Кафедра ЮНЕСКО по НИТ1 Курс «Компьютерные сети» Малышенко Владислав Викторович. - презентация

1 кафедра ЮНЕСКО по НИТ1 Курс «Компьютерные сети» Малышенко Владислав Викторович

2 кафедра ЮНЕСКО по НИТ2 Литература Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 4-е изд. СПб: Питер, – 944 с.: ил. Таненбаум Э. Компьютерные сети. 5-е изд. - СПб.: Питер, с. Бройдо В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учеб. пособие для вузов - СПб.:Питер, c. ил. Паркер Т. С. TCP/IP. 3-е изд. - СПб.:Питер, с. ил. Чекмарев, Ю.В. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. - Издательство:"ДМК Пресс", 2009 г., 184 стр.

3 Критерии оценки знаний студентов 3 Список обозначениймах ТК - текущий контроль100 Плаб - посещение лабораторных18 Плек - посещение лекций18 ВДЗ - выполнение домашнего задания64 РК - рубежный контроль100 С - семестровая работа80 Т - промежуточный тест20 ИК - итоговый контроль100 Т - итоговый тест20 З - выполнение практических заданий80 РБ=ТК*0,4+РК*0,2+ИК*0,4 - рейтинговый балл100 Пересчет РБ в оценку отлично хорошо66-85 удовлетворительно41-65 неудовлетворительно0-40

4 Лекция 1 Эволюция компьютерных сетей кафедра ЮНЕСКО по НИТ4

5 Системы пакетной обработки кафедра ЮНЕСКО по НИТ5

6 Многотерминальные системы – прообраз сети кафедра ЮНЕСКО по НИТ6

7 Первые компьютерные сети Требовался доступ к компьютеру с терминалов, удаленных на определенное расстояние: Терминалы соединялись с компьютерами через телефонные сети с помощью модемов. Появились системы с удаленными соединениями типа: Терминал – компьютер; Компьютер – компьютер. кафедра ЮНЕСКО по НИТ7

8 Первые глобальные сети Первыми появились глобальные сети (Wide Area network, WAN) – сети, объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры. Введена передача информации по принципу коммутации пакетов. кафедра ЮНЕСКО по НИТ8

9 Первые глобальные сети В 1969 году министерство обороны США инициировало работы по объединению в единую сеть суперкомпьютеров оборонных и научно- исследовательских центров – сеть ARPANET. Сеть ARPANET объединяла компьютеры разных типов, работающие под управлением различных операционных систем (ОС) с дополнительными модулями, реализующими коммуникационные протоколы, общие для всех компьютеров сети. Первые сетевые операционные системы. кафедра ЮНЕСКО по НИТ9

10 Первые локальные сети Создание больших интегральных схем (БИС). Производство миникомпьютеров. Управление технологическим оборудованием; Управление складом; Другие задачи; Появление концепции распределения компьютерных ресурсов по всему предприятию. Все компьютеры одной организации по-прежнему продолжали работать автономно. кафедра ЮНЕСКО по НИТ10

11 Первые локальные сети кафедра ЮНЕСКО по НИТ11

12 Первые локальные сети различные типы связей в первых локальных сетях кафедра ЮНЕСКО по НИТ12

13 Первые локальные сети Локальные сети (Local Area Network, LAN) – это объединения, компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории, обычно в радиусе 1-2 км. Сетевая технология – это согласованный набор программных и аппаратных средств (например, драйверов, сетевых адаптеров и разъемов), а так же механизмов передачи данных по линиям связи, достаточный для построения вычислительной сети. С 80-х годов утверждаются стандартные сетевые технологии – Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, FDDI. кафедра ЮНЕСКО по НИТ13

14 Хронология событий компьютерных сетей ЭтапВремя Первые глобальные сети связи компьютеров, первые эксперименты с пакетными сетями Конец 60-х Начало передач по телефонным сетям голоса в цифровой форме Конец 60-х Появление больших интегральных схем, первые мини- компьютеры, первые нестандартные локальные сети Начало 70-х Создание сетевой архитектуры IBM SNA1974 Стандартизация технологии X Появление персональных компьютеров, создание Интернета в современном виде, установка на всех узлах стека TCP/IP Начало 80-х Появление стандартных технологий локальных сетейСередина 80-х Начало коммерческого использования ИнтернетаКонец 80-х Изобретение WEB1991 кафедра ЮНЕСКО по НИТ14

15 Конвергенция сетей сближение локальных и глобальных сетей Отличие между локальными и глобальными сетями: Протяженность и качество линий связи; Сложность методов передачи данных; Скорость обмена данными; Разнообразие услуг. кафедра ЮНЕСКО по НИТ15

16 Конвергенция сетей сближение локальных и глобальных сетей Интеграция локальных и глобальных сетей: Использование волоконно-оптических линий связи – сети SDH, DWDM; Повышение требования к протоколам глобальных компьютерных сетей – технологии Frame Relay, ATM; Доминирование протокола IP, объединяющего различные подсети в единую сеть; Расширение спектра услуг в глобальных сетях; Intranet – технологии; Развитие методов обеспечения защиты информации; Появление городских сетей (Metropolitan area network, MAN) кафедра ЮНЕСКО по НИТ16

17 Конвергенция компьютерных и телекоммуникационных сетей Телекоммуникационные сети – телефонные сети, радиосети и телевизионные сети. Компьютерные сети – предназначались для передачи алфавитно-цифровой информации (данных) – сети передачи данных. Мультисервисные сети – способные предоставлять услуги как компьютерных, так и телекоммуникационных сетей. кафедра ЮНЕСКО по НИТ17

18 Конвергенция компьютерных и телекоммуникационных сетей Мультисервисные сети Цифровые сети с интегрированным обслуживанием (Integrated Services Digital Network, ISDN); Мультисервисная сеть нового поколения (Next Generation Network - NGN или New Public Network - NPN); Технологическое сближение сетей происходит на основе цифровой передачи информации различного типа, метода коммутации пакетов и программирования услуг. кафедра ЮНЕСКО по НИТ18

19 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ Часть 2. кафедра ЮНЕСКО по НИТ19

20 Простейшая сеть из двух компьютеров Исторически главной целью объединения компьютеров в сеть было разделение ресурсов: Периферийные устройства (принтеры, диски, сканеры и др.); Данные (ОЗУ, ПЗУ); Вычислительная мощность. Для совместного использования ресурсов сети, компьютеры необходимо оснастить некими дополнительными сетевыми средствами. кафедра ЮНЕСКО по НИТ20

21 Сетевые интерфейсы Интерфейс – формально определенная логическая и/или физическая граница между взаимодействующими независимыми объектами. Интерфейс задает параметры, процедуры и характеристики взаимодействия объектов. кафедра ЮНЕСКО по НИТ21

22 Сетевые интерфейсы Физический интерфейс – (наз. порт) определяется набором электрических связей и характеристиками сигналов. Представляет собой разъем с набором контактов, каждый из которых имеет определенное значение, например, синхронная передача данных. Пара разъемов соединяется кабелем, состоящим из набора проводов. Линия или канал связи между устройствами. кафедра ЮНЕСКО по НИТ22

23 Сетевые интерфейсы Логический интерфейс (наз. протокол) – это набор информационных сообщений определенного формата, которыми обмениваются два устройства или две программы, а также набор правил, определяющих логику обмена этими сообщениями. кафедра ЮНЕСКО по НИТ23

24 Сетевые интерфейсы кафедра ЮНЕСКО по НИТ24

25 Сетевые интерфейсы Интерфейс компьютер – компьютер: Аппаратный модуль, наз. сетевой адаптер или сетевой интерфейсной картой (Network Interface Card, NIC); Драйвер сетевой интерфейсной карты – специальная программа, управляющая работой сетевой интерфейсной карты. кафедра ЮНЕСКО по НИТ25

26 Сетевые интерфейсы Интерфейс компьютер – периферийное устройство: со стороны компьютера – интерфейсная карта, драйвер периферийного устройства (ПУ) принтера, со стороны ПУ – контроллер ПУ. кафедра ЮНЕСКО по НИТ26

27 Обмен данными между двумя компьютерами кафедра ЮНЕСКО по НИТ27

28 Доступ к ПУ через сеть кафедра ЮНЕСКО по НИТ28

29 Сетевые службы и сервисы кафедра ЮНЕСКО по НИТ29

30 Сетевые службы и сервисы Клиент – это модуль, предназначенный для формирования и передачи сообщений – запросов к ресурсам удаленного компьютера от разных приложений с последующим приемом результатов из сети и передачи их соответствующим приложениям. Сервер – это модуль, который постоянно ожидает прихода из сети запросов от клиентов, и приняв запрос, пытается его обслужить, как правило, с участием локальной ОС; один сервер может обсуживать запросы сразу нескольких клиентов (поочередно или одновременно). кафедра ЮНЕСКО по НИТ30

31 Сетевые службы и сервисы Пара клиент – сервер, предоставляющая доступ к конкретному типу ресурса компьютера через сеть, образует сетевую службу. Служба печати; Файловая служба; Веб - служба; кафедра ЮНЕСКО по НИТ31

32 Сетевые службы и сервисы кафедра ЮНЕСКО по НИТ32

33 Сетевая операционная система Сетевая операционная система – это операционная система компьютера, которая помимо управления локальными ресурсами предоставляет пользователям и приложениям возможность эффективного и удобного доступа к информационным и аппаратным ресурсам других компьютеров сети. Сегодня практически все операционные системы являются сетевыми. кафедра ЮНЕСКО по НИТ33

34 Сетевая операционная система Доступ к сетевым ресурсам обеспечивается: Сетевыми службами; Средствами транспортировки сообщений по сети. кафедра ЮНЕСКО по НИТ34

35 Сетевая операционная система кафедра ЮНЕСКО по НИТ35

36 Сетевые приложения Типы приложений: Локальные приложения; Централизованное сетевое приложение; Распределенное (сетевое) приложение. кафедра ЮНЕСКО по НИТ36

37 Сетевые приложения кафедра ЮНЕСКО по НИТ37

38 Сетевые приложения кафедра ЮНЕСКО по НИТ38

39 Сетевые приложения кафедра ЮНЕСКО по НИТ39

40 Сетевые приложения кафедра ЮНЕСКО по НИТ40

41 ФИЗИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ ПО ЛИНИЯМ СВЯЗИ кафедра ЮНЕСКО по НИТ41

42 Кодирование В вычислительной технике для представления данных используется двоичный код. Представление данных в виде электрических или оптических сигналов наз. кодирование. Способы кодирования: Потенциальный способ; Импульсный способ; Модулированный сигнал. кафедра ЮНЕСКО по НИТ42

43 Кодирование кафедра ЮНЕСКО по НИТ43

44 Кодирование Проблемы передачи данных: Качество линий связи; Количество проводов; Синхронизация передатчика и приемника. Повышение надежности передачи данных: подсчет контрольной суммы; Сигнал-квитанция. кафедра ЮНЕСКО по НИТ44

45 Характеристики физических каналов Предложенная нагрузка – это поток данных, поступающий от пользователя на вход сети (бит в секунду); Скорость передачи данных – это фактическая скорость потока данных, прошедшего через сеть; Емкость канала связи (пропускная способность) – максимально возможная скорость передачи информации по каналу. Параметры физической среды передачи; Полоса пропускания – ширина полосы частот, которую линия связи передает без существенных искажений. кафедра ЮНЕСКО по НИТ45

46 Характеристики физических каналов Типы каналов связи: Дуплексный канал обеспечивает одновременную передачу информации в обоих направлениях; Полудуплексный канал обеспечивает передачу информации в обоих направлениях, но не одновременно, а по очереди; Симплексный канал позволяет передавать информацию только в одном направлении. кафедра ЮНЕСКО по НИТ46

47 Топология физических связей Топология сети – конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети и коммуникационное оборудование, а ребрам – физические или информационные связи между вершинами. кафедра ЮНЕСКО по НИТ47

48 Топология физических связей От выбора топологии связей существенно зависят характеристики сети: Надежность сети; Распределение загрузки между каналами связи; Расширяемость; Экономическая эффективность. кафедра ЮНЕСКО по НИТ48

49 кафедра ЮНЕСКО по НИТ49 Топология физических связей Звезда Кольцо Дерево Пересекающиеся кольца Нерегулярное соединение

50 Топология физических связей Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными. Общая шина соответствует сети, в которой каждый компьютер подключен единому кабелю. кафедра ЮНЕСКО по НИТ50 Хост Кабель

51 Адресация узлов сети Один компьютер может иметь несколько сетевых интерфейсов. Например, для создания полносвязной структуры из N компьютеров, требуется чтобы у каждого из них имелся N-1 интерфейс. кафедра ЮНЕСКО по НИТ51

52 Адресация узлов сети Классификация интерфейсов: Уникальный адрес (unicast) используется для идентификации отдельных интерфейсов; Групповой адрес (multicast) идентифицирует сразу несколько интерфейсов, данные доставляются каждому из узлов, входящих в группу; Широковещательный адрес (broadcast). Данные, направленные по этому адресу должны быть доставлены всем узлам сети; Адрес произвольной рассылки (anycast), задает группу адресов, однако данные, должны быть доставлены не всем адресам данной группы, а любому из них. кафедра ЮНЕСКО по НИТ52

53 Адресация узлов сети Типы адресов: Числовые ( ); Символьные ( Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках некоторой адресации, называется адресным пространством. Адресное пространство может иметь: Плоскую (линейную) организацию; Иерархическую организацию. кафедра ЮНЕСКО по НИТ53

54 Адресация узлов сети Плоская организация множества адресов. MAC–адрес, предназначен для однозначной идентификации сетевых интерфейсов в локальных сетях. Пример: 00:81:00:5e:24:a8. MAC-адрес встраивается в аппаратуру компанией- изготовителем – аппаратный адрес (hardware address). кафедра ЮНЕСКО по НИТ54

55 Адресация узлов сети Плоская организация множества адресов. MAC–адрес кафедра ЮНЕСКО по НИТ55

56 Адресация узлов сети Иерархическая организация: множество адресов структурируется в виде подгрупп, которые, последовательно сужая адресуемую область, определяют отдельный сетевой интерфейс. Пример: IPX и IP адреса. кафедра ЮНЕСКО по НИТ56

57 Адресация узлов сети Иерархическая организация множества адресов. кафедра ЮНЕСКО по НИТ57

58 Адресация узлов сети Обычно применяют сразу несколько схем адресации, сетевой интерфейс компьютера может быть одновременно иметь несколько адресов имен. Для преобразования адресов из одного вида в другой используется специальные вспомогательные протоколы – протоколы разрешения адресов. Проблема установления соответствия между адресами различных типов решается как централизованными, так и распределенными средствами. кафедра ЮНЕСКО по НИТ58

59 Адресация узлов сети При централизованном подходе в сети выделяются один или несколько компьютеров, в которых хранится таблица соответствия имен различных типов, например, символьных имен и числовых адресов. При распределенном подходе каждый компьютер сам хранит все назначенные адреса разного типа. Протокол разрешения адресов (Address Resolution Protocol, ARP) стека TCP/IP. Идентификация сетевого интерфейса -> идентификация процесса, которому предназначены данные (номер порта UDP, TCP). кафедра ЮНЕСКО по НИТ59

60 Коммутация Коммутация – соединение конечных узлов через сеть транзитных узлов. Маршрут – последовательность узлов, лежащих на пути от отправителя к получателю. кафедра ЮНЕСКО по НИТ60

61 Обобщенная задача коммутации 1. Определение информационных потоков, для которых требуется прокладывать маршруты; 2. Маршрутизация потоков; 3. Продвижение потоков, то есть распознавание потоков и их локальная коммутация на каждом транзитном узле. 4. Мультиплексирование и демультиплексирование потоков. кафедра ЮНЕСКО по НИТ61

62 Определение информационных потоков Информационным потоком (потоком данные) наз. непрерывную последовательность данных, объединенных общим признаков, выделяющих эти данные из общего сетевого трафика. data stream – равномерный информационный поток; data flow – неравномерный информационный поток. Адрес источника и назначения определяют поток для пары соответствующих конечных узлов. кафедра ЮНЕСКО по НИТ62

63 Определение информационных потоков Признаки потока может иметь: глобальные и локальное значения. Метка потока – особый признак. Глобальная метка назначается данным потока и не меняет своего значения на всем протяжении его пути следования от узла источника до узла назначения. Локальная метка – динамически меняется свое значение при передаче данных от одного узла к другому. кафедра ЮНЕСКО по НИТ63

64 Маршрутизация Две подзадачи маршрутизации: Определение маршрута; Оповещение сети о выбранном маршруте. Определить маршрут означает выбрать последовательность транзитных узлов и их интерфейсов, через которые надо передавать данные, чтобы доставить их адресату. кафедра ЮНЕСКО по НИТ64

65 Маршрутизация Абстрактный способ измерения близости между двумя объектами называется метрикой. Типы метрики: Количество транзитных узлов; Линейная протяженность; Стоимость использования; Пропускная способность. кафедра ЮНЕСКО по НИТ65

66 Маршрутизация Оповещение о маршруте всем устройствам сети. Сообщение о маршруте обрабатывается каждым устройством, создается новая запись – в таблице коммутации. кафедра ЮНЕСКО по НИТ66

67 Продвижение данных Локальные операции коммутации. Отправитель должен выставить данные на тот свой интерфейс, с которого начинается найденный маршрут. Транзитные узлы должны соответствующим образом выполнить «переброску» данных с одного своего интерфейса на другой – коммутацию интерфейсов. Коммутатор – устройство, функциональным назначением которого является коммутация. кафедра ЮНЕСКО по НИТ67

68 Продвижение данных Коммутатор кафедра ЮНЕСКО по НИТ68

69 Продвижение данных Коммутатор: Специализированное устройство; Универсальный компьютер со встроенным механизмом коммутации. кафедра ЮНЕСКО по НИТ69

70 Продвижение данных Коммутационная сеть кафедра ЮНЕСКО по НИТ70

71 Мультиплексирование и демультиплексирование Демультиплексирование – разделение суммарного агрегированного потока на несколько составляющих его потоков. Мультиплексирование – образование из нескольких отдельных потоков общего агрегированного потока, который передается по одному физическому каналу связи. кафедра ЮНЕСКО по НИТ71

72 Мультиплексирование и демультиплексирование Операции мультиплексирования и демультиплексирования потоков при коммутации кафедра ЮНЕСКО по НИТ72

73 Мультиплексирование и демультиплексирование Способы мультиплексирования: Разделение времени – каждый поток периодически на определенное время получает физический канал в свое полное распоряжение и передает по нему свои данные; Частотное разделение – каждый поток передает данные в выделенном ему частотном диапазоне. кафедра ЮНЕСКО по НИТ73

74 Мультиплексирование и демультиплексирование мультиплексор и демультиплексор кафедра ЮНЕСКО по НИТ74

75 Разделяемая среда передачи данных Разделяемая среда (shared medium) называется физическая среда передачи данных, к которой непосредственно подключено несколько передатчиков узлов сети. Причем в каждый момент времени только один из передатчиков какого-либо узла сети получает доступ к разделяемой среде и использует ее для передачи данных приемнику другого узла, подключенному к этой же среде. кафедра ЮНЕСКО по НИТ75

76 Разделяемая среда передачи данных кафедра ЮНЕСКО по НИТ76

77 Разделяемая среда передачи данных Задача: Совместного использования среды независимыми передатчиками таким образом, чтобы в каждый отдельный момент времени по среде передавались данные только одного передатчика. Решение: Механизм синхронизации доступа интерфейсов к разделяемой среде. кафедра ЮНЕСКО по НИТ77

78 Разделяемая среда передачи данных Способ организации совместного доступа: Централизованный подход - арбитр; Децентрализованный подход; кафедра ЮНЕСКО по НИТ78

79 Разделяемая среда передачи данных Разделяемая среда кафедра ЮНЕСКО по НИТ79

80 Тип коммутации Задачи коммутации: Определение потоков и соответствующих маршрутов; Фиксация маршрутов в конфигурационных параметрах и таблицах сетевых устройств; Распределение потоков и передача данных между интерфейсами одного устройства; Мультиплексирование и демультиплексирование потоков; Разделение среды передачи. кафедра ЮНЕСКО по НИТ80

81 Тип коммутации Коммутация каналов; Коммутация пакетов; кафедра ЮНЕСКО по НИТ81

82 кафедра ЮНЕСКО по НИТ82 Типы коммутации: коммутация каналов Управление потоком в реальном времени, сохраняется порядок данных, огромный опыт создания и хорошо развитая инфраструктура. Очень неэффективное использование ресурсов, низкая надежность, медленное установление соединения.

83 кафедра ЮНЕСКО по НИТ83 Типы коммутации: коммутация пакетов Высокая скорость установления соединения (передатчик сразу начинает передачу) Низкий уровень ошибок в канале, надежность, рациональное использование ресурсов, сильная зависимость времени передачи от загрузки сети.

84 КОНЕЦ кафедра ЮНЕСКО по НИТ84