Компоненты компьютерных сетей. Задачи проектирования компьютерных сетей.
Компьютерные сети представляют собой набор узлов – компьютеров и маршрутизаторов, которые объединяются линиями связи. Линии связи включают кабельные системы и сетевое оборудование. Для организации взаимодействия по сети используются прикладные сетевые программы, которые имеют клиент - серверную архитектуру(Web-серверы и браузеры, сетевые СУБД и т.д.) . Сетевые операционные системы используются для управления разделяемыми ресурсами сети и обеспечения безопасности(Unix, Linux, Windows). Сетевые программы обмениваются сообщениями по определенным стандартам, которые называются протоколами. Протокол представляет собой «язык» который должны понимать обе стороны.
К задачам проектирования КС относят следующие вопросы:
1. Проектирование на аппаратном уровне – выбор соответствующего сетевого оборудования проектирование и монтаж кабельной системы, настройка интеллектуального оборудования. Зависит от выбора стандартной технологии.
2. Выбор транспортных протоколов которые будут использоваться в сети и поддерживаться всеми узлами сети. Задачи маршрутизации. Адресация узлов сети. Настройка сетевых служб(WINS, DNS, DHCP, и т.д.).
3. Проектирование логической структуры сети(иерархическая – домен или одноранговая сеть, где все узлы равноправны). Обеспечение безопасности.
4. Проектирование пользовательских сетевых приложений (Почта, интернет, сетевые базы даных, файловые серверы и т.д. ).
Чтобы упростить решение задачи взаимодействия по сети, ее разбивают на несколько уровней. Каждый уровень отвечает за выполнение своих собственных функций. Уровни образуют иерархию в которой модуль любого уровня взаимодействует только с модулями соседних уровней. При этом нижележащие уровни предоставляют услуги вышележащим.
Интерфейс – это соглашение, которое определяет правила взаимодействия модулей двух соседних уровней .
При передаче данных по сети между двумя узлами выполняется обмен сообщениями между модулями их соответствующих уровней: например один уровень отвечает за установление и разрыв соединения, второй – за шифрование/дешифрование данных , а третий – это приложение, которое генерирует, принимает, анализирует сообщения.
Протокол описывает правила взаимодействия модулей одного уровня по сети. Протокол определяет порядок обмена сообщениями, виды и формат сообщений, выполняет проверку правильности доставки сообщений. Протокол представляет собой стандарт, которому должны следовать разработчики ПО для совместимости сетевых приложений разных производителей.
Стеком протоколов называют иерархически упорядоченный набор протоколов, каждый из которых необходим в процессе обмена данными по сети. Примеры стеков протоколов: TCP/IP, IPX\SPX, NetBeui.
В процессе передачи сообщения между протоколами соседних уровней, каждый модуль добавляет к сообщению свои управляющие данные и «заворачивает» данные в кадр, формат которого определен данным протоколом. Этот процесс называется инкапсуляцией данных. В узле – получателе данных выполняется обратный процесс.
В 1984 г. ряд организаций стандартизации разработал модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI или семиуровневую модель.
Модель OSI описывает следующие семь уровней :
Физический;
Канальный;
Сетевой;
Транспортный;
Сеансовый;
Представительный;
Физический.
Уровни расположены снизу вверх в порядке возрастания.
На физическом уровнеопределяются физические характеристики передающей среды, стандарты сетевых разъемов, тип и характеристики кабеля, способ представления двоичной информации при помощи электрических сигналов и т.д. Данные физического уровня представляют собой набор бит.
На канальном уровне определяется способ доступа к среде передачи данных и выполняется передача данных внутри сети с заданной топологией. Способ доступа к среде передачи данных определяет какая станция в какой момент времени может передавать данные в разделяемой среде(по общему куску кабеля, например). На канальном уровне формируется кадр данных. Отправитель и получатель определяются при помощи своего физического(MAC-) адреса, который зашит в сетевой карте производителем.
На сетевом уровне данные могут передаваться между сетями с заданной стандартной топологией. Адрес сетевого уровня содержат номер сети и номер узла в сети. Для определения оптимального маршрута между отправителем и получателем данных используется устройство – маршрутизатор. При помощи маршрутизатора выполняется также объединение подсетей.
На транспортном уровне выполняется передача данных с требуемой степенью надежности между приложениями. Если необходима надежная передача данных то выбирается протокол с предварительным установлением соединения, обеспечением подтверждения и проверкой правильности приема данных.
На сеансовом уровневыполняется управление диалогом: определяется какая станция является активной, поддерживается механизм контрольных точек(позволяет выполнить “откат” во время сеанса).
На представительном уровне выполняется преобразование данных без изменения их содержания(протоколы шифрования/ дешифрования).
На прикладном уровне пользователь получает доступ к сетевым службам(почта, интернет и т.д. )
