Компьютерные системы и сети ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ И КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ Олизарович Евгений Владимирович ГрГУ им. Я.Купалы, 2012/2013

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети СТРУКТУРА И ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ Организация компьютерных сетей

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА - любая система (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), которая построена в соответствии с общедоступными спецификациями и стандартами, принятыми в результате публичного обсуждения всеми заинтересованными сторонами. Открытые системы

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Преимущества построения сетей с соблюдением принципов открытости: возможность построения сети из аппаратных и программных средств различных производителей, придерживающихся одного и того же стандарта; возможность безболезненной замены отдельных компонентов сети другими, более совершенными, что позволяет сети развиваться с минимальными затратами; возможность легкого сопряжения одной сети с другой; простота освоения и обслуживания сети. Самая большая открытая система – Интернет. Функционирует на основе открытых спецификаций (стандартов) - Request For Comments (RFC) / запрос на комментарии /. Открытые системы

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Эталонная модель взаимодействия открытых систем - ВОС (Open System Interconnection, OSI) определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень: 7. Прикладной уровень (Application layer) 6. Уровень представления(Presentation layer) 5. Сеансовый уровень (Session layer) 4. Транспортный уровень (Transport layer) 3. Сетевой уровень (Network layer) 2. Канальный уровень (Data Link layer) 1. Физический уровень (Physical layer) Открытые системы

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети СТЕК ПРОТОКОЛОВ - иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети. Стеки протоколов: TCP/IP, OSI, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, DECnet, SNA, AppleTalk/AFP Открытые системы

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Модель взаимодействия TCP/IP Открытые системы

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Открытые системы

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Открытые системы

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Открытые системы

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Открытые системы

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Открытые системы

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Сетевые взаимодействия

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Сетевые взаимодействия

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Виды адресации в компьютерных сетях: Аппаратный/физический адрес (МАС) – определяет направление передачи между устройствами, на канальном уровне. (00:14:A5:6D:38:46 ) (Сетевой адаптер, ОС, RAS) Сетевой адрес (IP, IPX) – определяет направление передачи между хостами и сетями, на сетевом уровне. ( ) (ОС, DHCP) Сокет (комбинация TCP порта и IP-адреса) – определяет уникальный адрес прикладной программы-клиента или сервера. ( :80 ). (ОС, rfc) Символьное имя (DNS, URI) – определяет удобное для человека именование сетевых устройств (pc.domen.com ), сервисов и ресурсов ( ) на прикладном уровне. (ОС, DNS) Адресация

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети ВИДЫ АДРЕСОВ: Уникальный адрес (unicast) – используется для адресации отдельных узлов; [ ef:05:fa:aa:00:21 ; ] Широковещательный адрес (broadcast) – данные доставляются всем узлам сети [ff:ff:ff:ff:ff:ff ; ] Групповой адрес (multicast) – данные передаются каждому из узлов, входящих в группу [ ] Адрес произвольной рассылки (anycast) – в версии IPv6 позволяет передавать данные не всей группе, а отдельным ее узлам. Адресное пространство – диапазон адресов, допустимый в рамках выбранной в сети схемы адресации Адресация

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Многоуровневая передача

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Пакетная передача в сети

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ Классификация компьютерных сетей

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Классификация сетей: - по масштабу: локальные и глобальные (распределенные), городские… - по архитектуре: Ethernet, Arcnet, SDH, ATM,... - по топологии (физическая, логическая) : полносвязная, ячеистая, шина, звезда, кольцо, смешанная. - по проводящей среде: кабельные и безкабельные, коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно, радиосвязь (радиорелейная, сотовая, спутниковая, WiFi, Bluetouch), инфракрасная, опто-воздушная, кабельное TV, силовая сеть. - по типу серверов (Windows, Unix, NW), - по способу информационного обслуживания (одноранговые сети, «облако», grid-сети, …), - … Информационно-коммуникационные сети Классификация компьютерных сетей

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Классификация сетей по организации и масштабу Локальные вычислительные сети (ЛВС, LAN) Распределенные сети (WAN) Городские сети (MAN) Корпоративные сети (провайдеры/операторы связи) Глобальные сети Грид-сети, кластеры, облако … Классификация по типу организации

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Ethernet (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet), ArcNet, TokenRing, FrameRelay, FDDI, ATM, SDH (SONET), Архитектуры точка-точка (xDSL, V.90, др.) Архитектура сети определяет совокупность технических и программных средств, алгоритмов и технологий организации физического и канального уровня, позволяющих организовать передачу фреймов между узлами сети. Классификация по архитектуре

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Классификация компьютерных сетей

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Классификация сетей по топологии Классификация по топологии

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Классификация сетей по топологии Классификация по топологии

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Классификация сетей по топологии Логические конфигурации сетей – кольцо, звезда, шина, реализованные в топологии «Звезда» Классификация по топологии

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Электрический сигнал в медном кабеле (UTP cat 5, 5e, 6; STP cat 6, 7, телефонная линия, электропитание ) Световой сигнал в волоконно-оптическом кабеле (ВОЛС Single Mode, Multi Mode) Электромагнитный сигнал в радиоэфире (GSM, Wi-Fi, WiMax, LTE, Bluetooth) Световой сигнал в воздушном пространстве (IrDA) Классификация по типу среды передачи Классификация сетей по типу среды передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Кабель «витая пара» Неэкранированная витая пара (UTP -Unshielded twisted pair): Категория 1, 1 пара, полоса частот до 0,1 МГц), - телефонная связь; Категория 2 (UTP cat 2), 2 пары, полоса частот до 1 МГц - передача данных до 4 Мбит/с, телефонная связь; Категория 3 (UTP cat 3), 4 пары, полоса частот до 16 МГц - передача данных до 10 Мбит/с (100Мбит/с), телефонная связь; Категория 5 (UTP cat 5), 4 пары, полоса частот до 100 МГц - передача данных до 100 Мбит/с (1000 Мбит/с); Категория 5е (UTP cat 5е), 4 пары, полоса частот до 125 МГц - передача данных до 1000 Мбит/с; Категория 6 (UTP cat 6), 4 пары, полоса частот до 250 МГц - передача данных до 1000 Мбит/с; Категория 6а (UTP cat 6а), 4 пары, полоса частот до 500 МГц - передача данных до 10 Гбит/с; Классификация по типу среды передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Виды металлических кабелей Неэкранированная витая пара (UTP -Unshielded twisted pair): патч-корд (patch-cord) Разъем RJ-45 Классификация по типу среды передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Виды металлических кабелей Неэкранированная витая пара (UTP -Unshielded twisted pair): Розетка RJ-45 (UTP) Классификация по типу среды передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Кабель «витая пара» Экранированная витая пара (S/FTP- (Screened Fully Shielded Twisted Pair): Категория 7 (cat 7), 4 пары, полоса частот до 700 МГц - передача данных до 10 Гбит/с, передача видеосигнала. Классификация по типу среды передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Виды металлических кабелей Коаксиальный кабель (coaxial) Классификация по типу среды передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Виды оптических кабелей: Оптические разъемы: Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС): Одномодовое волокно: Многомодовое волокно: FCLC Классификация по типу среды передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Классификация по типу среды передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Организация кабельных линий Классификация по типу среды передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Организация кабельных линий Классификация по типу среды передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Классификация по типу среды передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Классификация по способу организации совместного использования сетевых ресурсов. Одноранговая сеть По способу информационного обслуживания

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Классификация по способу организации совместного использования сетевых ресурсов. Сеть с выделенным сервером. По способу информационного обслуживания

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Классификация по способу организации совместного использования сетевых ресурсов. Смешанная сеть. По способу информационного обслуживания

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Гетерогенные сети Гетерогенные и мультисервисные сети

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Современные сети, как правило, строятся с использованием нескольких технологий и предназначены для решения множества разных задач. В состав больших сетей могут входить сегменты с различной архитектурой, различными серверными системами, различными клиентскими операционными системами. Такие сети называются гетерогенными. Мультисервисная сеть – сеть, которая используется не только для передачи данных, но и для телефонной связи, видеотрансляций и т.д. Гетерогенные и мультисервисные сети

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Методы доступа к среде

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Физический уровень выполняет передачу битов по физическим каналам, таким, как коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель. На этом уровне определяются характеристики физических сред передачи данных и параметров электрических сигналов. Канальный уровень обеспечивает передачу кадра данных между любыми узлами в локальных сетях или между двумя соседними узлами в распределенных сетях. В протоколах канального уровня заложена процедура передачи кадров между компьютерами и способы их адресации. Адреса, используемые на канальном уровне в локальных сетях, часто называют МАС-адресами. Уровни взаимодействия

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети На физическом уровне информация представляет собой поток битов. Задача физического уровня - доставить по среде передачи каждый бит информации без искажений. Функции физического уровня выполняются сетевыми адаптерами. Уровни взаимодействия

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Канальный уровень (data link layer) – обеспечивает «прозрачную» передачу пакетов сетевого уровня. Выполняет: Создание логического соединения между узлами ЛВС; Согласование параметров приемника и передатчика (скорость, формат и др.); Обеспечение надежной передачи кадров между узлами (обнаружение ошибок, коррекция ошибок, повторная передача). Пакеты данных, полученные от драйвера сетевого уровня, помещаются в один или несколько кадров (frame), состоящих из поля данных и заголовка. Размер кадра определяется особенностями архитектуры (Etnernet – байт, Token Ring -4500, ATM - 53 ). Протоколы канального уровня реализуются средствами сетевых адаптеров и их драйверов. Канальный уровень

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Канальный уровень: LLC (Logical Link Control) - протокол (подуровень) управления логическим каналом. MAC (Media Access Control) – протокол (подуровень) управления доступом к среде. Канальный уровень

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Gigabit Ethernet Fast Ethernet xDSL RadioEthernet ATM, MPLS, SDH Ethernet FastEthernet xDSL PPP (V.90) VPN (Internet) Канальный уровень

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Стандарты организации сетей: Международная организация по стандартизации (ISO ), Международный союз электросвязи (ITU), Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE 802.х ), Национальные стандарты (ГОСТ, СТБ, ANSI), Стандарты и спецификации специальных объединений (ISOC, RFC, IEC), Стандарты фирм (Cisco, IBM, …). Канальный уровень

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Internetworking - объединение сетей; Logical Link Control, LLC - управление логической передачей данных; Ethernet с методом доступа CSMA/CD; Token Bus LAN - локальные сети с методом доступа Token Bus; Token Ring LAN - локальные сети с методом доступа Token Ring; Metropolitan Area Network, MAN - сети мегаполисов; Broadband Technical Advisory Group - техническая консультационная группа по широкополосной передаче; Fiber Optic Technical Advisory Group - техническая консультационная группа по волоконно-оптическим сетям; Integrated Voice and data Networks - интегрированные сети передачи голоса и данных; Network Security - сетевая безопасность; Wireless Networks - беспроводные сети; Demand Priority Access LAN, l00VG-AnyLAN - локальные сети с методом доступа по требованию с приоритетами; Wireless Personal Area Networks (PANs); Broadband Wireless Metropolitan Area Networks (MANs) Канальный уровень

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Канальный уровень

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Доступ к разделяемой среде Доступ к среде передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Метод доступа в канал – это правила, которые описывают, как устройства разделяют канал связи, обращаются к каналу и освобождают его. Доступ к среде передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Алгоритмы управления доступом к среде: вероятностные Метод случайного доступа (соревнование) (Ethernet); детерминированные Метод маркерного доступа (Token Ring, FDDI, Acrnet) Поллинг (голосование) (Wi-Max). Доступ к среде передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Схема возникновения коллизии в методе случайного доступа CSMA/CD (tp - задержка распространения сигнала между станциями A и B) метод коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD). Доступ к среде передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Collision domain (область коллизий, коллизионный домен) Часть сети (сегмент), в котором станции используют общую среду передачи. При попытке одновременной передачи данных двумя или более станциями возникает конфликт (коллизия). Доступ к среде передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети СЕГМЕНТАЦИЯ Доступ к среде передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) множественный доступ с прослушиванием несущей и избежанием коллизий. Узел, готовый послать кадр, прослушивает линию. При отсутствии несущей он посылает короткий сигнал запроса на передачу (RTS) и определенное время ожидает ответа (CTS) от адресата назначения. При отсутствии ответа (коллизия) попытка передачи откладывается, при получении ответа в линию посылается кадр. При широковещательной передаче (запрос RTS содержит 255), ответ CTS не ожидается. Метод не позволяет полностью избежать коллизий, но они обрабатываются на вышестоящих уровнях протокола. (Apple LocalTalk, ). Доступ к среде передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Для доступа к сетевой среде станция должна получить пакет- маркер (токен). Получив маркер, сетевое устройство может начать передачу данных, а завершив эту процедуру, устройство должно переслать маркер следующей сетевой станции. Физическое или логическое кольцо Token ring FDDI Доступ к среде передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Логическая шина (эстафетная передача) Доступ к среде передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети поллинг (polling) ведущим устройством выполняется опрос готовности и передача права доступа в соответствии с установленным регламентом (применяется в широкополосных беспроводных технологиях, например WiMax) Доступ к среде передачи

ГрГУ им. Я.Купалы 2012/2013 Компьютерные системы и сети Ethernet – 30% Token Ring, FDDI – 60-70%

Компьютерные системы и сети Олизарович Евгений Владимирович ГрГУ им. Я. Купалы, 2010/2011