Информатика. Основные понятия и определения презентация

технологии» НИЯУ МИФИ

Информатика. Компьютерные сети

Автор:

Лекция 5.

выполнении двух условий:
Имеются, как минимум, два компьютера (вычислительные системы); они именуются узлами (node(s)) сети.
Существует среда передачи данных (СПД), объединяющая все узлы данной сети.

как и во остальных всех областях вычислительной техники, повышение эффективности работы пользователей (экономия времени, денежных средств и т.п.)
КС – средство доступа к вычислительным ресурсам (computer resource)
Ресурс – все то, что необходимо для решения поставленной задачи
Вычислительные ресурсы: процессорное время, необходимое для проведения расчетов, место на диске, занимаемое пользовательскими данными и т.п.

вычислительной системы, которая доступна нам непосредственно
Удаленный ресурс (УР) (remote resource) – ресурс другой, не нашей, вычислительной системы.
Для доступа к удаленным ресурсам и строится компьютерная сеть! Именно в этом смысл КС!

включая программы, работающие на данном узле), которому необходим доступ к УР другой вычислительной системы.
Сервер (server) – узел КС (также в широком смысле), который предоставляет свои ЛР для доступа клиентам.
Как правило, количество клиентов в КС превышает количество серверов (иногда – намного).
Клиент формирует запрос (request) к серверу на доступ к ресурсу, сервер обслуживает клиентские запросы и формирует ответ или реакцию (response), в котором содержатся данные, относящиеся к ресурсу.

которыми происходит обмен данными по сети
Универсальные протоколы, такие как IP и TCP предназначены для обмена любыми данными, без привязки к конкретным ресурсам. Для таких протоколов нет понятий «клиент» и «сервер», а только «отправитель» и «получатель»
Специализированные протоколы, такие как HTTP и SMTP и др. необходимы для доступа к определенным ресурсам: веб-страницам и электронным письмам. Эти протоколы ведут обмен между соответствующими клиентами и серверами
Сетевая служба (network service) – совокупность клиентов, серверов и протоколов, предназначенная для работы с определенными ресурсами.
Примеры: WWW, DNS, E-Mail …

аппаратурой и сетевой операционной системой (ОС), т.е. той ОС, которая устанавливается на узлах сети.
Одноранговые (peer-to-peer, p2p) сети – в них каждый узел может быть как клиентом, так и сервером. Например, узлы представляют собой обычные компьютеры (настольные или ноутбуки), на которых установлены ОС Windows 7 (или 8) либо ОС Linux в конфигурации «рабочая станция».
Сети с архитектурой «клиент-сервер» – в таких сетях есть узлы-клиенты и узлы-сервер. Например, клиенты – бездисковые рабочие станции или микрокомпьютеры, а серверы – обычные или специализированные компьютеры под управлением ОС Windows Server или Linux в конфигурации «сервер сети»

узлы-клиенты могут выполнять некоторые функции серверов (например, общее хранилище файлов, файл-сервер), а узлы-серверы – выполнять отдельные функции клиентов, например, отправлять документы на принт-сервер, расположенный на другом узле. Пример: клиенты и серверы – обычные компьютеры, ОС для клиентов Windows 7 или 8, для серверов – Windows Server 2008 или 2012
Большинство компьютерных сетей на предприятиях строятся по смешанной архитектуре
Стоимость серверных ОС существенно дороже, чем клиентских
Оптимизация обработки клиентских запросов

программ
Служба WWW (World Wide Web – всемирная паутина):
Веб-сервер – Apache HTTP Server, Microsoft IIS, …
Клиент – браузер (browse – просматривать) Microsoft Internet Explorer, Google Chrome, …
Протокол HTTP – стандартный, понимается всеми веб-серверами и браузерами
Архитектура сетевых служб: одноранговая или клиент-сервер (чаще всего)
Архитектура сетевой службы может не соответствовать архитектуре сети
Службу WWW можно «поднять» и в одноранговой сети
Наилучший вариант, когда архитектура сетевой службы соответствует архитектуре сети, т.е. серверная часть службы располагается на узлах-серверах, а клиентская – на узлах-клиентах

человек носит с собой: смартфоны, планшеты. СПД, как правило, беспроводная.
Количество узлов – единицы
Протяженность (периметр) СПД = от сантиметров до десятков сантиметров
Персональные, PAN (Personal Area Network) – сети, принадлежащие некоторому человеку: настольные компьютеры, ноутбуки.
Количество узлов – единицы
Протяженность (периметр) СПД = от метров до десятков метров

одном или нескольких помещениях
Количество узлов – от единиц до десятков
Протяженность (периметр) СПД = от метров до десятков метров
Жилые, CAN (Campus Area Network) – сети, охватывающие ряд помещений и даже зданий, например, сети, прокладываемые в жилых домах.
Количество узлов – от сотен до тысяч
Протяженность (периметр) СПД = от сотен метров до километров

масштаба города и региона
Количество узлов – от десятков тысяч до миллионов
Протяженность (периметр) СПД = от десятков до сотен и тысяч километров (смотря какой город или регион)
Глобальные, GAN (Global Area Network) – сети глобального масштаба, вплоть до всего мира (Интернет)
Количество узлов – вплоть до миллиардов
Протяженность (периметр) СПД = сотни тысяч километров

узлов и все относятся к семейству LAN
CAN, MAN, GAN уже состоят не из узлов, а из сетей меньшего масштаба и относятся к семейству распределенных сетей WAN (Wide Area Network)
В WAN появляется новый вид узла, которого нет в LAN – маршрутизатор (router), который одновременно является узлом нескольких LAN, соединяя их в общую, распределенную сеть.
Задание: изучите внешний вид домашнего маршрутизатора, найдите места для подключения (порты) линий LAN и линии WAN

WiFi, Bluetooth, сотовая связь (GSM, LTE и т.д.), спутниковая связь.
Оптические: ИК-связь
Неэлектромагнитные: сонары

оплетка
3 – слой гибкого диэлектрика
4 – центральная жила
Волновое сопротивление 50 Ом
У ТВ-антенны 75 Ом

сигналы в пределах одной пары должны быть в противофазе, т.е. U1(t) = - U2(t)
Обозначение: xTP-y (шаблон)
x= U (unshielded, неэкранированная)
x= S (shielded, экранированная, экран в виде проволочной оплетки)
x=F (foiled, экранированная фольгой)
В помещениях (indoor) применяют UTP, вне помещений (outdoor) – STP и FTP
у = категория кабеля. Определяет число пар в кабеле и число витков на единицу длины.
UTP-5e – наиболее популярный вид кабеля, 4 пары, скорость передачи данных до 1 гигабита в секунду

частоте. Многомодовый кабель сверху, одномодовый – снизу
1 – источник света, 2 – фотоприемник, 3 – внешняя оболочка, 4 – отражатель, 5 – световод
В многомодовом кабеле источник неточный, порождает несколько волн с разной частотой. Используется на небольших расстояниях, сотни метров
Одномодовый кабель – высокие требования к источнику и световоду. Используется на больших расстояниях, километры и более
Скорость передачи – десятки гигабит в секунду

общей магистрали. Устарела, но изредка встречается и сейчас
Кольцо (ring). Сигнал распространяется от соседа к соседу, в строго определенном порядке. Применяется редко
Звезда (star). Узлы сети индивидуально подключаются к общему центральному устройству (ЦУ). Применяется очень часто.
Иерархическая звезда – звезда, в которой существуют соединения ЦУ между собой. Применяется очень часто.
Полносвязная (full-linked). Каждый узел сети соединен со всеми остальными отдельной линией. Применяется в суперкомпьютерах и системах спец. назначения.

концах шины располагаются терминаторы для подавления сигнала
СПД – коаксиальный кабель
Простота подключения
Максимальная длина сегмента (расстояние между крайними точками шины) 185 (тонкий кабель) и 500 (толстый кабель) метров
Скорость передачи данных до 10 Мбит/с

витая пара или оптоволокно
Отсутствие коллизий, т.е. невозможность одновременной передачи от двух и более узлов
Token Ring (16 Мбит/с), FDDI (622 Мбит/с)

пара
Длина кабеля лежит в пределах от 1 до 100 метров
Fast Ethernet - 100 Мбит/с
Gigabit Ethernet 1000 Мбит/с

(network access)
Отвечает за прием/передачу данных между узлами локальной сети
Сюда относится все, что связано с LAN – и аппаратура, и драйвер сетевой платы и протоколы LAN
2. Межсетевой (internet)
Отвечает за прием/передачу между узлами распределенной сети WAN – хостами (host)
Здесь возникает проблема маршрутизации
Протоколы: IPv4, IPv6

между программами, работающими на хостах
Протоколы: UDP (ненадежная доставка), TCP (надежная доставка)
4. Прикладного процесса (process application)
Взаимодействие между конкретными программами, например, клиентом и сервером сетевых служб
Протоколы: HTTP (служба WWW), FTP (служба FTP), SMTP, POP, IMAP (служба E-Mail) – и т.д., очень много!

Министерстве обороны США)
Самодостаточная, т.е. не является открытой, пополняется новыми функциями только изнутри
Нижний и верхний уровни слишком «толстые», в них много функций
Нижний охватывает и аппаратуру и программы-драйверы
Верхний содержит все, что связано с прикладными программами

распространения сигнала в СПД
L2. Канальный (data link)
Отвечает за передачу/прием пакетов данных (кадров, frames) между узлами локальной сети
L3 и L4 аналогичны межсетевому и транспортному уровню соответственно в модели DoD

и программой получателем
Позволяет контролировать каждый передаваемый байт, обеспечивая надежную доставку
L6. Представления (presentation)
Отвечает за преобразование данных по форме, например, преобразование кодировки символов, шифрование/расшифрование и т.п.
L7. Прикладной (application)
Отвечает за взаимодействие прикладных программ с сетью

(ISO)
Создана рабочей группой OSI - Open Systems Interconnection
Открытая модель: любая программа «видит» сетевые ресурсы точно так же, как и локальные
Обеспечивает универсальность в рамках отдельно взятой ОС
Интерфейс прикладного программирования (API) у каждой ОС свой
Не дает универсальности при работе с сетевыми службами в отрыве от ОС
Вывод: обе модели сосуществуют

передаче, как бы «запаковываются в конверты» на нижележащих уровнях
Эти «конверты» – заголовки протоколов нижележащих уровней
Содержат адресную информацию об отправителе и получателе
На физическом уровне происходит передача двоичных цифр с посредством физических процессов через СПД
Получатель извлекает из СПД двоичные числа, формирует из них кадр (как бы «сообщение во внешнем конверте»)
Затем получатель как бы распаковывает очередной конверт и передает его содержимое на вышележащий уровень
В конце концов, исходные данные достигают свою программу-получатель

анализатором (сниффером, sniffer – тот, кто разнюхивает) Wireshark
Бесплатно доступна с официального сайта http://www.wireshark.org
После запуска программы следует выбрать сетевой интерфейс для прослушивания и установим фильтр для http – иначе будет виден весь трафик (traffic – данные, передаваемые по сети)
Задание: впоследствии самостоятельно проанализируйте трафик между Вашим браузером и каким-нибудь веб-сервером

категории 5 или 5e
Получаем т.н. Patch-cord, которым можно соединять компьютеры с сетевым оборудованием
Концентратор (hub) – устройство физического уровня
Неустойчив в коллизиям, применяется редко
Коммутатор (switch, L2-switch) – устройство, охватывающее уровни L1 и L2
Внутри себя может переключить свой произвольный порт на любой другой – за счет предварительного анализа MAC-адреса в передаваемых кадрах

разными LAN
К каждому порту маршрутизатора подключается отдельная LAN
WiFi-маршрутизатор (WiFi-router) (L1,L2,L3)
Имеет один порт для подключения WAN и несколько – для одной LAN. К этой же LAN будут относиться узлы, подключенные по беспроводной сети
WiFi-точка доступа (access point) – дополнение к WiFi-маршрутизатору
Расширяет площадь покрытия

портам рассматривать как одну LAN и передавать данные между полученными LAN
Шлюз (gateway) – работают на уровнях, выше L3
Брандмауэры – на основании набора правил разрешают или запрещают доступ к сетевым ресурсам
Балансировщики нагрузки – перенаправляют трафик при перегруженности отдельных участков сети
Внимание – в терминах ОС часто шлюзом именуют маршрутизатор

к загрузке из Интернет по бесплатной лицензии)
К.Андерсон, М.Минасси. Локальные сети. Полное руководство: Пер. с англ. – К: ВЕК+, М.:ЭНТРОП, СПб.:КОРОНА, 1999. – 624 с., ил.
Кульгин М. Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия - СПб: Питер, 2000. - 704 с.: ил.
4. Ногл М. TCP/IP. Иллюстрированный учебник – М.:ДМК Пресс, 2001. – 480 с.: ил.
  
Интернет-ресурсы:
1. Материалы сайта главного координируещего органа Интернет IANA - http://www.iana.org
2. Материалы сайта рабочей группы по развитию Интернет IETF - http://www.ietf.org
3. Материалы сайта координируего органа Интернет в России РУ-Центр - http://www.nic.ru

стека протоколов TCP/IP?
ARP
TCP
UDP
IP
ICMP

передаваемой информации добавляется заголовок, содержащий поле TTL (time-to-live)?
A. На Уровне приложений (application layer)
B. На Транспортном уровне (transport layer)
C. На Межсетевом уровне (internet layer)
D. На Канальном уровне (link layer)

DNS?
A. На Уровне приложений (application layer)
B. На Транспортном уровне (transport layer)
C. На Межсетевом уровне (internet layer)
D. На Канальном уровне (link layer)

на более высоком уровне модели OSI, чем концентраторы
B. Коммутаторы не могут усиливать сигнал, в отличие от концентраторов
C. Коммутаторы анализируют IP-адреса во входящем пакете, а концентраторы анализируют MAC-адреса

оперируют с MAC-адресами, маршрутизаторы оперируют с адресами протоколов высокого уровня, таких как TCP/IP
B. Маршрутизаторы оперируют с MAC-адресами, коммутаторы оперируют с адресами протоколов высокого уровня, такими как TCP/IP
C. Коммутаторы «обучаются» динамически, маршрутизаторы требуют занесения маршрутов в таблицу маршрутизации вручную