Протокол UDP
Протокол UDP (User Datagram Protocol, Протокол пользовательских дейтаграмм) описан в RFC 768. Он предоставляет прикладным процессам простейшие услуги транспортного уровня. Две основ
Протокол TCP
Протокол TCP (Transmission Control Protocol, Протокол управления передачей) описан в RFC 793. Он обеспечивает надежную передачу потока данных, используя сервис передачи дейтаграмм п
Служба DNS
Служба именования доменов (DNS, Domain Name System) описана в RFC и предназначена для установления глобального соответствия между символическими имена узлов и их IP-адресами. На ран
Протокол сетевого управления SNMP
Учитывая важность функции управления, для этих целей создано два протокола SNMP(simple network management protocol, RFC 1157, 1215, 1187, 1089 разработан в 1988 году) и CMOT (common
Технология X.25
Глобальные сети X.25 основаны на коммутации пакетов, и долгое время являлись единственными сетями с коммутацией пакетов, гарантирующими готовность. Структурно сеть X.25 состоит из
Технология Frame Relay
Сети с ретрансляцией кадров(Frame Relay) представляют собой сети с коммутацией пакетов, ориентированные на цифровые линии связи со скоростью до 2 Мбит/с. Frame Rela
Структура кадра Frame Relay
…
…
N-3
N-2
N-1
N
Плезиохронная цифровая иерархия
Плезиохронная цифровая иерархия (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH) разработана корпорацией AT&T (Bell Labs) в 1960-х годах для передачи множества потоков оцифрованной голос
Синхронная цифровая иерархия
Синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy) разработана компанией Bellcore в 1980-х годах (под названием “Синхронные оптические сети” – Synchronous Optical NETs, SO
Интерфейсы ISDN
Абонент получает услуги ISDN на терминальном оборудовании (TE, Terminal Equipment): компьютере, телефонном аппарате, факсимильном аппарате, мини-АТС, маршрутизаторе
Основные принципы технологии ATM
Технология Асинхронного режима доставки(АРД, ATM, Asynchronous Transfer Mode) разрабатывалась как единый универсальный транспорт для передачи разнородного трафика п
Стек протоколов ATM
Стек протоколов соответствует нижним уровням модели ВОС и включает три уровня:
- Физический уровень (Physical layer) определяет способы передачи в зависимости от среды. Физ
Уровень адаптации AAL
Уровень адаптации содержит подуровень сборки и сегментации (SAR, Segmentation And Reassembly) и подуровень конвергенции (CS, Convergence Sublayer).
ТЕХНОЛОГИИ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ
Программы, работающие в сети и совместно решающие ту или иную задачу, часто бывает удобно считать частями одного приложения. Такое приложение называют распределенным. Распределенным
Удаленный вызов процедур
Удаленный вызов процедур (remote procedure call, RPC) – это технология взаимодействия прикладных программ, выполняющихся на разных узлах, разработанная корпорацией Sun Microsystems
Новости и инфо для студентов