Компьютерные сети

Общие сведения о компьютерных сетях

#1. Классификация сетей | Курс "Компьютерные сети"

Тип коммутации

- коммутация каналов (телефон - с начало связь между отправителем и получателем)

- коммутация пакетов (компьютерные сети - передаются отдельными пакетами, расход на маршрутизацию, отказоустойчивость)

Технология передачи

- широковещательные сети (данные доступны всех компам)

- точка-точка (передача через нескольких компов)

Протяженность

- персональная - bluetooth

- локальная - комната, здание

- муниципальная - город

- глобальная - страна, континент

- объединение сетей - интернет

2. Лекция “Стандарты компьютерных сетей”.

ISO - Эталонная модель взаимодействия открытых систем

Комитет IEEE 802 - технология передачи данных

http://www.ieee802.org/

Документы RFC - технология передачи данных

https://tools.ietf.org/rfc/index

Рекомендации W3C - стандарты web

https://www.w3.org/standards/

3. Лекция “Основы организации компьютерных сетей”.

Создание крупных компьютерных сетей – сложная задача. Для ее решения используют метод декомпозиции: разбиение крупной сложной задачи на несколько более простых. В компьютерных сетях используется композиция на уровни сети.

Базовые понятия организации компьютерных сетей:

Сервис – описывает какие функции реализует уровень (что делает уровень).

Протокол – правила и соглашения, используемые для связи уровня N одного компьютера с уровнем N другого компьютера (как уровень это делает).

Интерфейс – набор примитивных операций, которые нижний уровень предоставляет верхнему (как получить доступ к уровню).

Архитектура компьютерной сети – набор уровней и протоколов сети.

Стек протоколов - Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия по сети.

Инкапсуляция - Включение сообщения вышестоящего уровня в сообщение нижестоящего уровня.

Сообщение в компьютерных сетях состоит из трех частей: заголовок + данные + концевик (не обязателен).

Можно придумать много разных архитектур сетей и стеков протоколов, но, если мы хотим строить большие сети, которые можно объединять между собой, необходимо иметь стандарты на уровни сети, функции уровней, и протоколы, которые на них используются. Такие стандарты называются эталонными моделями компьютерных сетей. Сейчас популярны две эталонные модели:

- Модель взаимодействия открытых систем.

- Модель TCP/IP.

4. Лекция “Модель OSI”

Модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection) - это одна из двух популярных эталонных моделей организации компьютерных сетей. Модель является юридическим стандартом, принятым Международной организацией по стандартизации (ISO) в 1983 г.

Модель включает 7 уровней:

1. Физический.

2. Канальный.

3. Сетевой.

4. Транспортный.

5. Сеансовый.

6. Представления.

7. Прикладной.

Кратко рассматривается назначение каждого уровня.

На практике модель OSI не используется, но с ее помощью удобно описывать, как должны быть устроены компьютерные сети.

5. Лекция “Модель и стек протоколов TCP/IP”

Модель TCP/IP – одна из двух эталонных моделей организации сетей, которые популярны в настоящее время. Это фактический (de facto) стандарт на основе стека протоколов TCP/IP. Модель TCP/IP описывает, как нужно строить сети на основе разных технологий, чтобы в них работал стек TCP/IP.

Модель содержит 4 уровня:

- Сетевых интерфейсов

- Интернет

- Транспортный

- Прикладной

По назначению уровни похожи на уровни модели взаимодействия открытых систем ISO OSI. 

Уровень сетевых интерфейсов обеспечивает интеграцию стека TCP/IP с существующими сетевыми технологиями Ethernet, Wi-Fi и др. Уровень интернет (аналог сетевого уровня OSI) нужен для объединения сетей, построенных на основе разных сетевых технологий, и поиска маршрута в крупной составной сети. Транспортный уровень, как и в модели OSI, обеспечивает связь между процессами на разных компьютерах сети. 

В прикладном уровне модели TCP/IP сочетаются функции уровней сеансового, представления и прикладного модели OSI. Считается, что если приложению TCP/IP нужны возможности сеансового уровня, или уровня представления, то оно должно самостоятельно их реализовать.

Стек протоколов TCP/IP – наиболее популярный набор сетевых протоколов в настоящее время. Он является основой интернет и широко используется.

---------------------------------------------------

Физический уровень

1. Лекция “Физический уровень”.

Физический уровень – первый уровень модели взаимодействия открытых систем (ISO OSI).

Задача физического уровня: передача потока бит по среде передачи данных. Физический уровень не вникает в смысл передаваемой информации.

Единица передачи информации на физическом уровне – бит.

Основной вопрос, который решается на физическом уровне: как представить биты информации в виде сигналов, передаваемых по среде. Основная сложность в том, что при передаче по среде происходят искажения сигналов. Сигнал, который доходит до получателя, часто очень сильно отличается от сигнала, который передал отправитель. Поэтому важно выбрать правильную форму представления, чтобы можно было распознать сигнал без ошибок. 

Мы воспользуемся преимуществом модели открытых систем: изоляция решений на разных уровнях. Будем считать, что физический уровень передает поток бит, а как он это делает, нам не важно. 

Канал связи имеет следующие характеристики:

- Пропускная способность (бит/с) – сколько данных можно передать за единицу времен

- Задержка – сколько времени проходит от отправки сигнала до его получения. 

- Количество ошибок – как часто в канале связи возникают ошибки.

Типы каналов связи по направлению передачи данных:

- Симплексный – данные можно передавать только в одном направлении

- Дуплексный – возможна передача данных в двух направлениях одновременно

- Полудуплексный – данные можно передавать в двух направлениях, но по очереди.

Среды передачи данных:

1. Кабель

­ - Телефонный кабель (“лапша”)

 - Коаксиальный кабель

­ - Витая пара

­ - Оптический кабель

­ - Провода электропитания 220В

2. Беспроводные технологии

­ - Радиоволны

­ - Инфракрасное излучение

3. Спутниковые каналы

4. Беспроводная оптика (лазеры)

Для представления сигналов можно использовать два подхода:

- Цифровые сигналы. Метод представления сигналов: кодирование. Используется в медных кабелях.

- Аналоговые сигналы. Метод представления сигнала: модуляция. Используется в беспроводной среде и в оптоволокне.