Модель взаимодействия открытых систем. Общая модель вычислительной сети определяет характеристики сети в целом и характеристики и функции входящих в нее основных компонентов.

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 была разработана 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.

В настоящее время модель взаимодействия открытых систем (ВОС) является наиболее популярной сетевой архитектурной моделью. Модель рассматривает общие функции, а не специальные решения, поэтому не все реальные сети абсолютно точно ей следуют. Модель взаимодействия открытых систем состоит из семи уровней (рис.).

Рис. Эталонная модель архитектуры открытых систем

7-й уровень – прикладной – обеспечивает поддержку прикладных процессов конечных пользователей. Этот уровень определяет круг прикладных задач, реализуемых в данной вычислительной сети. Он также содержит все необходимые элементы сервиса для прикладных программ пользователя. На прикладном уровне с помощью специальных приложений пользователь создает документ (сообщение, рисунок и т. п.).

6-й уровень – представительный – определяет синтаксис данных в модели, т.е. представление данных. Он гарантирует представление данных в кодах и форматах, принятых в данной системе. На уровне представления операционная система его компьютера фиксирует, где находятся созданные данные (в оперативной памяти, в файле на жестком диске и т. п.), и обеспечивает взаимодействие со следующим уровнем.

5-й уровень – сеансовый – реализует установление и поддержку сеанса связи между двумя абонентами через коммуникационную сеть. На сеансовом уровне компьютер пользователя взаимодействует с локальной или глобальной сетью. Протоколы этого уровня проверяют права пользователя на «выход в эфир» и передают документ к протоколам транспортного уровня.

4-й уровень – транспортный – обеспечивает интерфейс между процессами и сетью. На транспортном уровне документ преобразуется в ту форму, в которой положено передавать данные в используемой сети. Например, он может нарезаться на небольшие пакеты стандартного размера.

Пакет – группа байтов, передаваемых абонентами сети друг другу.

3-й уровень – сетевой – отвечает за маршрутизацию пакетов в коммуникационной сети и за связь между сетями – реализует межсетевое взаимодействие. Так, например, если на транспортном уровне данные были «нарезаны» на пакеты, то на сетевом уровне каждый пакет должен получить адрес, по которому он должен быть доставлен независимо от прочих пакетов.

2-й уровень – канальный (уровень соединения) – уровень звена данных – реализует процесс передачи информации по информационному каналу. Информационный канал – логический канал, он устанавливается между двумя ЭВМ, соединенными физическим каналом. Канальный уровень обеспечивает управление потоком данных в виде кадров, в которые упаковываются информационные пакеты, обнаруживает ошибки передачи и реализует алгоритм восстановления информации в случае обнаружения сбоев или потерь данных. Уровень соединения необходим для того, чтобы промодулировать сигналы, циркулирующие на физическом уровне, в соответствии с данными, полученными с сетевого уровня. Например, в компьютере эти функции выполняет сетевая карта или модем.

1-й уровень – физический – выполняет все необходимые процедуры в канале связи. Его основная задача – управление аппаратурой передачи данных и подключенным к ней каналом связи. Реальная передача данных происходит на физическом уровне. Здесь нет ни документов, ни пакетов, ни даже байтов — только биты, то есть, элементарные единицы представления данных. Восстановление документа из них произойдет постепенно, при переходе с нижнего на верхний уровень на компьютере клиента.

Глобальная сеть Интернет. Основные понятия

Интернет - совокупность узлов, объединенных между собой каналами связи. Каждый узел содержит коммутационное оборудование и один или несколько мощных серверов, работающих чаще всего под управлением операционной системы Unix. К узлам подключаются пользователи – локальные вычислительные сети (ЛВС) и отдельные клиенты.

Хост - узел Интернета.

Провайдер – организация - собственник узла; поставщик услуг Интернета.

Зеркало – сервер - копия другого популярного, но далеко расположенного сервера. Используется для снижения нагрузки в сети и повышения скорости передачи информации.

Прокси-сервер – компьютер, который используется для снижения нагрузки в сети и повышения быстродействия. На прокси-сервере непродолжительное время хранится информация, к которой пользователи проявляют повышенный интерес. Прокси-сервером может быть любая ЭВМ, на которую установлена программа прокси-сервер.

Шлюз – программно-аппаратное средство (устройство), соединяющее разнородные сети, действующие в соответствии с различными протоколами.

Брандмауэр – аппаратно-программное средство, которое предотвращает несанкционированный доступ (вход) в защищаемую сеть. Служит для защиты информации.

При обмене информацией в сети происходит взаимодействие между одноименными уровнями модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских ЭВМ. Такое взаимодействие должно выполняться по определенным правилам.

Протокол – набор правил, определяющий взаимодействие двух одноименных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских ЭВМ, то есть это совокупность правил, в соответствии с которыми компьютеры различных типов, оснащенные разнородными ОС, взаимодействуют между собой в сети.

Протокол – это не программа. Правила и последовательность выполнения действий при обмене информацией, определенные протоколом, должны быть реализованы в программе.

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

Основные типы протоколов Интернета:

1) базовые протоколы, отвечающие за физическую пересылку электронных сообщений любого типа между компьютерами Интернета (IP и TCP). Тесно связаны между собой, поэтому их обозначают единым термином «протокол TCP/IP».

Транспортный протокол TCP (Transmition Control Protocol) устанавливает связь между компьютерами и управляет передачей данных.. Согласно протоколу TCP, отправляемые данные «нарезаются» на небольшие пакеты, после чего каждый пакет маркируется таким образом, чтобы в нем были данные, необходимые для правильной сборки документа на компьютере получателя.

Адресный протокол IP (Internet Protocol) описывает способ разбиения данных на пакеты для передачи их по сети, а также способ адресации данных. Его суть состоит в том, что у каждого участника Всемирной сети должен быть свой уникальный адрес (IP-адрес). Этот адрес выражается четырьмя байтами, например: 195.38.46.11. По IP-адресу каждый компьютер, через который проходит какой-либо TСР-пакет, может определить, кому из ближайших «соседей» надо переслать пакет, чтобы он оказался «ближе» к получателю. В данном случае оценивается не географическая «близость». В расчет принимаются условия связи и пропускная способность линии. Два компьютера, находящиеся на разных континентах, но связанные высокопроизводительной линией космической связи, считаются более «близкими» друг к другу, чем два компьютера из соседних поселков, связанные простым телефонным проводом. Решением вопросов, что считать «ближе», а что «дальше», занимаются специальные средства — маршрутизаторы. Роль маршрутизатора в сети может выполнять как специализированный компьютер, так и специальная программа, работающая на узловом сервере сети.

Поскольку один байт содержит до 256 различных значений, то теоретически с помощью четырех байтов можно выразить более четырех миллиардов уникальных IP-адресов (2564 за вычетом некоторого количества адресов, используемых в качестве служебных). На практике же из-за особенностей адресации к некоторым типам локальных сетей количество возможных адресов составляет порядка двух миллиардов.

ПК не может работать в Интернете, если на нем не установлена поддержка протоколов TCP/IP.

2) прикладные протоколы более высокого уровня, отвечающие за функционирование специализированных служб Интернета: протокол http (передача гипертекстовых сообщений), протокол ftp (передача файлов), протокол telnet (удаленный доступ), протоколы электронной почты SMTP и POP3 и т.д.

Способы подключения к Интернету:

· удаленный доступ по коммутируемой (временной) телефонной линии;

· прямой доступ по выделенному (постоянному) каналу. В качестве выделенного канала используют коаксиальные кабели, радиорелейные линии, спутниковую связь.

В обоих случаях заключается договор с провайдером и осуществляется регистрация на его узле (получение сетевого имени и пароля).

Для работы в глобальной сети по аналоговым каналам и для связи удаленных компьютеров через телефонную линию используется модем.

Модем –– устройство, которое на стороне передатчика обеспечивает преобразование цифрового сигнала компьютера в модулированный аналоговый сигнал, а на стороне приемника выполняет обратное преобразование сигналов.

Скорость передачи информации измеряется в битах в секунду (килобитах в секунду и т.д.). Наименьшая системная единица измерения скорости передачи информации - 1 бит/с. Иногда используется неузаконенная внесистемная единица – бод. При скорости 1 бод в канал связи передается один импульс каждую секунду, т.е. один бит.

Передача каждого символа осуществляется с помощью 10 битов (8 битов требуется для передачи символа и 2 бита служебных –– стартовый и стоповый).

Локальная сеть. Основные понятия

Основное назначение любой компьютерной сети – предоставление информационных и вычислительных ресурсов подключенным к ней пользователям.

С этой точки зрения локальную вычислительную сеть можно рассматривать как совокупность серверов и рабочих станций.

Сервер – компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей определенными услугами. Серверы могут осуществлять хранение данных, управление базами данных, удаленную обработку заданий, печать заданий и ряд других функций. Сервер - источник ресурсов сети.

Рабочая станция - персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ее ресурсам. Рабочая станция сети функционирует как в сетевом, так и в локальном режиме. Она оснащена собственной операционной системой, обеспечивает пользователя всеми необходимыми инструментами для решения прикладных задач.

Особое внимание следует уделить одному из типов серверов – файловому серверу (File Server ). В распространенной терминологии для него принято сокращенное название – файл-сервер.

Файл-сервер хранит данные пользователей сети и обеспечивает им доступ к этим данным. Это компьютер с большой емкостью оперативной памяти, жесткими дисками большой емкости и дополнительными накопителями на магнитной ленте (стриммерами). Он работает под управлением специальной операционной системы, которая обеспечивает одновременный доступ пользователей сети к расположенным на нем данным. Файл-сервер выполняет следующие функции: хранение данных, архивирование данных, синхронизацию изменений данных различными пользователями, передачу данных.

Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных. Обработка данных в этом случае распределена между двумя объектами: клиентом и сервером.

Клиент – задача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети.
В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на сервер для выполнения сложных процедур, чтение файла, поиск информации в базе данных и т. д.

Сервер, определенный ранее, выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту.

Клиент обрабатывает полученные данные и представляет результаты обработки в виде, удобном для пользователя. В принципе обработка данных может быть выполнена и на сервере. Для подобных систем приняты термины – системы клиент-сервер или архитектура клиент-сервер.

Типы ЛВС

Архитектура клиент-сервер может использоваться как в одноранговых локальных вычислительных сетях, так и в сети с выделенным сервером.

1. Одноранговая сеть. В такой сети нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и нет единого устройства для хранения данных. Сетевая операционная система распределена по всем рабочим станциям.

Каждая станция сети может выполнять функции как клиента, так и сервера. Она может обслуживать запросы от других рабочих станций и направлять свои запросы на обслуживание в сеть.

Пользователю сети доступны все устройства, подключенные к другим станциям (диски, принтеры).

Достоинства одноранговых сетей: низкая стоимость и высокая надежность.

Недостатки одноранговых сетей:

· зависимость эффективности работы сети от количества станций;

· сложность управления сетью;

· сложность обеспечения защиты информации;

· трудности обновления и изменения программного обеспечения станций.

Наибольшей популярностью пользуются одноранговые сети на базе сетевых операционных систем LANtastic , NetWare Lite .

2. Сеть с выделенным сервером. В сети с выделенным сервером один из компьютеров выполняет функции хранения данных, предназначенных для использования всеми рабочими станциями, управления взаимодействием между рабочими станциями и ряд сервисных функций.

Сетевое программное обеспечение

На каждом компьютере, входящем в сеть, должна быть установлена сетевая операционная система. Все современные операционные системы (Novell, UNIX, Windows NT/98/2000) обеспечивают работу в локальных сетях.

Чтобы пользоваться ресурсами других компьютеров при включении компьютера в сеть необходимо, чтобы:

1) на компьютерах, ресурсы которых должны быть доступны всем пользователям сети, были установлены программные модули – серверы. Такие модули обычно входят в состав операционной системы. Задача серверов - обслуживание запросов на доступ к ресурсам своего компьютера;

2) на компьютерах, пользователи которых должны получить доступ к ресурсам других компьютеров, были установлены программные модули – клиенты. Они вырабатывают запросы и передают их на нужный компьютер. Сетевые адаптеры в системе клиент-сервер передают сообщения с запросами и ответами от одного компьютера к другому.