Локальные сети (LAN – Local Area Network). 1 страница

Глобальнаявычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на разных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети осуществляется на базе кабельных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи.

Региональнаявычислительная сеть связывает абонентов внутри большого города, экономического региона, страны. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки - сотни километров.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) включает абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. К классу локальных вычислительных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков и т.д. Протяженность такой сети обычно ограничена пределами 2 - 2,5 км.

Объединение глобальных, региональных и локальных вычислительных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии, обеспечивающие мощные средства обработки огромных информационных массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам. Локальные сети могут входить как компоненты в состав региональных и глобальных сетей и, наконец, глобальные сети могут образовывать сложные структуры.

Из глобальных наиболее популярной является сеть Internet. В ее состав входит множество свободно соединенных сетей, причем каждая внутренняя сеть может обладать собственной структурой и способами управления. Основными ячейками Internet являются локальные вычислительные сети.

Одним из важных критериев классификации сетей является классификация по модели взаимодействия.

Модель клиент - сервер.Под сервером понимают:

1.Узловой компьютер в сети, предоставляющий свои услуги и сервисы другим, т.е. выполняющий определенные функции по запросам пользователей сети.

2.Программа-сервер. Она устанавливается на компьютере-сервере.

Обслуживаемые компьютеры общаются с сервером посредством соответствующей клиент - программы, предназначенной для работы в паре с программой-сервером. Программа - клиент работает непосредственно на рабочей станции. Рабочая станция – это сетевой компьютер, с которого пользователь имеет доступ к сетевым сервисам и ресурсам.

Под клиентом понимаются:

1.Пользователь.

2.Прикладная программа, работающая в интересах пользователя для предоставления определённых услуг с сервера в какой-либо сети.

Клиент-сервер – это технология работы различных программ в сети. Программа, работающая по такой схеме, состоит их двух взаимодействующих частей: клиента и сервера. Сервер по командам клиента выполняет определенные действия, предоставляя услуги клиенту. То есть для предоставления услуг в такой схеме необходимы наличие и одновременная слаженная работа обеих указанных частей..

По уровню управления локальные сети делятся наодноранговые и двуранговые.

Файл-серверы. Файл-сервер обеспечивает взаимодействие между сетевыми станциями и дает пользователям доступ к файлам, которые необходимы им для работы. Кроме того, файл-сервер обычно ограничивает несанкционированный доступ к данным. Разница между файл-сервером и сервером приложений заключается в том, что первый хранит программы и данные, а второй выполняет программы и обрабатывает данные.

Почтовые серверы. Почтовые сервера занимаются входящими и исходящими сообщениями. Одна из задач почтового сервера - чтение адресов входящих сообщений и доставка корреспонденции в соответствующие почтовые ящики в пределах сети. В зависимости от развитости почтового сервера он может предоставлять администратору большую или меньшую степень контроля над локальными почтовыми ящиками, типами и размерами сообщений, которые они в состоянии получать, автоматическими ответами, которые можно составлять, и т. п.

Принт-серверы. Такие серверы позволяют всем подключенным к сети компьютерам распечатывать документы на одном или нескольких общих принтерах. В этом случае отпадает необходимость комплектовать каждый компьютер собственным печатающим устройством. Кроме того, принимая на себя все заботы о выводе документов на печать, принт-сервер освобождает компьютеры для другой работы. Например, принт-сервер хранит посланные на печать документы на своем жестком диске, выстраивает их в очередь и выводит на принтер в порядке очередности.

Серверы удаленного доступа. Эти системы позволяют связываться с офисной сетью по кабельным каналам связи и в беспроводных сетях. Находясь с ноутбуком где-нибудь вдали от офиса, всегда можно получить нужный файл, проверить, не пришла ли электронная почта, словом, получить любую необходимую информацию. При наличии хороших каналов связи разница между работой в офисе и вне его в этом случае практически незаметна.

Факс-серверы. Факс-сервер подобен упоминавшемуся ранее почтовому серверу. Оба эти типа серверов представляют собой мосты между исходящими и входящими сообщениями, оба должны направлять входящие сообщения по указанному адресу. В случае почтовых серверов - это всегда почтовый ящик конкретного пользователя. В случае факс-серверов подразумевается, что принимающий сообщение компьютер и является местом назначения, поэтому модель почтового ящика здесь не работает. С другой стороны, факс-серверы, предназначенные для корпоративного использования, имеют некоторые параллели с моделью сервера электронной почты, обеспечивая доставку входящих факсов по конкретным адресам, присвоенным пользователям.

Сервера Internet. Сюда относятся сервера глобальной сети, обеспечивающие размещение сервисов сети разного типа, а также сетевые службы, обеспечивающие функционирование Internet совместно с ЛВС. Основные из них рассматриваются ниже.

1.3.Назначение вычислительных сетей

Применение вычислительных сетей дает следующие преимущества:

совместное использование информации (например, файлов);

совместное использование аппаратных средств (например, принтера, модема и др.);

совместное использование программных ресурсов (например, программы типа клиент-сервер);

обеспечение единой политики безопасности для узлов сети (например, настройка безопасности рабочих станций на сервере при подключении локальной сети к Internet);

разграничение полномочий узлов сети (например, для распределения полномочий между различными подразделениями предприятия);

обеспечение защиты информации совместного использования (например, резервное копирование на стороне сервера);

обеспечение эффективных средств взаимодействия пользователей друг с другом, например, посредством электронной почты. Возможно проведение конференций, форумов и др.;

повышение надежности всей информационной системы, поскольку при отказе одной ЭВМ другая, резервная, может взять на себя ее функции и рабочую нагрузку.

2.АРХИТЕКТУРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ. ЭТАЛОННАЯ МОДЕЛЬ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ

2.1. Архитектура связей

Перемещение информации между компьютерами различных схем является чрезвычайно сложной задачей. В начале 1980 гг.

Международная Организация по Стандартизации –International Standards Organization (ISO) признала необходимость создания модели сети, которая могла бы помочь поставщикам вычислительных сетей создавать реализации взаимодействующих сетей с неоднородными устройствами. Эту потребность удовлетворяет эталонная модель взаимодействия открытых систем – Open System Interconnection reference model (OSI), выпущенная в 1984 и ставшая международным стандартом (часто её называют моделью ISO/OSI). Модель служит базой для производителей при разработке совместимого сетевого оборудования. Она 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.

Модель содержит 7 уровней. Основная идея модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль. Поэтому общая задача передачи данных формализуется и расчленяется на отдельные легко обозримые задачи. В процессе развития и совершенствования любой системы возникает потребность изменения отдельных компонентов, а так как интерфейсы между уровнями определены однозначно, можно изменить функции одного или нескольких из них, сохраняя возможность безошибочной работы сети в целом. В сетях происходит взаимодействие между одноименными уровнями модели в различных ЭВМ. Такое взаимодействие должно выполняться по определенным правилам, называемым протоколом.

Большинство сетей реализует все семь уровней. Однако в режиме потока информации некоторые реализации сетей пропускают один или более уровней. При этом функции отсутствующих уровней распределяются между другими уровнями. Два самых низших уровня OSI реализуются аппаратным и программным обеспечением; остальные пять высших уровней, как правило, реализуются программным обеспечением.

Справочная модель OSI описывает, каким образом информация проделывает путь через среду сети (например, провода) от одной прикладной программы до другой, находящейся в другом компьютере.

Задача каждого уровня - предоставление услуг вышележащему уровню, "маскируя" детали реализации этих услуг. При этом каждый уровень работает так, как будто он напрямую связан с таким же уровнем на другом компьютере. Эта логическая или виртуальная связь между одинаковыми уровнями представлена на рис.2. Физическая связь через среду передачи данных существует только на физическом уровне. Перед подачей в сеть данные разбиваются на пакеты. Пакет проходит от верхнего седьмого уровня (прикладной или уровень приложений) последовательно через все уровни программного обеспечения, и на каждом уровне к пакету добавляется некоторая управляющая (форматирующая или адресная) информация, называемая заголовком, необходимая для успешной передачи данных по сети. Модель ISO/OSI представлена на рис.1.

Рис.1.Модель ISO/OSI

На принимающей стороне пакет проходит через все уровни в обратном порядке. Каждый уровень анализирует и удаляет из пакета ту информацию, которую ему приготовил соответствующий уровень передающего компьютера. Когда информация поступит на прикладной уровень, данные примут первоначальный вид, уже воспринимаемый пользователем.

Эталонная модель OSI не является реализацией сети. Она только определяет функции каждого уровня, а конкретная реализация уровней в разных сетях может отличаться. Частично эта разница вызвана неспособностью любой спецификации учесть все возможные детали реализации. Кроме того, разные люди, реализующие один и тот же проект, всегда интерпретируют его немного по-разному. После того, как стали понятными основные особенности принципа деления на уровни модели OSI, можно приступить к обсуждению каждого отдельного уровня и его функций. Каждый уровень имеет заранее заданный набор функций, которые он должен выполнить для того, чтобы связь могла состояться.

2.2.Уровни модели ISO/OSI

Прикладной уровень.Прикладной уровень - это верхний, самый близкий к пользователю уровень OSI. Он предоставляет собой окно для доступа пользователя к сетевым сервисам, обеспечивает услуги, напрямую поддерживающие приложения пользователя, такие как программное обеспечение для передачи файлов, доступа к базам данных, электронная почта. Он отличается от других уровней тем, что не обеспечивает услуг ни одному из других уровней OSI; однако он обеспечивает ими прикладные процессы, лежащие за пределами масштаба модели OSI. Прикладной уровень идентифицирует и устанавливает наличие предполагаемых партнеров для связи, синхронизирует совместно работающие прикладные программы, а также устанавливает соглашение по процедурам устранения ошибок и управления целостностью информации. Прикладной уровень также определяет, имеется ли в наличии достаточно ресурсов для предполагаемой связи.

Представительный уровень. Представительный уровень отвечает за то, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой для прикладного уровня другой системы. При необходимости представительный уровень осуществляет трансляцию между множеством форматов представления информации путем использования общего формата представления информации. Он также занимается структурами данных, которые используют программы. Поэтому кроме трансформации формата фактических данных (если она необходима), представительный уровень согласует синтаксис передачи данных для прикладного уровня.

Сеансовый уровень. Устанавливает, управляет и завершает сеансы связи. Сеансы состоят из диалога между двумя или более объектами сети. Сеансовый уровень синхронизирует диалог между объектами представительного уровня и управляет обменом информации между ними. В дополнение к основной функции регулирования диалогов (сеансов) сеансовый уровень предоставляет средства для отправки информации, уведомления в исключительных ситуациях о проблемах сеансового, представительного и прикладного уровней. Выполняет функции идентификации и аутентификации.

Транспортный уровень. Поддерживает непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом процессами пользователей. Занимается передачей транспортных блоков между узлом-источником данных и узлом-адресатом. Транспортный уровень гарантирует доставку пакетов без ошибок, в той же последовательности, без потерь и дублирования. Транспортные блоки обычно являются более крупными порциями битов, чем пакеты. Поэтому они разбиваются на пакеты при передаче на сетевой уровень. На транспортном уровне решается ряд задач, не решенных на нижних уровнях - надежность передачи, управление потоком данных. Верхнему уровню транспортный уровень предоставляет виртуальное транспортное соединение для надежной передачи транспортных блоков. Типичным представителем транспортного уровня является один из важнейших протоколов сети Internet - протокол ТСР;

Граница между сеансовым и транспортным уровнями может быть представлена как граница между протоколами прикладного уровня и протоколами низших уровней. В то время как прикладной, представительный и сеансовый уровни заняты прикладными вопросами, четыре низших уровня решают проблемы транспортировки данных.

Сетевой уровень. Устанавливает связь между абонентами и осуществляет маршрутизацию пакетов в сети, т.е. передачу информации по определенному адресу. Основными функциями сетевого уровня являются:

передача пакетов между узлами, не связанными физическими каналами;

выбор маршрутов для передачи данных.

Сетевой уровень определяет скорость передачи по сети и контроль целостности данных, он служит интерфейсом между компьютерами и коммутаторами пакетов. Для маршрутизации данных в сети используется таблица маршрутизации. Это база данных, где описывается местонахождение возможных получателей пакетов. Используя такую таблицу, маршрутизатор в состоянии найти путь пакета для любого получателя в сети. Сетевой уровень контролирует поток данных при маршрутизации пакетов (трафик).

Это комплексный уровень, который обеспечивает возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным "подсетям", которые могут находиться в разных географических пунктах. В данном случае "подсеть" - это по сути независимый сетевой кабель (иногда называемый сегментом).

Канальный уровень. Канальный уровень (формально называемый информационно-канальным уровнем) обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, уведомления о неисправностях, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации. Функции физического и канального уровней в локальных сетях выполняют сетевые платы.

Физический уровень. Выполняет сопряжение со средой передачи данных и предоставляет канальному уровню виртуальный канал для передачи битов. Физический уровень определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют такие характеристики, как уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, физические соединители и другие аналогичные характеристики.

2.3.Концепции адресации в сетях

Наука об объединении сетей, как и другие науки, имеет свою собственную терминологию и научную базу. К сожалению, ввиду того, что эта наука очень молода, пока что не достигнуто единое соглашение о значении концепций и терминов объединенных сетей. По мере дальнейшего совершенствования индустрии объединённых сетей определение и использование терминов будут более четкими.

Существенным компонентом любой системы сети является определение местонахождения компьютерных систем. Существуют различные схемы адресации, используемые для этой цели, которые зависят от используемого семейства протоколов. Двумя важными типами адресов являются адреса канального уровня и адреса сетевого уровня. Адреса канального уровня (называемые также физическими или аппаратными адресами), как правило, уникальны для каждого сетевого соединения. У большинства локальных сетей адреса канального уровня размещены в схеме интерфейса (в сетевом адаптере), они назначаются той организацией, которая определяет стандарт протокола, представленный этим интерфейсом. Т.к. большинство компьютерных систем имеют одно физическое сетевое соединение, они имеют только один адрес канального уровня. Маршрутизаторы и другие системы, соединенные с множеством физических сетей, могут иметь множество адресов канального уровня. В соответствии с названием, адреса канального уровня существуют на втором уровне эталонной модели ISO.

Aдреса сетевого уровня (называемые также виртуальными или логическими адресами) существуют на третьем уровне эталонной модели OSI. В отличие от адресов канального уровня, которые обычно существуют в пределах плоского адресного пространства, адреса сетевого уровня обычно иерархические. Другими словами, они похожи на почтовые адреса, которые описывают местонахождение человека, указывая страну, штат, почтовый индекс, город, улицу, адрес на этой улице и имя.

Иерархические адреса делают сортировку адресов и повторный вызов более легкими путем исключения крупных блоков логически схожих адресов в процессе последовательности операций сравнения. Например, можно исключить все другие страны, если в адресе указана страна. Легкость сортировки и повторного вызова являются причиной того, что маршрутизаторы (роутеры) используют адреса сетевого уровня в качестве базиса маршрутизации.

2.4.Блоки данных, пакеты и сообщения

В литературе по распределённым вычислительным сетям в наименовании логически сгруппированных блоков информации, которая перемещается между компьютерными системами можно встретить термины "блок данных", "кадр", "пакет", "сообщение" и другие термины, которые в данном пособии следует сразу пояснить. В настоящей работе термин "блок данных" (frame) или "кадр" обозначает блок информации, источником и пунктом назначения которого являются объекты канального уровня. Термин "пакет" (packet) обозначает блок информации, у которого источник и пункт назначения - объекты сетевого уровня. Термин "сообщение" (message) oбoзначает информационный блок, у которого объекты источника и места назначения находятся выше сетевого уровня. Термин "сообщение" используется также для обозначения отдельных информационных блоков низших уровней, которые имеют специальное, хорошо сформулированное назначение. Ниже будет приведён формат кадра канального уровня при рассмотрении технологии Ethernet.

2.5. Понятие протоколов вычислительных сетей

Понятие протокола, вытекающее из эталонной модели OSI– это набор правил, определяющий взаимодействие двух одноименных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных сетевых ЭВМ.Функции протоколов различных уровней реализуются в драйверах для различных вычислительных сетей.

Современные сети построены по многоуровневому принципу. Чтобы организовать связь двух компьютеров, требуется сначала определить свод правил их взаимодействия, определить язык их общения, т.е. определить, что означают посылаемые ими сигналы и т.д. Эти правила и определения называются протоколами.

Протокол можно также рассматривать как совокупность определений (соглашений, правил), регламентирующих формат и процедуры обмена информацией между двумя или несколькими независимыми устройствами или процессами. Т.е. описание того, как программы, компьютеры или иные устройства должны действовать, когда они взаимодействуют друг с другом.

Протокольные определения охватывают диапазон от того, в каком порядке биты следуют по проводу, до формата сообщения электронной почты. Стандартные протоколы позволяют связываться друг с другом компьютерам различных производителей. Взаимодействующие компьютеры могут использовать различное программное обеспечение, но должны соблюдать принятое соглашение о том, как посылать и принимать данные.

Для работы сетей необходимо множество различных протоколов: например, управляющих физической связью, установлением связи по сети, доступом к различным ресурсам и т.д. Многоуровневая структура используется с целью упростить это огромное множество протоколов и отношений. Она позволяет также составлять сетевые системы из продуктов - модулей программного обеспечения, - выпущенных разными производителями.

2.6.Стеки протоколов

Набор протоколов, работающих одновременно и совместно в одной сети, называется стеком (stack) протоколов. Рассмотрим основные стеки, используемые в разных сетях.

Стек TCP/IP. Самым известным стеком протоколов является стек ТСР/IР (Transfer Communication Protocol/Internet Protocol)), который ведёт свою историю от сети

ARPAnet. Он получил своё название от пары протоколов: протокола IP сетевого уровня, который обеспечивает доставку данных между узлами, и протокола TCP транспортного уровня, который делает эту доставку надёжной. Помимо этих протоколов, стек TCP/IP включает и множество других. С TCP/IP работают десятки миллионов компьютеров во всём мире, на его основе работают всё больше внутренних сетей фирм, предприятий (Intranet). Далее в пособии подробно рассмотрены основные протоколы, обеспечивающие функционирование распределённых сетей.