Компьютерные сети сетевая топология

Компьютерная сеть Вычислительная сеть, сеть передачи данных система связи двух или более компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, принтеры, факсы, маршрутизаторы и другое оборудование).

Передача данных Передача данных перенос данных в виде двоичных сигналов средствами электросвязи, как правило, для последующей обработки средствами вычислительной техники. Передача данных может быть аналоговой или цифровой (то есть поток двоичных сигналов), а также модулирован посредством аналоговой модуляции, либо посредством цифрового кодирования.

Передача данных

Виды сетей Локальные сети (Local Area Networks) – позволяют объединить информационные ресурсы предприятия (файлы, принтеры, БД) для повышения эффективности применения вычислительной техники. Глобальные сети (Wide Area Networks) – позволяют обмениваться данными между отдельными сетями предприятий, удаленными на значительные расстояния.

Локальные сети Локальные сети служат для объединения рабочих станций, периферийных устройств, терминалов и других устройств. Характерные особенности локальной сети: Ограниченные географические пределы; Обеспечение пользователям доступа к среде с высокой пропускной способностью; Постоянное подключение к локальным сервисам; Физическое соединение рядом стоящих устройств.

Глобальные сети Глобальные сети служат для объединения локальных сетей и обеспечивают связь между компьютерами, находящимися в локальных сетях. Глобальные сети охватывают значительные географические пространства и обеспечивают возможность связать устройства на большом удалении друг от друга.

Типы сетей сеть коммутации каналов сеть с пакетной коммутацией.

Сеть коммутации каналов Сеть коммутации каналов используется в телефонных системах. Телефонная сеть создаёт канал связи от одной точки к другой, так что можно проследить путь, по которому голос путешествует из одной точки мира в другую. Такие сети имеют ограниченную пропускную способность и очень чувствительны к разрыву линий. Достоинством же такой системы является то, что при осуществлении звонка линия целиком принадлежит только вам, никто другой не может её у вас отнять.

Сеть с пакетной коммутацией В сети с пакетной коммутацией данные перед передачей разбиваются на части. В результате получается множество отдельных пакетов, или датаграмм, которые доставляются по отдельности через сеть к месту назначения. По прибытии к получателю пакеты повторно собираются в нужном порядке и создают исходное сообщение. В теории пакеты никогда не сбиваются с пути и путешествуют по наикратчайшему маршруту в обход заторов и обрывов. Кроме того, сеть пакетной коммутации может быть очень большой. Большее число пакетов лишь замедлит работу сети, но вы никогда не услышите в ней коротких гудков или сообщения «все каналы заняты». В таких сетях много времени уходит на нумерацию и сортировку пакетов, а также на ожидание подтверждений о получении. Здесь не гарантируется быстрая доставка данных, но сети с коммутацией пакетов устойчивы, просто расширяются и достаточно дешевы. Интернет – это сеть с пакетной коммутацией. Ее отличительной особенностью является высокая надежность. Если выходят из строя некоторые линии связи или компьютеры, то сообщения могут быть переданы по другим каналам, поскольку всегда имеется несколько путей передачи информации.

Протокол Протокол – это просто согласованный набор правил передачи данных между компьютерными системами.

Сетевая модель OSI Сетевая модель OSI (англ. Open Systems Interconnection Basic Reference Model) абстрактная сетевая модель для коммуникаций и разработки сетевых протоколов.

Сетевая модель теоретическое описание принципов работы набора сетевых протоколов, взаимодействующих друг с другом. Модель обычно делится на уровни, так, чтобы протоколы вышестоящего уровня использовали бы протоколы нижележащего уровня (точнее, данные протокола вышестоящего уровня бы передавались с помощью нижележащих протоколов - этот процесс называют инкапсуляцией, процесс извлечения данных вышестоящего уровня из данных нижестоящего - деинкапсуляцией).

Сетевые модели Модель OSI - эталонная модель теоретическая модель, описанная в международных стандартах и ГОСТах. Модель TCP/IP - практически использующаяся модель, принятая для работы в Интернете. Модель SPX/IPX - модель стека SPX/IPX. IPX/SPX (от англ. Internetwork Packet eXchange/Sequenced Packet eXchange) стек протоколов, используемый в сетях Novell NetWare. Протокол IPX обеспечивает сетевой уровень (доставку пакетов, аналог IP), SPX транспортный и сеансовый уровень (аналог TCP). Модель AppleTalk - модель для сетей AppleTalk (протоколы для работы сетей с оборудованием Apple) Модель Fibre Channel модель для высокоскоростных сетей Fibre Channel

Сетевой протокол Сетевой протокол - набор правил, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами. Наиболее распространённой системой классификации сетевых протоколов является так называемая модель OSI, в соответствии с которой протоколы делятся на 7 уровней по своему назначению - от физического (формирование и распознавание электрических или других сигналов) до прикладного (API для передачи информации приложениями (англ. Application Programming Interface)

Уровни модели OSI Модель состоит из 7-ми уровней, расположенных друг над другом. Уровни взаимодействуют друг с другом (по «вертикали») посредством интерфейсов, и могут взаимодействовать с параллельным уровнем другой системы (по «горизонтали») с помощью протоколов. Каждый уровень может взаимодействовать только со своими соседями и выполнять отведённые только ему функции.

Уровни модели OSI

Прикладной (Приложений) уровень Верхний (7-й) уровень модели, обеспечивает взаимодействие сети и пользователя. Уровень разрешает приложениям пользователя иметь доступ к сетевым службам, таким как обработчик запросов к базам данных, доступ к файлам, пересылке электронной почты. Также отвечает за передачу служебной информации, предоставляет приложениям информацию об ошибках и формирует запросы к уровню представления. Пример: FTP Finger DNS Gopher HTTP HTTPS IMAP IRC LDAP NTP NNTP POP3 RDP (Remote Desktop Protocol) SSH SMTP Telnet SNMP

Представительский (Уровень представления) Этот уровень отвечает за преобразование протоколов и кодирование/декодирование данных. Запросы приложений, полученные с уровня приложений, он преобразует в формат для передачи по сети, а полученные из сети данные преобразует в формат, понятный приложениям. На этом уровне может осуществляться сжатие/распаковка или кодирование/декодирование данных, а также перенаправление запросов другому сетевому ресурсу, если они не могут быть обработаны локально. Уровень 6 (представлений) эталонной модели OSI обычно представляет собой промежуточный протокол для преобразования информации из соседних уровней. Это позволяет осуществлять обмен между приложениями на разнородных компьютерных системах прозрачным для приложений образом. Уровень представлений обеспечивает форматирование и преобразование кода. Т.е., уровень 6 обеспечивает организацию данных при их пересылке. Другой функцией, выполняемой на уровне представлений, является шифрование данных, которое применяется в тех случаях, когда необходимо защитить передаваемую информацию от приема несанкционированными получателями. Чтобы решить эту задачу, процессы и коды, находящиеся на уровне представлений, должны выполнить преобразование данных. На этом уровне существуют и другие подпрограммы, которые сжимают тексты и преобразовывают графические изображения в битовые потоки, так что они могут передаваться по сети. Пример: XML-RPC SNMP FTP Telnet SMTP

Сеансовый уровень 5-й уровень модели отвечает за поддержание сеанса связи, позволяя приложениям взаимодействовать между собой длительное время. Уровень управляет созданием/завершением сеанса, обменом информацией, синхронизацией задач, определением права на передачу данных и поддержанием сеанса в периоды неактивности приложений. Синхронизация передачи обеспечивается помещением в поток данных контрольных точек, начиная с которых возобновляется процесс при нарушении взаимодействия. Пример: SSL

Транспортный уровень 4-й уровень модели предназначен для доставки данных без ошибок, потерь и дублирования в той последовательности, как они были переданы. При этом не важно, какие данные передаются, откуда и куда, то есть он предоставляет сам механизм передачи. Блоки данных он разделяет на фрагменты, размер которых зависит от протокола, короткие объединяет в один, а длинные разбивает. Протоколы этого уровня предназначены для взаимодействия типа точка-точка. Существует множество классов протоколов транспортного уровня, начиная от протоколов, предоставляющих только основные транспортные функции (например, функции передачи данных без подтверждения приема), и заканчивая протоколами, которые гарантируют доставку в пункт назначения нескольких пакетов данных в надлежащей последовательности, мультиплексируют несколько потоков данных, обеспечивают механизм управления потоками данных и гарантируют достоверность принятых данных. Некоторые протоколы сетевого уровня, называемые протоколами без установки соединения, не гарантируют, что данные доставляются по назначению в том порядке, в котором они были посланы устройством-источником. Некоторые транспортные уровни справляются с этим, собирая данные в нужной последовательности до передачи их на сеансовый уровень. Мультиплексирование (multiplexing) данных означает, что транспортный уровень способен одновременно обрабатывать несколько потоков данных (потоки могут поступать и от различных приложений) между двумя системами. Механизм управления потоком данных это механизм, позволяющий регулировать количество данных, передаваемых от одной системы к другой. Протоколы транспортного уровня часто имеют функцию контроля доставки данных, заставляя принимающую данные систему отправлять подтверждения передающей стороне о приеме данных. Пример: SPX TCP UDP (Unreliable/User Datagram Protocol) RDP (Reliable Data Protocol) RUDP (Reliable User Datagram Protocol) RTCP

Сетевой уровень 3-й уровень сетевой модели OSI предназначен для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и заторов в сети. На этом уровне работает такое сетевое устройство, как маршрутизатор. Протоколы сетевого уровня маршрутизируют данные от источника к получателю и могут быть разделены на два класса: протоколы с установкой соединения и без него. Описать работу протоколов с установкой соединения можно на примере работы обычного телефона. Протоколы этого класса начинают передачу данных с вызова или установки маршрута следования пакетов от источника к получателю. После чего начинают последовательную передачу данных и затем по окончании передачи разрывают связь. Протоколы без установки соединения, которые посылают данные, содержащие полную адресную информацию в каждом пакете, работают аналогично почтовой системе. Каждое письмо или пакет содержит адрес отправителя и получателя. Далее каждый промежуточный почтамт или сетевое устройство считывает адресную информацию и принимает решение о маршрутизации данных. Письмо или пакет данных передается от одного промежуточного устройства к другому до тех пор, пока не будет доставлено получателю. Протоколы без установки соединения не гарантируют поступление информации получателю в том порядке, в котором она была отправлена. За установку данных в соответствующем порядке при использовании сетевых протоколов без установки соединения отвечают транспортные протоколы. Пример: ICMP IPv4, IPv6 IPv4IPv6 IPX

Канальный уровень Этот уровень предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Полученные с физического уровня данные он упаковывает во фреймы, проверяет на целостность, если нужно исправляет ошибки (посылает повторный запрос поврежденного кадра) и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием. На этом уровне работают коммутаторы, мосты.коммутаторымосты Пример: Ethernet Token ring FDDI PPP, PPTP PPPPPTP

Физический уровень Самый нижний уровень модели предназначен непосредственно для передачи потока данных. Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и, соответственно, их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов. Другими словами, осуществляет интерфейс между сетевым носителем и сетевым устройством. На этом уровне работают концентраторы (хабы), повторители (ретрансляторы) сигнала и медиаконверторы. Функции физического уровня реализуются на всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом. К физическому уровню относятся физические, электрические и механические интерфейсы между двумя системами. Физический уровень определяет такие свойства среды сети передачи данных как оптоволокно, витая пара, коаксиальный кабель, спутниковый канал передач данных и т.п. Пример: ISDN RS-232

Сетевая топология Сетевая топология (от греч. τοπος, - место) описание конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств.греч.

Виды сетевой топологии физическая описывает реальное расположение и связи между узлами сети. логическая описывает хождение сигнала в рамках физической топологии. Информационная описывает направление потоков информации, передаваемых по сети. управления обменом это принцип передачи права на захват сети.

Виды сетевой топологии Существует множество способов соединения сетевых устройств, из них можно выделить 3 основных базовых топологий: шина, кольцо и звезда.шинакольцо звезда

Топология типа - Шина Топология типа шина, представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы на конце длинной линии, сопротивление которого равно волновому сопротивлению данной линии, для предотвращения отражения сигнала.

Топология типа - Шина Работа в сети Отправляемое рабочей станцией сообщение распространяется на все компьютеры сети. Каждая машина проверяет кому адресовано сообщение и если ей, то обрабатывает его. Для того, чтобы исключить одновременную посылку данных, применяется либо «несущий» сигнал, либо один из компьютеров является главным и «даёт слово» остальным станциям. При построении больших сетей возникает проблема ограничения на длину связи между узлами, в таком случае сеть разбивают на сегменты. Сегменты соединяются различными устройствами повторителями, концентраторами или хабами. Например, технология Ethernet позволяет использовать кабель длиной не более 185 метров.

Топология типа - Шина Достоинства Небольшое время установки сети; Дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств); Простота настройки; Выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети; Недостатки Любые неполадки в сети, как обрыв кабеля, выход из строя терминатора полностью уничтожают работу всей сети; Сложная локализация неисправностей; С добавлением новых рабочих станций падает производительность сети.

Топология типа - Шина Примеры Сегмент компьютерной сети, использующей коаксиальный кабель в качестве носителя и подключенных к этому кабелю рабочих станций. В этом случае шиной будет являться отрезок коаксиального кабеля, к которому подключены компьютеры.

Топология типа - Кольцо Кольцо базовая топология компьютерной сети, в которой рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутую сеть.

Топология типа - Кольцо Работа в сети В кольце, в отличие от других топологий (звезда, шина), не используется конкурентный метод посылки данных, компьютер в сети получает данные от стоящего предыдущим в списке адресатов и перенаправляет их далее, если они адресованы не ему. Список адресатов генерируется компьютером, являющимся генератором маркера. Сетевой модуль генерирует маркерный сигнал (обычно порядка 2-10 байт во избежание затухания) и передает его следующей системе (иногда по возрастанию MAC-адреса). Следующая система, приняв сигнал, не анализирует его, а просто передает дальше. Это так называемый нулевой цикл.звездашина Последующий алгоритм работы таков пакет данных, передаваемый отправителем адресату начинает следовать по пути, проложенному маркером. Пакет передаётся до тех пор, пока не доберётся до получателя.

Топология типа - Кольцо Достоинства Простота установки; Практически полное отсутствие дополнительного оборудования; Возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий. Недостатки Выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети; Сложность конфигурирования и настройки; Сложность поиска неисправностей;

Топология типа - Кольцо Применение Наиболее широкое применение получила в оптоволоконных сетях. Используется в стандартах FDDI, Token ring. оптоволоконныхFDDIToken ring

Топология типа - Звезда Звезда базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу, образуя физический сегмент сети. Сегмент сети логически или физически обособленная часть сети. Разбиение сети на сегменты осуществляется с целью оптимизации сетевого трафика и/или повышения безопасность сети в целом.

Топология типа - Звезда Работа в сети Рабочая станция, которой нужно послать данные, отсылает их на концентратор, а тот определяет адресата и отдаёт ему информацию. В определённый момент времени только одна машина в сети может пересылать данные, если на концентратор одновременно приходят два пакета, обе посылки оказываются не принятыми и отправителям нужно будет подождать случайный промежуток времени, чтобы возобновить передачу данных. Этот недостаток отсутствует на сетевом устройстве более высокого уровня - коммутаторе, который, в отличие от концентратора, подающего пакет на все порты, подает лишь на определенный порт - получателю. Одновременно может быть передано несколько пакетов. Сколько - зависит от коммутатора.

Топология типа - Звезда Достоинства выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом; хорошая масштабируемость сети; лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети; высокая производительность сети (при условии правильного проектирования); гибкие возможности администрирования. Недостатки выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом; для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий; конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном концентраторе.

Топология типа - Звезда Применение Одна из наиболее распространённых топологий, поскольку проста в обслуживании. В основном используется в сетях, где носителем выступает кабель витая пара.витая пара