Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Сентября 2015 в 12:34, курс лекций
Работа содержит конспект лекций по дисциплине «Сетевые технологии».
Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней - чисто программными средствами. Протоколы реализуются не только компьютерами, но и другими сетевыми устройствами - концентраторами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами и т. д. Связь компьютеров в сети осуществляется не напрямую, а через различные коммуникационные устройства. В зависимости от типа устройства в нем должны быть встроенные средства, реализующие тот или иной набор протоколов.
В настоящее время в сетях используется довольно большое количество стеков коммутационных протоколов. Наиболее популярные стеки: TCP/IP, IPX/SPX(фирмы Novell), NetBIOS/SMB(Microsoft), DECnet(Digital), SNA(фирмы IBM) и OSI.
Все эти стеки, кроме SNA (System Network Architecture) на нижних уровнях - физическом и канальном, - используют одни и те же хорошо стандартизованные протоколы, которые позволяют использовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим собственным протоколам. Эти протоколы часто не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. В частности, функции сеансового и представительного уровня, как правило, объединены с прикладным уровнем. Такое несоответствие связано с тем, что модель OSI появилась как результат обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не наоборот.
Рассмотрим особенности каждого из используемых в сети стеков коммуникационных протоколов.
3.5.1Стек TCP/IP
Протоколы TCP/IP специально разработаны для глобальных сетей и для межсетевого взаимодействия. TCP – Transmission Control Protocol – протокол гарантированной доставки данных разбитых на последовательность пакетов. IP – Internet Protocol – протокол передачи данных.
Они рассчитаны на низкое качество каналов связи, на большую вероятность ошибок и разрывов связей. Этот стек протоколов принят во всемирной компьютерной сети Internet, значительная часть абонентов, которой подключается по коммутируемым линиям (то есть обычным телефонным линиям). Протокол TCP/IP также поддерживает маршрутизацию. На его основе работают протоколы более высоких уровней, такие как SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) – электронная почта, FTP (File Transfer Protocol) – протокол передачи файлов, SNMP (Simple Network Management Protocol) – простой протокол управления сетью. Недостаток протокола TCP/IP - низкая скорость работы.
Стек протоколов TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней. Основными протоколами стека, давшими ему название, являются протоколы TCP и IP. Эти протоколы в терминологии модели OSI относятся к сетевому и транспортному уровням соответственно.
Стек TCP/IP самый распространенный транспортный протокол вычислительных сетей. Только в сети Internet объединено около 10 миллионов компьютеров по всему миру, которые взаимодействуют друг с другом с помощью стека протоколов TCP/IP. За счет стремительного роста популярности использования стека TCP/IP уже практически вытесняется из мира коммутационных протоколов бесспорный лидер прошлых лет - стек IPX/SPX компании Novell.
Хотя протоколы TCP/IP неразрывно связаны с Internet и каждый из многомиллионной армады компьютеров Internet работает на основе этого стека, существует большое количество локальных, корпоративных и территориальных сетей, непосредственно не являющихся частями Internet, но и они используют протоколы ТСР/IР. Чтобы отличать их от Internet эти сети называют сетями ТСР/IР или просто IР-сетями.
Поскольку стек ТСР/IР изначально создавался для глобальной сети Internet, он имеет много особенностей, дающих ему преимущество перед другими протоколами, когда речь заходит о построении сетей, включающих глобальные связи. В частности, очень полезным свойством, делающим возможным применение этого протокола в больших сетях, является его способность фрагментировать пакеты. Действительно, большая составная сеть часто состоит из сетей, построенных на совершенно разных принципах. В каждой из этих сетей может быть установлена собственная величина максимальной длины единицы передаваемых данных (кадра). В таком случае при переходе из одной сети, имеющей большую максимальную длину, в сеть с меньшей максимальной длиной может возникнуть необходимость деления передаваемого кадра на несколько частей. Протокол IР стека ТСР/IР эффективно решает эту задачу.
Другой особенностью технологии ТСР/IР является гибкая система адресации, позволяющая более просто по сравнению с другими протоколами аналогичного назначения включать в интерсеть сети других технологий. Это свойство также способствует применению стека ТСР/IР для построения больших гетерогенных сетей.
К недостаткам стека протоколов ТСР/IР можно отнести высокие требования к вычислительным ресурсам и сложность администрирования.
3.5.2 Стек IPX/SPX
Этот стек является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell. Он разработан для сетевой операционной системы NetWare еще в начале 80-х годов. Протоколы сетевого и транспортного уровней Internetwork Packet Exchange (IPX) и Seguenced Packed Exchange (SPX) дали название стеку. Популярность стека IPX/SPX непосредственно связана с операционной системой Novell NetWare, которая еще сохраняет мировое лидерство по числу установленных систем, хотя в последнее время ее популярность несколько снилась и по темпам роста она отстает от Microsoft Windows NT.
Многие особенности стека IPX/SPX обусловлены ориентацией ранних версий Novell Netware (до версии 4.0) на работу в локальных сетях небольших размеров, состоящих из персональных компьютеров со скромными ресурсами. Понятно, что для таких компьютеров компании Novell нужны были протоколы, на реализацию которых требовалось бы минимальное количество оперативной памяти, которые бы быстро работали на процессорах небольшой вычислительной мощности. Поэтому протоколы стека IPX/SPX до недавнего времени работали в локальных сетях и не очень - в больших корпоративных сетях, они слишком перегружали медленные глобальные связи широковещательными пакетами, которые интенсивно используются несколькими протоколами этого стека (например, для установления связи между клиентами и серверами). Это обстоятельство, а также тот факт, что стек IPX/SPX является собственностью фирмы Novell и на его реализацию нужно покупать лицензию у Novell, долгое время ограничивало его использование только сетями NetWare. Однако с момента выпуска версии NetWare 4.0 Novell изменила немного свою политику и внесла (и продолжает вносить) в свои протоколы серьезные изменения, чтобы их адаптировать для работы в корпоративных сетях. Результаты достигнуты, и сейчас стек IPX/SPX реализован не только в Netware, но и в нескольких других популярных сетевых операционных системах.
3.5.3 Стек NetBIOS/SMB
Стек NetBIOS/SMB очень широко используется в продуктах компаний IBM и Microsoft. На физическом и канальном уровнях этого стека используются все те же распространенные протоколы. На верхних уровнях протоколы NetBIOS и SMB.
Протокол NetBIOS (Network Basic Input/Output System - сетевая базовая система ввода/вывода) был разработан фирмой IBM в 1984 г. первоначально для сетей IBM PC Network и IBM Token-Ring no образцу системы BIOS персонального компьютера. С тех пор этот протокол стал фактическим стандартом (официально он не стандартизован), и многие сетевые операционные системы содержат в себе эмулятор NetBIOS для обеспечения совместимости. Первоначально NetBIOS реализовывал сеансовый, транспортный и сетевой уровни, однако в последующих сетях на более низких уровнях используются стандартные протоколы (например, IPX/SPX), а на долю эмулятора NetBIOS остается только сеансовый уровень. NetBIOS обеспечивает более высокий уровень сервиса, чем IPX/SPX, но он работает медленнее. Протокол NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface) - это развитие протокола NetBIOS до транспортного уровня.
Чтобы сохранить и обеспечить совместимость приложений в качестве интерфейса к протоколу NetBEUI был сохранен интерфейс NetBIOS.
Протокол NetBEUI разрабатывался как эффективный протокол, потребляющий немного ресурсов и предназначенный для сетей, насчитывающих не более 200 рабочих станций. Этот протокол содержит много полезных сетевых функций, которые можно отнести к сетевому, транспортному и сеансовому уровням модели OSI, однако с его помощью невозможна маршрутизация пакетов. Это ограничивает применение протокола NetBEUI локальными сетями, не разделенными на подсети, и делает невозможным его использование в составных сетях.
Протокол SMB (Server Message Block) выполняет функции сеансового, представительного и прикладного уровней. На основе SMB реализуется файловая служба, а также службы печати и передачи сообщений между приложениями.
Стеки протоколов SNA фирмы IBM, DECnet корпорации Digital Equipment и AppleTalk/AFP фирмы Apple применяются в основном в операционных системах и сетевом оборудовании этих фирм.
Как вы заметили, все выше рассмотренные нами стеки протоколов в той или иной мере соответствуют определенным уровням модели OSI. Но надо отметить, что часто это соответствие весьма условно, так как модель OSI - это только руководство к действию, причем очень даже общее руководство. А конкретные протоколы разрабатывались для решения конкретных специфических задач, причем многие из них появились до разработки модели OSI. В большинстве случаев разработчики стеков отдавали предпочтение скорости работы сети в ущерб модульности - ни один стек не разбит на семь уровней. Чаще всего в стеке явно выделяются всего 3-4 уровня:
4. ЛИНИИ СВЯЗИ
В этой лекции будут обсуждаться основные процессы, которые происходят при передаче информационных сигналов по линиям связи.
Итак, давайте попытаемся решить эту задачу. Начальное условие задачи: в сети всегда присутствует информация. Вспомним, Информация - это сведения, которые являются объектом восприятия, подготовки, передачи, переработки и отображения. Передача информации подразумевает перенос информации по линиям связи в виде электрических или оптических сигналов. Для передачи информации от источника к получателю необходимо передать содержащие эту информацию сообщения. Сообщения - это информация, выраженная в определенной форме и подлежащая передаче.
Сообщения на расстояние могут передаваться с помощью какого-либо материального носителя или физического процесса, протекающего во времени. Таким материальным носителем при письменном способе передачи является бумага; при устном способе передача осуществляется благодаря процессу распространения звуковых волн в воздухе. В компьютерных сетях таким носителем являются сигналы.
Сигнал - это изменяющаяся во времени физическая величина (напряжение, ток), отображающая сообщение в линии связи.
Для того, чтобы правильно проектировать сети, корректно осуществлять выбор сетевых устройств, следует понимать природу распространения сигналов, их параметры и связь параметров сигналов с параметрами линий передачи. Необходимо четко представить те физические процессы, которые происходят при передаче электрических сигналов по линиям связи. Начнем со знакомства с существующими типами линий связи и их характеристика-ми.
Линия связи состоит в общем случае из физической среды, по которой передаются электрические информационные сигналы, аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры. Синонимом термина линия связи (line) является термин канал связи (chanel).
На рисунке 4.1 показана линия связи, которая обеспечивает передачу информации от источника к приемнику.
Рис. 4.1 Состав линии связи
Как мы видим из этого рисунка, информация передается в физической среде.
Физическая среда передачи данных (medium) - это либо обыкновенный кабель, либо земная атмосфера или космическое пространство, через которые распространяются электромагнитные волны. Кабель - это набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов. Проводом называют металлическую проволоку, изолированную или неизолированную (голую). Провода изготавливают обычно из меди, алюминия или стали.
Аппаратура передачи данных (АПД или DCE – Data Circuit terminating Equipment) – связывает компьютеры или локальные сети пользователя с линией связи, ее включают в состав линии связи. В качестве АПД используют модемы, терминальные адаптеры сетей ISDN(), оптические модемы, устройства подключения к цифровым каналам.
Оконечное оборудование данных (ООД или DTE - Data Terminal Equipment) представляет аппаратуру пользователя линии связи и в состав линии связи не включается. Примерами ООД могут служить компьютеры или маршрутизаторы локальных сетей.
Разделение оборудования на АПД и ООД можно считать условным, т.к. например сетевую карту можно считать как принадлежностью компьютера, так и составной частью канала связи т.е принадлежащей к АПД.
Промежуточное оборудование линии связи используется на линиях связи большой протяженности и решает две основные задачи:
Усилители сигнала, установленные через определенные расстояния обеспечивают качественную сигналов сообщений на очень большие расстояния.
Мультиплексоры, демультиплексоры и коммутаторы необходимы для создания составного канала из некоммутируемых отрезков физической среды – кабелей с усилителями. Наличие промежуточной коммуникационной аппаратуры избавляет пользователя от необходимости прокладывать отдельную кабельную линию связи для каждой пары соединяемых узлов сети. Промежуточная аппарату обычно является прозрачной для пользователя, которому важна только скорость передачи данных по линии связи. В зависимости от типа промежуточной аппаратуры все линии связи делятся на аналоговые и цифровые.
В аналоговых линиях промежуточная аппаратура усиливает аналоговый сигнал, т.е. сигнал, который имеет непрерывный диапазон значений. Такая аппаратура традиционно применялась в телефонных сетях. Для создания высокоскоростных каналов, которые мультиплексируют несколько низкоскоростных, используется техника частотного мультиплексирования (Frequency Division Multiplexing FDM).
В цифровых линиях связи сигнал имеет конечное число состояний (как правило 2 или 3 за один такт работы). В этих каналах связи используется промежуточная аппаратура, которая улучшает форму импульсов и восстанавливает период их следования. Промежуточная аппаратура образования высокоскоростных цифровых каналов работает по принципу временного мультиплексирования каналов (Time Division Multiplexing TDM), когда каждому низкоскоростному каналу выделяет определенная доля времени (тайм-слот или квант) высокоскоростного канала.
4.2.Типы линий связи
В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на следующие:
Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. По таким линиям связи традиционно передаются телефонные или телеграфные сигналы, но при отсутствии других возможностей эти линии используются и для передачи компьютерных данных. Скоростные качества и помехозащищенность этих линий оставляют желать много лучшего. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными.
Информация о работе Конспект лекций по дисциплине «Сетевые технологии»