|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Классы Reader и Writer и их наследники
Рассмотренные классы – наследники InputStream и OutputStream – работают с байтовыми данными. Если с их помощью записывать или считывать текст, то сначала необходимо сопоставить каждому символу его числовой код. Такое соответствие называется кодировкой. Известно, что Java использует кодировку Unicode, в которой символы представляются двухбайтовым кодом. Байтовые потоки зачастую работают с текстом упрощенно – они просто отбрасывают старший байт каждого символа. В реальных же приложениях могут использовать различные кодировки (даже для русского языка их существует несколько). Поэтому в версии Java 1.1 появился дополнительный набор классов, основывающийся на типах Reader и Writer. Их иерархия представлена на рисунке 15.2 Эта иерархия очень схожа с аналогичной для байтовых потоков InputStream и OutputStream. Главное отличие между ними – Reader и Writer работают с потоком символов ( char ). Только чтение массива символов в Reader описывается методом read(char[]), а запись в Writer – write(char[]). В таблице 15.1 приведены соответствия классов для байтовых и символьных потоков.
Как видно из таблицы, различия крайне незначительны и предсказуемы. Например, конечно же, отсутствует преобразование в символьное представление примитивных типов Java и объектов ( DataInput/Output, ObjectInput/Output ). Добавлены классы-мосты, преобразующие символьные потоки в байтовые: InputStreamReader и OutputStreamWriter. Именно на их основе реализованы FileReader и FileWriter. Метод available() класса InputStream в классе Reader отсутствует, он заменен методом ready(), возвращающим булевое значение, – готов ли поток к считыванию (то есть будет ли считывание произведено без блокирования). В остальном же использование символьных потоков идентично работе с байтовыми потоками. Так, программный код для записи символьных данных в файл будет выглядеть примерно следующим образом: String fileName = " d: \\file.txt"; //Строка, которая будет записана в файлString data = " Some data to be written and read.\n"; try{ FileWriter fw = new FileWriter(fileName); BufferedWriter bw = new BufferedWriter(fw); System.out.println(" Write some data to file: " + fileName); // Несколько раз записать строку for(int i=(int)(Math.random()*10); --i> =0; ) bw.write(data); bw.close(); // Считываем результат FileReader fr = new FileReader(fileName); BufferedReader br = new BufferedReader(fr); String s = null; int count = 0; System.out.println(" Read data from file: " + fileName); // Считывать данные, отображая на экран while((s=br.readLine())! =null) System.out.println(" row " + ++count + " read: " + s); br.close(); } catch(Exception e) { e.printStackTrace(); }Пример 15.15. Классы-мосты InputStreamReader и OutputStreamWriter при преобразовании символов также используют некоторую кодировку. Ее можно задать, передав в конструктор в качестве аргумента ее название. Если оно не будет соответствовать никакой из известных кодировок, будет брошено исключение UnsupportedEncodingException. Вот некоторые из корректных значений этого аргумента (чувствительного к регистру! ) для распространенных кодировок: " Cp1251", " UTF-8", " 8859_1" и т.д. Класс StreamTokenizer Экземпляр StreamTokenizer создается поверх существующего объекта, либо InputStream, либо Reader. Как и java.util.StringTokenizer, этот класс позволяет разбивать данные на лексемы (token), выделяемые из потока по определенным свойствам. Поскольку работа ведется со словами, конструктор, принимающий InputStream, объявлен как deprecated (предлагается оборачивать байтовый поток классом InputStreamReader и вызывать второй конструктор). Общий принцип работы такой же, как и у StringTokenizer, – задаются параметры разбиения, после чего вызывается метод nextToken(), пока не будет достигнут конец потока. Способы задания разбиения у StreamTokenizer довольно разнообразны, но просты, и поэтому здесь не рассматриваются. Работа с файловой системой Класс File Если классы потоков осуществляют реальную запись и чтение данных, то класс File – это вспомогательный инструмент, призванный обеспечить работу с файлами и каталогами. Объект класса File является абстрактным представлением файла и пути к нему. Он устанавливает только соответствие с ним, при этом для создания объекта неважно, существует ли такой файл на диске. После создания можно выполнить проверку, вызвав метод exists, который возвращает значение true, если файл существует. Создание или удаление объекта класса File никоим образом не отображается на реальных файлах. Для работы с содержимым файла можно получить экземпляры FileI/OStream. Объект File может указывать на каталог (узнать это можно путем вызова метода isDirectory ). Метод list возвращает список имен (массив String ) содержащихся в нем файлов (если объект File не указывает на каталог – будет возвращен null ). Следующий пример демонстрирует использование объектов класса File: import java.io.*; public class FileDemo { public static void findFiles(File file, FileFilter filter, PrintStream output) throws IOException{ if (file.isDirectory()) { File[] list = file.listFiles(); for (int i=list.length; --i> =0; ) { findFiles(list[i], filter, output); } } else { if (filter.accept(file)) output.println(" \t" + file.getCanonicalPath()); } } public static void main(String[] args) { class NameFilter implements FileFilter { private String mask; NameFilter(String mask) { this.mask = mask; } public boolean accept(File file){ return (file.getName().indexOf(mask)! =-1)? true: false; } } File pathFile = new File("." ); String filterString = ".java"; try { FileFilter filter = new NameFilter(filterString); findFiles(pathFile, filter, System.out); } catch(Exception e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(" work finished" ); }}Пример 15.16. При выполнении этой программы на экран будут выведены названия (в каноническом виде) всех файлов, с расширением.java, содержащихся в текущем каталоге и всех его подкаталогах. Для определения того, что файл имеет расширение.java, использовался интерфейс FileFilter с реализацией в виде внутреннего класса NameFilter. Интерфейс FileFilter определяет только один метод accept, возвращающий значение, определяющее, попадает ли переданный файл в условия фильтрации. Помимо этого интерфейса, существует еще одна разновидность интерфейса фильтра – FilenameFilter, где метод accept определен несколько иначе: он принимает не объект файла к проверке, а объект File, указывающий на каталог, где находится файл для проверки, и строку его названия. Для проверки совпадения, с учетом регулярных выражений, нужно соответствующим образом реализовать метод accept. В конкретном приведенном примере можно было обойтись и без использования интерфейсов FileFilter или FilenameFilter. На практике их можно использовать для вызова методов list объектов File – в этих случаях будут возвращены файлы с учетом фильтра. Также класс File предоставляет возможность получения некоторой информации о файле.
Также можно изменить некоторые свойства файла – методы setReadOnly, setLastModified, назначение которых очевидно из названия. Если нужно создать файл на диске, это позволяют сделать методы createNewFile, mkDir, mkDirs. Соответственно, createNewFile создает пустой файл (если таковой еще не существует), mkDir создает каталог, если для него все родительские уже существуют, а mkDirs создаст каталог вместе со всеми необходимыми родительскими. Файл можно и удалить – для этого предназначены методы delete и deleteOnExit. При вызове метода delete файл будет удален сразу же, а при вызове deleteOnExit по окончании работы Java-машины (только при корректном завершении работы) отменить запрос уже невозможно. Таким образом, класс File дает возможность достаточно полного управления файловой системой. Класс RandomAccessFile Этот класс реализует сразу два интерфейса – DataInput и DataOutput – следовательно, может производить запись и чтение всех примитивных типов Java. Эти операции, как следует из названия, производятся с файлом. При этом их можно производить поочередно, произвольным образом перемещаясь по файлу с помощью вызова метода seek(long) (переводит на указанную позицию в файле). Узнать текущее положение указателя в файле можно вызовом метода getFilePointer. При создании объекта этого класса конструктору в качестве параметров нужно передать два параметра: файл и режим работы. Файл, с которым будет проводиться работа, указывается либо с помощью String – название файла, либо объектом File, ему соответствующим. Режим работы ( mode ) – представляет собой строку либо " r" (только чтение), либо " rw" (чтение и запись). Попытка открыть несуществующий файл только на чтение приведет к исключению FileNotFoundException. При открытии на чтение и запись он будет незамедлительно создан (или же будет брошено исключение FileNotFoundException, если это невозможно осуществить). После создания объекта RandomAccessFile можно воспользоваться методами интерфейсов DataInput и DataOutput для проведения с файлом операций считывания и записи. По окончании работы с файлом его следует закрыть, вызвав метод close. Заключение В данной лекции вы познакомились с таким важным понятием, как потоки данных ( stream ). Потоки являются очень эффективным способом решения задач, связанных с передачей и получением данных, независимо от особенностей используемых устройств ввода/вывода. Как вы теперь знаете, именно в пакете java.io содержатся стандартные классы, решающие задачи обмена данными в самых различных форматах. Были описаны базовые классы байтовых потоков InputStream и OutputStream, а также символьных потоков Reader и Writer. Все классы потоков явным или неявным образом наследуются от них. Краткий обзор показал, для чего предназначен каждый класс, как с ним работать, какие классы не рекомендованы к использованию. Изучено, как передавать в потоки значения примитивных типов Java. Особое внимание было уделено операциям с объектами, для которых существует специальный механизм сериализации. Наконец, были описаны классы для работы с файловой системой – File и RandomAccessFile. Лекция 16. Введение в сетевые протоколы Основы модели OSI В течение последних нескольких десятилетий размеры и количество сетей значительно выросли. В 80-х годах существовало множество типов сетей. И практически каждая из них была построена на своем типе оборудования и программного обеспечения, зачастую не совместимых между собой. Это приводило к значительным трудностям при попытке соединить несколько сетей (например, различный тип адресации делал эти попытки практически безнадежными). Эта проблема была рассмотрена Всемирной организацией по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO) и было принято решение разработать модель сети, которая могла бы помочь разработчикам и производителям сетевого оборудования и программного обеспечения действовать сообща. В результате в 1984 г. была создана модель OSI – модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnected). Она состоит из семи уровней, на которые разделяется задача организации сетевого взаимодействия. Схематично они представлены в таблице 16.1
Хотя сегодня существуют разнообразные модели сетей, большинство разработчиков придерживается именно этой общепризнанной схемы. Рассмотрим процесс передачи информации между двумя компьютерами. Программное обеспечение формирует сообщение на уровне 7 (приложений), состоящее из заголовка и полезных данных. В заголовке содержится служебная информация, которая необходима уровню приложений адресата для обработки пересылаемой информации (например, это может быть информация о файле, который необходимо передать, или операции, которую нужно выполнить). После того, как сообщение было сформировано, уровень приложений направляет его " вниз" на представительский уровень (layer 6). Полученное сообщение, состоящее из служебной информации уровня 7 и полезных данных, для уровня 6 представляется как одно целое (хотя уровень 6 может считывать служебную информацию уровня 7). Протокол представительского уровня выполняет необходимые действия на основании данных, полученных из заголовка уровня приложений, и добавляет заголовок своего уровня, в котором содержится информация для соответствующего (6-го) уровня адресата. Полученное в результате сообщение передается далее " вниз" сеансовому уровню, где также добавляется служебная информация. Дополненное сообщение передается на следующий транспортный уровень и т.д. на каждом последующем уровне (схематично это представлено нарисунке 16.1). При этом служебная информация может добавляться не только в начало сообщения, но и в конец (например, на 3-м уровне, рисунок 16.2). В итоге получается сообщение, содержащее служебную информацию всех семи уровней.
Процесс " обертывания" передаваемых данных служебной информацией называется инкапсуляцией ( encapsulation ). Далее это сообщение передается через сеть в виде битов. Бит – это минимальная порция информации, которая может принимать значение 0 или 1. Таким образом, все сообщение кодируется в виде набора нулей и единиц, например, 010110101. В простейшем случае на физическом уровне для передачи формируется электрический сигнал, состоящий из серии электрических импульсов ( 0 - нет сигнала, 1 - есть сигнал). Именно эта единица принята для измерения скорости передачи информации. Современные сети обычно предоставляют каналы с производительностью в десятки и сотни Кбит/с и Мбит/с. Получатель на физическом уровне получает сообщение в виде электрического сигнала (рис. 16.3). Далее происходит процесс, обратный инкапсуляции, – декапсуляция ( decapsulation ). На каждом уровне происходит разбор служебной информации. После декапсуляции сообщения на первом уровне (считывания и обработки служебной информации 1-го уровня) это сообщение, содержащее служебную информацию второго уровня и данные в виде полезных данных и служебной информации вышестоящих уровней, передается на следующий уровень. На канальном (2-м) уровне снова происходит анализ системной информации и сообщение передается на следующий уровень. И так до тех пор, пока сообщение не дойдет до уровня приложений, где в виде конечных данных передается принимающему приложению.
В качестве примера можно привести обращение браузера к web-серверу. Приложение клиента – браузер – формирует запрос для получения web-страницы. Этот запрос передается приложением на уровень 7 и далее последовательно на каждый уровень модели OSI. Достигнув физического уровня, наш первоначальный запрос " обрастает" служебной информацией каждого уровня. После этого он передается по физической сети (кабелям) в виде электрических импульсов на сервер. На сервере происходит разбор соответствующей системной информации каждого уровня, в результате чего посланный запрос достигает приложения web-сервера. Там он обрабатывается, после чего клиенту отправляется ответ. Процесс отправки ответа аналогичен отправке запроса – за исключением того, что сообщение посылает сервер, а получает клиент. Так как каждый уровень модели OSI стандартизирован, потребители могут использовать совместно оборудование и программное обеспечение различных производителей. В результате web-сервер под управлением операционной системы Sun Solaris может передать HTML-страницу пользователю MS Windows. Разумеется, совместимость можно обеспечить лишь до некоторого уровня. Если одна машина передает данные в виде радиоволн, а другая в виде световых импульсов, то их взаимодействие без использования дополнительного оборудования невозможно. Поэтому было введено понятие сете-независимых и сете-зависимых уровней. Три нижних уровня – физический, канальный и сетевой – являются сете-зависимыми. Например, смена Ethernet на ATM влечет за собой полную смену протокола физического и канального уровней. Три верхних уровня – приложений, представительский и сессионный – ориентированы на прикладные задачи и практически не зависят от физической технологии построения сети. Так, переход от Token Ring на Ethernet не требует изменений в перечисленных уровнях. Транспортный уровень является промежуточным между сете-зависимыми и сете-независимыми уровнями. Он скрывает все детали функционирования нижних уровней от верхних. Это позволяет разработчику приложений не задумываться о технических средствах реализации транспортировки сетевых сообщений. Вместе с названием сообщение ( message ) в стандартах ISO для обозначения единицы данных используют термин протокольный блок данных ( Protocol Data Unit, PDU ). В разных протоколах применяются и другие названия, закрепленные стандартами, или просто традиционные. Например, в семействе протоколов TCP/IP протокол TCP разделяет поток данных на сегменты, протокол UDP работает с датаграммами (или дейтаграммами, от datagram), сам протокол IP использует термин пакеты. Часто так же говорят о кадрах или фреймах. Для более глубокого понимания принципов работы сети рассмотрим каждый уровень по отдельности. Physical layer (layer 1) Как видно из общей схемы расположения уровней в модели OSI, физический уровень ( Physical layer ) самый первый. Этот уровень описывает среду передачи данных. Стандартизируются физические устройства, отвечающие за передачу электрических сигналов (разъемы, кабели и т.д.) и правила формирования этих сигналов. Рассмотрим по порядку все составляющие этого уровня. Большая часть сетей строится на кабельной структуре (хотя существуют сети, основанные на передаче информации с помощью, например, радиоволн). Сейчас существуют различные типы кабелей. Наиболее распространенные из них:
Телефонный кабель начал использоваться для передачи данных со времен появления первых компьютеров. Главным преимуществом телефонных линий было наличие уже созданной и развитой инфраструктуры. С ее помощью можно передавать данные между компьютерами, находящимися на разных материках, так же легко, как и вести разговор людям, которые находятся за много тысяч километров друг от друга. На сегодняшний день использование телефонных линий также остается популярным. Пользователи, которых устраивает небольшая скорость передачи данных, могут получить доступ к интернету со своих домашних компьютеров. Основными недостатками использования телефонного кабеля является небольшая скорость передачи, т.к. соединение происходит не напрямую, а через телефонные станции. При этом требование к качеству передаваемого сигнала при передаче данных значительно выше, чем при передаче " голоса". А так как большинство аналоговых АТС не справляется с этой задачей (уровень " шума", или помех, и качество сигнала оставляет желать лучшего), то скорость передачи данных очень низкая. Хотя при подключении к современным цифровым АТС можно получить высокую и надежную скорость связи. Коаксиальный кабель использовался в сетях еще несколько лет назад, но сегодня это большая редкость. Такой тип кабеля по строению практически идентичен обычному телевизионному коаксиальному кабелю – центральная медная жила отделена слоем изоляции от оплетки. Некоторые отличия есть в электрических характеристиках (в телевизионном кабеле используется кабель с волновым сопротивлением 75 Ом, в сетевом – 50 Ом). Основными недостатками этого кабеля является низкая скорость передачи данных (до 10 Мбит/с), подверженность воздействиям внешних помех. Кроме того, подключение компьютеров в таких сетях происходит параллельно, а значит, максимальная возможная скорость пропускания делится на всех пользователей. Но, по сравнению с телефонным кабелем, коаксиал позволяет объединять близко расположенные компьютеры с намного лучшим качеством связи и более высокой скоростью передачи данных. Витая пара (" twisted pair " ) – наиболее распространенное средство для передачи данных между компьютерами. В данном типе кабеля используется медный попарно скрученный провод, что позволяет уменьшить количество помех и наводок, как при передаче сигнала по самому кабелю, так и при воздействии внешних помех. Существует несколько категорий этого кабеля. Перечислим основные из них. Cat 3 – был стандартизирован в 1991 г., электрические характеристики позволяли поддерживать частоты передачи до 16 МГц, использовался для передачи данных и голоса. Более высокая категория – Cat 5, была специально разработана для поддержки высокоскоростных протоколов. Поэтому его электрические характеристики лежат в пределах до 100Мгц. На таком типе кабеля работают протоколы передачи данных 10, 100, 1000 Мбит/с. На сегодняшний день кабель Cat5 практически вытеснил Cat 3. Основное преимущество витой пары перед телефонными и коаксиальными кабелями – более высокая скорость передачи данных. Также использование Cat 5 в большинстве случаев позволяет, не меняя кабельную структуру, повысить производительность сети (переходом от 10 к 100 и от 100 к 1000 Мбит/с). Оптоволокно используется для соединения больших сегментов сети, которые располагаются далеко друг от друга, или в сетях, где требуется большая полоса пропускания, помехоустойчивость. Оптический кабель состоит из центрального проводника света (сердцевины) – стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла – оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. Световой луч обычно формируется полупроводниковым или диодным лазером. В зависимости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сердечника различают:
Понятие " мода" описывает режим распространения световых лучей в сердечнике кабеля. В одномодовом кабеле используется проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света. В многомодовом кабеле применяются более широкие сердечники, которые легче изготовить. В этих кабелях в сердечнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от оболочки под разными углами. Угол отражения луча называется модой луча. Оптоволокно обладает следующими преимуществами: устойчивость к электромагнитным помехам, высокие скоростные характеристики на больших расстояниях. Основным недостатком является как дороговизна самого кабеля, так и трудоемкость монтажных работ, так как все работы выполняются на дорогостоящем высокоточном оборудовании. Физический уровень также отвечает за преобразование сигналов между различными средами передачи данных. Например, при необходимости соединить сегменты сети, построенные на оптоволокне и витой паре, применяют так называемые конверторы (в данном случае они преобразуют световой импульс в электрический). Для включения компьютера в сеть используется специальное устройство – сетевой адаптер ( Network adapter ), позволяющий обмениваться наборами битов, представленными электрическими сигналами. Сетевая карта (так чаще называют сетевой адаптер ) обычно имеет шину ISA или PCI для подключения в компьютер и соответствующий разъем для подключения к среде передачи данных (например, для витой пары, коаксиал и т.п.). Теперь, когда мы знаем, как происходит соединение компьютеров в одну сеть, рассмотрим варианты физической схемы такой сети, или, другими словами, физической топологии (структуры локальной сети). Топология " шина" (bus) показана на рисунке 16.4.
Все компьютеры и сетевые устройства подсоединены к одному проводу и фактически напрямую соединены между собой. Топология " кольцо" (ring) показана на рис.16.5.
Кольцо состоит из сетевых устройств и кабелей между ними, образующих одно замкнутое кольцо. Топология " звезда" показана на рис.16.6.
Все компьютеры и сетевые устройства подключены к одному центральному устройству. Топология " расширенная звезда" (extended star) показана на рис.16.7.
Такая схема практически аналогична топологии " звезда", за одним исключением. Каждое устройство соединено с локальным центральным устройством, а оно, в свою очередь, соединено с центром другой " звезды". Data layer (layer 2) Физический уровень пересылает просто набор сигналов – битов. При этом не учитывается, что несколько компьютеров, подключенных к одной среде передачи данных (например, к одному кабелю), могут начать одновременно передавать информацию в виде электрических импульсов, что, очевидно, приведет к смешению сигналов. Поэтому одной из задач Data layer (канальный уровень) является проверка доступности среды передачи. Также этот уровень отвечает за доставку фреймов между источником и адресатом в пределах сети с одной топологией. Для обеспечения такой функциональности Data layer разделяют на два подуровня:
LLC отвечает за переход со второго уровня на более высокий – третий сетевой уровень. MAC отвечает за передачу данных на более низкий уровень – Physical layer. Рассмотрим эти подуровни более подробно. LLC sublayer Этот подуровень был создан для обеспечения независимости от существующих технологий. Он обеспечивает обмен данными с сетевым (третьим) уровнем вне зависимости от физической среды передачи данных. LLC получает данные с сетевого уровня, добавляет в них служебную информацию и передает пакет для последующей инкапсуляции и обработки протоколом уровня MAC. Например, это может быть Ethernet, Token Ring, Frame Relay. MAC sublayer Этот подуровень обеспечивает доступ к физическому уровню. Для передачи пакетов по сети необходимо организовать идентификацию компьютеров в сети. Для этого у каждого компьютера на канальном уровне определен уникальный адрес, который еще иногда называют физическим адресом, или MAC-адресом. Он записан в энергонезависимой памяти сетевой карты и задается производителем. Длина MAC-адреса 48 бит, или 6 байт (каждый байт состоит из 8 бит), которые записываются в шестнадцатеричном формате. Первые 3 байта называются OUI (Organizational Unique Identifier), организационный уникальный идентификатор. Этот номер выдается каждому производителю сетевого оборудования международной организацией IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers, Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, источник многих стандартов и спецификаций). Последние 3 байта являются идентификационным номером самой сетевой карты. Производитель гарантирует, что все его адаптеры имеют различные номера. Такая система адресов гарантирует, что в сети не будет двух компьютеров с одинаковыми физическими адресами. Записываться физический адрес может в разных форматах, например: 00: 00: B4: 90: 4C: 8C, 00-00-B4-90-4C-8C, 0000.B490.4C8C – разные производители используют разные стандарты. Рассмотрим, например, адрес 0000.1c12.3456. Здесь 0000.1с – идентификатор производителя, а 12.3456 – идентификатор сетевой карты. Один из самых распространенных протоколов MAC-уровня – протокол Ethernet. В сетях, построенных на его основе, применяется специальный метод для организации доступа к среде передачи данных – CSMA/CD (carrier sense multiple access/collision detect, коллективный доступ с опознаванием несущей и обнаружением коллизий ). Предполагается, что основой сети является общая шина (например, коаксиальный кабель ), к которой подключены все компьютеры. В результате сообщение, отправленное одной машиной, доставляется всем подключенным сетевым устройствам. CSMA/CD описывает целый комплекс мер, необходимых для предотвращения и корректной обработки коллизий (collision), то есть ситуаций, когда несколько компьютеров одновременно начали передачу данных. Очевидно, что в таком случае никто не сможет получить корректную информацию из сети. Рассмотрим более подробно процесс передачи данных на Data layer. Пусть один компьютер собирается послать данные другому. Во время процесса инкапсуляции MAC-адрес этой машины и MAC-адрес получателя будут записаны в служебные поля. Сгенерированное сообщение по правилам протокола Ethernet отсылается через общую шину всем машинам, подключенным к этому участку сети. Каждый компьютер, получивший сообщение, проверяет, кому оно было адресовано. Если MAC-адрес, указанный во фрейме, и MAC-адрес, записанный в сетевом адаптере получателя, совпадают, то пакет принимается и передается на вышестоящий уровень для дальнейшей обработки. Если же адрес в пакете не совпадает с адресом сетевой карты, то такой пакет отбрасывается. Иногда бывает необходимо послать сообщение, которое должно быть получено всеми узлами локальной сети. В этом случае в пакете указывается MAC-адрес получателя в виде FF-FF-FF-FF-FF-FF. Этот адрес используется для широковещания ( broadcast ), которое примут все сетевые устройства и передадут на вышестоящий уровень. Рассмотрим устройства, применяемые для построения сетей в разных топологиях. Топология шина (" bus" ) описывает общую среду передачи данных, которая уже рассматривалась для иллюстрации протокола Ethernet. Специальных устройств для построения такой сети не используется (впрочем, конкретные технологии могут предъявлять специфические требования; например, концы коаксиального кабеля должны подключаться к особому устройству – терминатору, но это не влияет на структуру сети). На топологии кольцо (" ring" ) основывается протокол Token Ring. Физически сеть представляет собой замкнутое кольцо, в котором каждый компьютер двумя отрезками кабеля соединяется со своими соседями. В отличие от сети, работающей на основе Ethernet, здесь используется более сложная схема. Передача ведется последовательно по кольцу в одном направлении. В сети циркулирует кадр специального формата – маркер (token). Если машина не имеет данных для передачи, она при получении маркера передает его дальше по кольцу. В противном случае она изымает его из обращения, что дает ей доступ к сети, и затем отправляет пакет с адресом получателя, который начинает передаваться по кольцу. Когда он доходит до адресата, тот делает пометку, что пакет получен. Машина-отправитель, получив подтверждение, отправляет соседу новый маркер для обеспечения возможности другим станциям сети передавать данные. Хотя этот алгоритм более сложен, он обеспечивает свойства отказоустойчивости. При построении сети на основе топологии " звезда" нужно использовать, кроме сетевых карт в компьютере, дополнительное сетевое оборудование в центре, куда подключаются все " лучи звезды". Например, в качестве такого устройства может применяться концентратор (hub). В этом случае каждый компьютер подключается к нему с помощью кабеля " витая пара ". Алгоритм работы концентратора очень прост – получив пакет на один из своих портов, он пересылает его на все остальные. В результате снова получается общая шина, точнее, – логическая общая шина, поскольку физическая структура сети звездно-образная. Технология Ethernet позволяет снизить количество коллизий с помощью CSMA/CD. Недостатком концентратора является то, что пользователи сети могут " прослушивать" чужой трафик (в том числе перехватить пароль, если он передается в открытом виде). Общая максимальная скорость делится между всеми подключенными пользователями. То есть, если скорость передачи данных составляет 10 Мбит/с, то в среднем на каждого пользователя может приходиться всего 2 Мбит/с. Более дорогим, но и более производительным решением является использование коммутатора (switch). Коммутатор, в отличие от концентратора, имеет в памяти таблицу, сопоставляющую номера его портов и MAC-адреса подключенных к нему компьютеров. Он анализирует у каждого пересылаемого фрейма адрес отправителя, пытаясь определить, какие машины подключены к каждому из его портов. Таким образом коммутатор заполняет свою таблицу. Далее при прохождении очередного фрейма он проверяет адрес получателя, и если он знает, к какому порту подключена эта машина, он посылает фрейм только на один этот порт. Если адрес получателя коммутатору неизвестен, то он отправляет фрейм на все порты, кроме того, с которого этот пакет пришел. Таким образом, получается, что если два компьютера обмениваются данными между собой, то они не перегружают своими пакетами другие порты и, соответственно, их пакеты практически невозможно перехватить. Построенные таким образом сети могут охватывать несколько сотен машин и иметь протяженность в несколько километров. Как правило, такая сеть охватывает одно или несколько зданий одного предприятия, а потому называется локальной сетью (Local area network, LAN). Network layer (layer 3) В предыдущей лекции мы рассмотрели второй уровень в модели OSI. Одним из ограничений этого уровня является использование " плоской" одноуровневой модели адресации. При попытке построить большую сеть, применяя для идентификации компьютеров MAC-адреса, мы получим огромное количество broadcast -трафика. Протокол, который поддерживается третьим уровнем, задействует иерархическую структуру для уникальной идентификации компьютеров. Для примера представим себе телефонную сеть. Она также имеет иерархическую адресацию. Например, в номере +7-095-101-12-34 первая цифра обозначает код страны, далее идет код области/города( 095 ), а затем указывается сам телефон (101-12-34). Последний номер также является составным. 101 – это код станции, куда подключен телефон, а 12-34 определяет местоположение телефона. Благодаря такой иерархической структуре мы можем определить расположение требуемого абонента с наименьшими затратами. Иерархиче Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-03-26; Просмотров: 1135; Нарушение авторского права страницы
