Лекции по "Коммуникациям и связи"

Активные требуют энергию, которую  используют для восстановления и  усиления сигнала.

Интеллектуальные концентраторы  могут предоставлять такие сервисы, как переключение пакетов (packet switching) и перенаправление трафика (traffic riuting).

 

4.1.4  Мосты

Мост (bridge) представляет собой устройство, используемое для соединения сетевых сегментов. Мосты можно рассматривать как усовершенствование повторителей, так как они уменьшают загрузку сети: мосты считывают адрес сетевой карты (MAC address) компьютера-получателя из каждого входящего пакета данных и просматривают специальные таблицы, чтобы определить, что делать с пакетом.

Мост функционирует на канальном  уровне сетевой модели OSI.

Мост функционирует как повторитель, он получает данные из любого сегмента, но он более разборчив, чем повторитель. Если получатель находится в том же физическом сегменте, что и мост, то мост знает, что пакет больше не нужен. Если получатель находится в другом сегменте, мост знает, что пакет надо переслать.

Эта обработка позволяет уменьшить  загрузку сети, поскольку сегмент  не будет получать сообщений, которые  к нему не относятся.

Мосты могут соединять сегменты, которые используют разные типы носителей (10BaseT, 10Base2), а также с разными схемами доступа к носителю (Ethernet, Token Ring).

 

4.1.5  Маршрутизаторы

Маршрутизатор (router) представляет собой сетевое коммуникационное устройство, работающее на сетевом уровне сетевой модели, и может связывать два и более сетевых сегментов (или подсетей).

Он функционирует подобно мосту, но для фильтрации трафика он использует не адрес сетевой карты компьютера, а информацию о сетевом адресе, передаваемую в относящейся к  сетевому уровню части пакета.

После получения этой информации маршрутизатор  использует таблицу маршрутизации, чтобы определить, куда направить пакет.

Существует два типа маршрутизирующих устройств: статические и динамические. Первые используют статическую таблицу  маршрутизации, которую должен создавать  и обновлять сетевой администратор. Вторые – создают и обновляют свои таблицы сами.

Маршрутизаторы могут уменьшить  загрузку сети, увеличить пропускную способность, а также повысить надежность доставки данных.

Маршрутизатором может быть как  специальное электронное устройство, так и специализированный компьютер, подключенный к нескольким сетевым сегментам с помощью нескольких сетевых карт.

Он может связывать несколько  небольших подсетей, использующих различные  протоколы, если используемые протоколы  поддерживают маршрутизацию. Маршрутизируемые протоколы обладают способностью перенаправлять пакеты данных в другие сетевые сегменты (TCP/IP, IPX/SPX). Не маршрутизируемый протокол – NetBEUI. Он не может работать за пределами своей собственной подсети.

 

4.1.6  Шлюзы

Шлюз (gateway) представляет собой метод осуществления связи между двумя и более сетевыми сегментами. Позволяет взаимодействовать несходным системам в сети (Intel и Macintosh).

Другой функцией шлюзов является преобразование протоколов. Шлюз может получить протокол IPX/SPX, направленный клиенту, использующему протокол TCP/IP, на удаленном сегменте. Шлюз преобразует исходный протокол в требуемый протокол получателя.

Шлюз функционирует на транспортном уровне сетевой модели.

 

4.2  Типы сетевой топологии

 

Под топологией сети понимается описание ее физического расположения, то есть то, как компьютеры соединены в сети друг с другом и с помощью каких устройств входят в физическую топологию.

Существует четыре основных топологии:

• Bus (шина);
• Ring (кольцо);
• Star (звезда);
• Mesh (ячейка).

 

4.2.1  Шина

Физическая топология шина, именуемая  также линейной шиной, состоит из единственного кабеля, к которому присоединены все компьютеры сегмента (рис. 4.1).

Сообщения посылаются по линии всем подключенным станциям вне зависимости  от того, кто является получателем. Каждый компьютер проверяет каждый пакет в проводе, чтобы определить получателя пакета. Если пакет предназначен для другой станции, то компьютер отвергает его. Если пакет предназначен данному компьютеру, то он получит и обработает его.

 

Рисунок 4.1 – Топология «шина»

 

Главный кабель шины, известный как  магистраль, имеет на обоих концах заглушки (терминаторы) для предотвращения отражения сигнала. Обычно в сетях  с шинной топологией используется два  типа носителя: толстый и тонкий Ethernet.

Недостатки:

• трудно изолировать неполадки станции или другого сетевого компонента;
• неполадки в магистральном кабеле могут привести к выходу из строя всей сети.

 

 

 

4.2.2  Кольцо

Топология Ring (кольцо) используется в основном в сетях Token Ring и FDDI (волоконно-оптических).

В физической топологии «кольцо» линии  передачи данных фактически образуют логическое кольцо, к которому подключены все компьютеры сети (рис. 4.2).

 

Рисунок 4.2 – Топология «кольцо»

 

Доступ к носителю в кольце осуществляется посредством маркеров (token), которые пускаются по кругу от станции к станции, давая им возможность переслать пакет, если это нужно. Компьютер может посылать данные только тогда, когда владеет маркером.

Так как каждый компьютер при этой топологии является частью кольца, он имеет возможность пересылать любые полученные им пакеты данных, адресованные другой станции.

Недостатки:

• неполадки на одной станции могут привести к отказу всей сети;
• при переконфигурации любой части сети необходимо временно отключать всю сеть.

 

4.2.3  Звезда

В топологии Star (звезда) все компьютеры в сети соединены друг с другом с помощью центрального концентратора (рис. 4.3).

Все данные, которые посылает станция, направляются прямо на концентратор, который пересылает пакет в направлении получателя.

В этой топологии только один компьютер  может посылать данные в конкретный момент времени. При одновременной  попытке двух и более компьютеров  переслать данные, все они получат  отказ и будут вынуждены ждать  случайный интервал времени, чтобы повторить попытку.

Эти сети лучше масштабируются, чем  другие сети. Неполадки на одной  станции не выводят из строя всю  сеть. Наличие центрального концентратора  облегчает добавление нового компьютера.

Недостатки:

• требует больше кабеля, чем остальные топологии;
• выход из строя концентратора выведет из строя весь сегмент сети.

 

Рисунок 4.3 – Топология «звезда»

 

 

4.2.4  Mesh

Топология Mesh (ячейка) соединяет все компьютеры попарно (рис. 4.4).

Рисунок 4.4 – Топология «ячейка»

 

Сети Mesh используют значительно большее количество кабеля, чем другие топологии. Эти сети значительно труднее устанавливать. Но эти сети устойчивы к сбоям (способны работать при наличии повреждений).

 

4.2.5  Смешанные топологии

На практике существует множество  комбинаций главных сетевых топологий. Рассмотрим основные из них.

 

Star Bus

Смешанная топология Star Bus (звезда на шине) объединяет топологии Шина и Звезда (рис. 4.5).

Star Ring

Топология Star Ring (звезда на кольце) известна также под названием Star-wired Ring, поскольку сам концентратор выполнен как кольцо.

Эта сеть идентична топологии «звезда», но на самом деле концентратор соединен проводами как логическое кольцо.

Также как и в физическом кольце, в этой сети посылаются маркеры для определения порядка передачи данных компьютерами.

 

Рисунок 4.5 – Топология «звезда  на шине»

 

 

Hybrid Mesh

Поскольку реализация настоящей топологии  Mesh в крупных сетях может быть дорогой, сеть топологии Hybrid Mesh может предоставить некоторые из существенных преимуществ настоящей сети Mesh.

В основном применяется для соединения серверов, хранящих критически важные данные (рис. 4.6).

 

Рисунок 4.6 – Топология «гибридная ячейка»

 

5  ГЛОБАЛЬНАЯ СЕТЬ ИНТЕРНЕТ

 

5.1 Теоретические основы Интернета

 

Ранние эксперименты по передаче и  приему информации с помощью компьютеров  начались еще в 50-х годах и имели  лабораторный характер. Лишь в конце 60-х годов на средства Агентства  Перспективных Разработок министерства обороны США была создана сеть национального масштаба. Она получила название ARPANET. Эта сеть связывала несколько крупных научных, исследовательских и образовательных центров. Ее основной задачей была координация групп коллективов, работающих над едиными научно-техническими проектами, а основным назначением стал обмен электронной почтой файлами с научной и проектно-конструкторской документацией.

Сеть ARPANET заработала в 1969 году. Немногочисленные узлы, входившие в нее в то время, были связаны выделенными линиями. Прием и передача информации обеспечивались программами, работающими на узловых компьютерах. Сеть постепенно расширялась за счет подключения новых узлов, а к началу 80-х годов на базе наиболее крупных узлов были созданы свои региональные сети, воссоздающие общую архитектуру ARPANET на более низком уровне (в региональном или локальном масштабе).

По-настоящему рождением Интернета принято считать 1983 год. В этом году произошли революционные изменения в программном обеспечении компьютерной связи. Днем рождения Интернета в современном понимании этого слова стала дата стандартизации протокола связи TCP/IP, лежащего в основе Всемирной сети по нынешний день.

TCP/IP — это не один сетевой  протокол, а несколько протоколов, лежащих на разных уровнях   сетевой модели OSI (это так называемый стек протоколов). Из них протокол TCP — протокол транспортного уровня. Он управляет тем, как происходит передача информации. Протокол IP— адресный. Он принадлежит сетевому уровню и определяет, куда происходит передача.

Протокол TCP.

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.

Для понимания  сути протокола TCP можно представить игру в шахматы по переписке, когда двое участников разыгрывают одновременно десяток партий. Каждый ход записывается на отдельной открытке с указанием номера партии и номера хода. В этом случае между двумя партнерами через один и тот же почтовый канал работает как бы десяток соединений (по одному на партию). Два компьютера, связанные между собой одним физическим соединением, могут точно так же поддерживать одновременно несколько TCP-соединений. Так, например, два промежуточных сетевых сервера могут одновременно по одной линии связи передавать друг другу в обе стороны множество TCP-пакетов от многочисленных клиентов.

Протокол IP.

Суть адресного протокола - IP (Internet Protocol) - состоит в том, что у каждого участника Всемирной сети должен быть свой уникальный адрес 
(IP-адрес). Без этого нельзя говорить о точной доставке TСР-пакетов на нужное рабочее место. Этот адрес выражается очень просто — четырьмя байтами, например: 195.38.46.11.

Поскольку один байт содержит до 256 различных  значений, то теоретически с помощью  четырех байтов можно выразить более  четырех миллиардов уникальных IР-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, но и это по современным меркам достаточно большая величина.

 

5.2 Работа со службами Интернета

 

Когда говорят о работе в Интернете  или об использовании Интернета, то на самом деле речь идет не об Интернете  в целом, а только об одной или  нескольких из его многочисленных служб. В зависимости от конкретных целей  и задач клиенты Сети используют те службы, которые им необходимы.

Разные службы имеют разные протоколы. Они называются прикладными протоколами. Их соблюдение обеспечивается и поддерживается работой специальных программ.

Чтобы воспользоваться какой-то из служб Интернета, необходимо установить на компьютере программу, способную работать по протоколу данной службы. Такие программы называют клиентскими или просто клиентами.

Так, например, для передачи файлов в Интернете используется специальный  прикладной протокол FTP (File Transfer Protocol). Соответственно, чтобы получить из Интернета файл, необходимо (см. рис. 5.1):

• иметь на компьютере программу, являющуюся клиентом FTP (FTP-клиент);
• установить связь с сервером, предоставляющим услуги FTP (FTP-сервером).

 

Рисунок 5.1 – Работа со службами Интернет

 

Другой пример: чтобы воспользоваться  электронной почтой, необходимо соблюсти протоколы отправки и получения  сообщений. Для этого надо:

• иметь программу (почтовый клиент);
• установить связь с почтовым сервером.

Так же обстоит дело и с другими  службами.

Основные службы сети Интернет представлены на рисунке 5.2.

 

Рисунок 5.2 – Основные службы сети Интернет

 

6  СЛУЖБЫ СЕТИ ИНТЕРНЕТ

 

6.1 Терминальный режим

 

Исторически одной из ранних является служба удаленного управления компьютером Telnet. Подключившись к удаленному компьютеру по протоколу этой службы, можно управлять его работой. Такое управление еще называют консольным или терминальным.