Архитектура компьютерных сетей

Назначение всех видов компьютерных сетей определяется двумя функциями:

· Обеспечение совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;

· Обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.

Так, например, все участники локальной сети могут совместно использовать одно общее устройство печати (сетевой принтер) или, например, ресурсы жестких дисков одного выделенного компьютера (файлового сервера). Это же относится и к программному, и к информационному обеспечению.

Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является:

· обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам;

· обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных.

Решение этой задачи относится к области стандартизации и основано на так называемой модели OSI (модель взаимодействия открытых систем – Model of Open System InterConnection). Она создана на основе технических предложений Международного института стандартов ISO (International Standards Organization).

(Макарова, стр.219)Архитектура вычислительной сети –описание ее общей модели.Открытая система – система, взаимодействующая с другими системами в соответствии с принятыми стандартами.

Согласно модели ISO/ OSI архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях (общее число уровней – до семи).

Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами. Они определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы). Физически функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства (интерфейсы) и программные средства (программы поддержки протоколов).

Самый верхний – прикладной. На этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Самый нижний уровень – физический. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.

Рис. Модель обмена данными в компьютерной сети

1. На Прикладном уровне (7 ой уровень) с помощью специальных приложений пользователь создает документ (сообщение, рисунок, аудиоданные и т.п). На этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Ответственна за этот уровень та прикладная программа, которая посылает сообщение, а служебная информация используется той прикладной программой, которая сообщение получает. Например, к прикладному уровню относится обработка сообщений электронной почты. Протоколы электронной почты: SMTP – отправка сообщений, POP3 – прием. { а также сервисы Интернета, как ftp, telnet, http, и т.п. протоколы прикладных сервисов. }

2. На уровне Представления (6-ой) ОС компьютера пользователя фиксирует, где находятся созданные данные (в оперативной памяти, в файле на жестком диске, и т.п.), и обеспечивает взаимодействие со следующим уровнем. Этот уровень задает формат представления данных в сообщении, их кодирование и сжатие, на этом будет основываться расшифровка данных принимающей стороной. Так, если в состав сети входят рабочие станции с разным внутренним представлением данных (например, ПК и мэйнфреймы), необходимо выполнить преобразование кодов символов. Кодировка текста ASCII, Unicode, графика RGB, видео AVI.

3. На Сеансовом уровне (5-ый) 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, реализует и поддерживает сеанс связи между двумя абонентами через коммуникационную сеть. Сеансовый уровень поддерживает и завершает сеанс связи.

4. На Транспортном уровне (4-ом) 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 друг другу. Транспортный уровень может выполнять разделение передаваемых сообщений на пакеты на передающем конце и сборку на приемном. Тран-спортный уровень представлен протоколами TCP и UDP (User Datagram Protocol). TCP протокол предназначен для контроля передачи и целостности передаваемой информации.

5. Сетевой уровень (3-ый) определяет маршрут движения данных в сети (протокол маршрутизации). 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. Он также отвечает за связь между сетями – реализует межсетевое взаимодействие. К этому уровню в системе протоколов относится протокол IP. Обычно эти функции выполняет сетевая ОС или сетевая оболочка.

6. Канальный (Уровень соединения) (2-ой) управляет линией передачи данных, управляет передачей пакетов в локальной сети. При помощи канальных протоколов проверяется наличие соединения между компьютерами. Канальный уровень необходим для того, чтобы промодулироватьсигналы, циркулирующие на физическом уровне, в соответствии с данными, полученными с сетевого уровня.Функции модулирования выполняет сетевая карта или модем. (Цифровая информация преобразовывается в аналоговую и наоборот). 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
(МГУ, 190) Протоколы из семейства протоколов ТСР / IP: SLIP или PP

7. Физический уровень(1-ый) реально передает данные. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Ответственным за этот уровень является аппаратное и программное обеспечение сетевого адаптера или модема. 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. (Характеристики физической среды: напряжение, сила тока, число контактов на разъемах)

Средства физического уровня лежат за пределами компьютера. В локальных сетях это оборудование самой сети. При удаленной связи с использованием телефонных модемов - это линии телефонной связи, коммуникационное оборудование телефонных станций и т.д.

Основными требованиями, которым должна удовлетворять организация ИВС, являются следующие:

1. Открытость – возможность подключения дополнительных абонентских ЭВМ, а также линий (каналов) связи без изменения технических и программных средств существующих компонентов сети.

2. Гибкость – сохранение работоспособности при изменении структуры в результате выхода их строя ЭВМ или линии связи.

3. Эффективность – обеспечение требуемого качества обслуживания пользователей при минимальных затратах.