Классификация сетей

Сетевые технологии Классификация сетей Классификация сетей По типу коммутации. По технологии передачи По протяженности Классификация сетей по типу коммутации Коммутация каналов. Коммутация пакетов. Классификация сетей по типу коммутации Классификация сетей по типу коммутации Классификация сетей по типу коммутации Классификация сетей по технологии передачи данных Широковещательные сети Сети «Точка-Точка» Классификация сетей по протяженности Название Протяженность Расположение Персональная 1м На столе Локальная 10 м – 1 км Комната, здание, кампус Муниципальная 10 км Город Глобальная 100 – 1000 км Страна, континент Объединение сетей 10 000 км Весь мир Классификация сетей: итоги Сети с коммутацией пакетов ◦ Компьютерные сети Технологии передачи данных ◦ Широковещательные (классический Ethernet, Wi-Fi) ◦ Точка-Точка (коммутируемый Ethernet) Протяженность ◦ Локальные сети (Ethernet, Wi-Fi) ◦ Объединение сетей (стек протоколов TCP/IP) Топологии сетей Топологии сетей Топология – объединенные в сеть компьютеры. Топология сети – конфигурация графа: ◦ Вершины – узлы сети (компьютеры и сетевое оборудование) ◦ Ребра – связи между узлами (физические или информационные) Полносвязная топология Ячеистая топология Топология «Звезда» Топология «Кольцо» Топология «Кольцо» Топология «Дерево» Топология «Дерево» Смешанная топология Смешанная топология Физическая и логическая топологии Физическая топология – соединения устройств в сети. Логическая топология – правила распространения сигналов в сети. Классический Ethernet Коммутируемый Ethernet Wi-Fi Итоги Топология – «схема» объединения устройств в сети. Популярные топологии: ◦ Полносвязная, ячеистая, кольцо, дерево, общая шина. ◦ Смешанная топология. Виды топологий: ◦ Физическая ◦ Логическая Компьютерные сети: модель OSI Эталонные модели сетей Эталонные модели организации сети: ◦ Какие уровни должны быть в сети ◦ Какие функции должны выполняться на каждом уровне Модель OSI: ◦ Модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection, OSI) ◦ Принята в качестве стандарта Международной организацией по стандартизации (ISO) в 1983 г. 2/16 Модель OSI Открытая система – система, построенная в соответствии с открытыми спецификациями ◦ Открытая спецификация – общедоступная спецификация, соответствующая стандартам Преимущества открытых систем ◦ Возможность строить сети из оборудования разных производителей ◦ «Безболезненная» замена отдельных компонентов сети ◦ Легкость объекдинения нескольких сетей 3/16 Модель OSI Модель OSI описывает: ◦ 7 уровней организации сети ◦ Назначение каждого уровня Не является сетевой архитектурой! Описание протоколов не включено в модель OSI ◦ Протоколы описаны в отдельных стандартах ◦ Протоколы на практике не применяются Модель OSI используется в качестве «общего языка» для описания разных сетей 4/16 Уровни модели OSI 5/16 Уровни модели OSI (English) 6/16 Физический уровень Передача битов по физическому каналу связи Не вникает в смысл передаваемой информации Задача: как представить биты информации в виде сигналов, передаваемых по среде 7/16 Канальный уровень Передача сообщений по каналу связи ◦ Определение начала/конца сообщения в потоке бит Обнаружение и коррекция ошибок В широковещательной сети: ◦ Управление доступом к среде передачи данных ◦ Физическая адрессация 8/16 Сетевой уровень Объединяет сети, построенные на основе разных технологий Задачи: ◦ Создание составной сети, согласование различий в сетях ◦ Адресация (сетевые или глобальные адреса) ◦ Определение маршрута пересылки пакетов в составной сети (маршрутизация) 9/16 Транспортный уровень Обеспечивает передачу данных между процессами на хостах Управление надежностью: ◦ Может предоставлять надежность выше, чем у сети ◦ Наиболее популярный сервис – защищенный от ошибок канал с гарантированным порядком следования сообщений Сквозной уровень ◦ Сообщения доставляются от источника адресату ◦ Предыдущие уровни используют принцип звеньев цепи 10/16 Сеансовый уровень Позволяет устанавливать сеансы связи Задачи: ◦ Управление диалогом (очередность передачи сообщений) ◦ Управление маркерами (предотвращение одновременного выполнения критичной операции) случае сбоя ◦ Синхронизация (метки в сообщениях для возобновления передачи в) 11/16 Уровень представления Обеспечивает согласование синтаксиса и семантики передаваемых данных ◦ Форматы представления символов ◦ Форматы чисел Шифрование и дешифрование Пример ◦ Transport Layer Security (TLS) / Secure Sockets Layer (SSL) 12/16 Прикладной уровень Набор приложений, полезных пользователям: ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ Гипертекстовые Web-страницы Социальные сети Видео и аудио связь Электронная почта Доступ к разделяемым файлам и многое другое 13/16 Единицы передаваемых данных Уровень Название единицы Прикладной Сообщение Представления Сообщение Сеансовый Сообщение Транспортный Сегмент/Дейтаграмма Сетевой Пакет Канальный Кадр Физический Бит 14/16 Сетевое оборудование Уровень модели OSI Оборудование Сетевой Маршрутизатор Коммутатор, точка Канальный доступа Физический Концентратор 15/16 Итоги Модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection, OSI) ◦ Эталонная модель организации компьютерных сетей ◦ Юридический стандарт организации ISO Включает 7 уровней организации сети и их назначение ◦ Протоколы не включены в модель Не используются на практике ◦ «Общий язык» для описания компьютерных сетей 16/16 Компьютерные сети: Модель и стек протоколов TCP/IP Модель и стек протоколов TCP/IP Эталонные модели организации сети: ◦ Какие уровни должны быть в сети ◦ Какие функции должны выполняться на каждом уровне Модель TCP/IP ◦ 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 2/7 Уровни модели TCP/IP 3/7 Пятиуровневая модель «OSI + TCP/IP» Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл. Компьютерные сети 4/7 Сравнение OSI и TCP/IP Модель OSI: ◦ Хорошая теоретическая проработка ◦ Протоколы не используются Модель TCP/IP ◦ Протоколы широко применяются ◦ Ограниченная модель, подходит только для описания сетей на основе стека TCP/IP Применение ◦ OSI – модель для описания разных типов сетей (Fibre Channel, Infiniband, телефонная сигнализация SS7) ◦ TCP/IP – протоколы, основа Интернет 5/7 Стек протоколов TCP/IP 6/7 Итоги Стек протоколов TCP/IP ◦ Наиболее популярный набор протоколов ◦ Основа Интернет Модель TCP/IP ◦ Фактический стандарт на организацию сетей на основе стека протоколов TCP/IP ◦ 4 уровня (5 уровней OSI + TCP/IP) 7/7 Компьютерные сети: Физический уровень Место в модели OSI Сервис: ◦ Передача потока бит по среде передачи данных Не вникает в смысл передаваемой информации Единица передачи информации - бит 2/12 Представление сигналов Задача физического уровня ◦ Как представить биты информации в виде сигналов, передаваемых по среде 3/12 Модель канала связи Характеристики канала связи ◦ Пропускная способность (бит/с) ◦ Задержка ◦ Количество ошибок Типы каналов связи ◦ Симплексный, дуплексный, полудуплексный 4/12 Типы канала связи Симплексный Дуплексный Полудуплексный 5/12 Среды передачи данных Кабель ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ Телефонный кабель («лапша») Коаксиальный кабель Витая пара Оптический кабель Провода электропитания 220В Беспроводные технологии ◦ Радиоволны ◦ Инфракрасное излучение Спутниковые каналы Беспроводная оптика (лазеры) 6/12 Витая пара 7/12 Оптический кабель 8/12 Радиоволны Особенности беспроводной среды ◦ Сигнал передается по нескольким направлениям ◦ Может быть много приемников информации ◦ Несколько источников сигнала искажают друг друга и требуют координации работы Сотовая связь ◦ GSM – 900 МГц ◦ Требуется лицензирование Wi-Fi ◦ 2,4 и 5 ГГц ◦ Не требуется лицензирование ◦ Другие приборы также работают на этой частоте 9/12 Ошибки в каналах связи Среда передачи данных Оптические кабели Частота возникновения ошибок Очень редко Медные кабели Редко Радиоволны Часто 10/12 Представление информации Прямоугольные импульсы Синусоидальные волны Представление информации – кодирование (baseband modulation) Представление информации – модуляция (passband modulation) Медные провода Оптоволокно, беспроводная среда 11/12 Итоги Физический уровень ◦ Передача потока бит по среде передачи данных Среда передачи данных ◦ Медные кабели ◦ Оптические кабели ◦ Радиоволны Характеристики каналов связи ◦ Пропускная способность ◦ Задержка ◦ Количество ошибок 12/12 Компьютерные сети: Канальный уровень Место в OSI Передача сообщений по каналам связи – кадров (frame) ◦ Определение начала/конца кадра в потоке бит Обнаружение и коррекция ошибок Множественный доступ к каналу связи: ◦ Адресация ◦ Согласованный доступ к каналу 2/18 Работа с кадром Физический уровень передает поток бит Как выделить в этом потоке отдельные сообщения – кадры? 3/18 Формирование кадра 4/18 Методы выделения кадров Указатель количества байт Вставка байтов (byte stuffing) Вставка битов (bit stuffing) Средства физического уровня 5/18 Указатель количества байт В начале каждого кадра указывается его длина в байтах ◦ Просто в реализации 6/18 Вставка байтов и битов Начало и конец каждого кадра отмечаются специальными последовательностями байтов и битов Протокол BSC – текстовые символы: ◦ DLE STX – начало кадра ◦ DLE ETX – конец кадра ◦ Escape последовательность в данных – LDE Протоколы HDLC и PPP – биты: ◦ 01111110 начало и конец кадра ◦ В данных после 5 последовательных 1 добавляется 0 7/18 Средства физического уровня Преамбула (классический Ethernet) ◦ Длина 8 байт ◦ Первые 7 байт: 10101010 ◦ Последний байт: 10101011 (ограничитель начала кадра) Передача неиспользуемых символов избыточного кода (Fast Ethernet) ◦ Начало кадра – пара символы J (11000) и K (10001) ◦ Конец кадра – символ T (01101) 8/18 Обнаружение и исправление ошибок Обнаружение ошибок ◦ Контрольная сумма Исправление ошибок ◦ Коды исправляющие ошибки (с избыточной информацией) ◦ Позволяюь обнаружить и справлять ошибки Повторная отправка данных ◦ Если в кадре обнаружена ошибка, его можно отправить повторно ◦ Повторная отправка кадра, который не дошел до получателя 9/18 Повторная отправка 10/18 Методы повторной отправки Остановка и ожидание ◦ Отправитель передает кадр и останавливается ◦ Получатель отправляет подтверждение ◦ Отправитель передает новый кадр Скользящее окно ◦ ◦ ◦ ◦ Отправитель передает несколько кадров один за другим, не дожидаясь подтверждения Количество кадров, которое можно отправить называется размером окна Получатель подтверждает получение кадров Отправитель передает новую порцию кадров 11/18 Обнаружение и исправление ошибок Какой подход лучше использовать? ◦ Обнаружение ошибок ◦ Исправление ошибок ◦ Повторная отправка данных На каком уровне модели OSI? ◦ Каналы связи с редкими ошибками – верхние уровни ◦ Каналы связи с частыми ошибками – канальный уровень 12/18 Множественный доступ к каналам Модель OSI разрабатывалась для каналов связи точка-точка ◦ Последовательные линии связи для соединения больших компьютеров Когда получили распространение разделяемые каналы связи, модель пришлось изменить 13/18 Подуровни канального уровня Подуровень управления логическим каналом LLC ◦ Отвечает за передачу данных (создание кадров, обработка ошибок и т.д.) ◦ Общий для разных технологий Подуровень управления доступом к среде MAC ◦ ◦ ◦ ◦ Совместное использование разделяемой среды Адресация Специфичный для разных технологий Не является обязательным 14/18 Услуги подуровня LLC Мультиплексирование ◦ Передача данных разных протоколов (IP, ARP, ICMP) на уровень MAC Управление потоком ◦ Предотвращение «затопления» медленного получателя быстрым отправлением 15/18 Множественный доступ к каналу связи Данные искажаются, если несколько компьютеров передают одновременно ◦ Коллизия Управление доступом: ◦ Обеспечение использования канала только одним отправителем Методы управления доступом: ◦ Рандомизированный – из N компьютеров выбирается один с вероятностью 1/N (Ethernet, WiFi). ◦ На основе правил использования (Token Ring). 16/18 Технологии канального уровня Ethernet Wi-Fi Token Ring FDDI ATM 100VG-AnyLAN 17/18 Итоги Канальный уровень – второй уровень модели OSI Передача сообщений по каналам связи – кадров Обнаружение и исправление ошибок Два подуровня ◦ Управления логическим каналом LLC ◦ Управления доступом к среде MAC Технологии канального уровня: ◦ Ethernet, Wi-Fi (современные) ◦ Token Ring, FDDI, ATM, 100VG-AnyLAN (устаревшие) 18/18