Модель взаимосвязи открытых систем

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 11Следующая ⇒

Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по техническим характеристикам и обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных. Решение этой задачи относится к области стандартизации и основано на так называемой модели OSI (модель взаимодействия открытых систем - ModelofOpenSystemInterconnections). Модель OSI была создана на основе технических предложений Международного института стандартов ISO (InternationalStandardsOrganization).

Согласно модели OSI архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях (рис.9.7).

Самый верхний уровень – прикладной. На этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой.

Самый нижний уровень – физический. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнегоуровня на нижний, затем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.

Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами. Протоколы определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратныепротоколы) и характер взаимодействия программ и данных (программныепротоколы). Физически функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства и программные средства (программы поддержки протоколов). Программы, выполняющие поддержку протоколов, также называют протоколами.

Каждый уровень архитектуры подразделяется на две части:

– спецификацию услуг;

– спецификацию протокола.

Спецификация услуг определяет, что делает уровень, а спецификация протокола - как он это делает, причем каждый конкретный уровень может иметь более одного протокола.

Рассмотрим функции, выполняемые каждым уровнемпрограммного обеспечения:

1. Физическийуровень осуществляет соединение с физическим каналом, отсоединение от канала и управление работой канала связи. На этом уровне определяется скорость передачи данных и топология сети.

2. Канальныйуровень формирует кадры данных. Кадр формируется путем добавления к передаваемым пакетам заголовка с указанием адреса источника и места назначения, а также средств обнаруженияошибок. Этот уровень обеспечивает доставку кадра между узлами сети.

3. Сетевой уровень определяет маршрут передачи пакетов данных по многоуровневой сети, т.е. с подсетями. Основная задача сетевого уровня – маршрутизация данных, заключающаяся в передаче данных между подсетями многоуровневой сети.

4. Транспортный уровень уточняется адрес назначения данных, осуществляет их разделение на пакеты и обеспечивает их передачу с той степенью надежности, которая им требуется.

5. Сеансовый уровень осуществляет управление сеансами связи между двумя взаимодействующими пользователями, определяет начало и окончание сеанса связи, время, длительность и режим сеанса связи, восстанавливает соединение после ошибок во время сеанса связи без потери данных.

6. Представительскийуровень обеспечивает подготовку данных к передаче по сети, например, кодирование и упаковка данных. Задачей данного уровня является преобразование данных при передаче информации в формат, который используется в информационной системе. При приеме данных этот уровень выполняет обратное преобразование.

7. Прикладнойуровень взаимодействует с прикладными сетевыми программами, обслуживающими файлы, а также выполняет вычислительные, информационно-поисковыеработы, логические преобразования информации, передачу почтовых сообщений и т.п. Главная задача этого уровня – обеспечить удобный интерфейс для пользователя.

На разных уровнях обмен происходит различными единицами информации: биты, кадры, пакеты, сеансовые сообщения, пользовательские сообщения.

Сетевое оборудование

Основными компонентами сети являются рабочиестанции, серверы, передающиесреды ( кабели ) и сетевоеоборудование.

Рабочими станциями называются компьютеры сети, на которых пользователями сети реализуются прикладные задачи.

Серверы сети – это аппаратно-программные системы, выполняющие функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа. Сервером может быть любой подключенный к сети компьютер, на котором находятся ресурсы, используемые другими устройствами локальной сети. В качестве аппаратной части сервера используется достаточно мощные компьютеры.

Сети можно создавать с любым из следующих типов кабеля:

1. Витая пара ( TP – TwistedPair) – это кабель, выполненный в виде скрученной пары проводов. Он может быть экранированным и неэкранированным. Экранированный кабель более устойчив к электромагнитным помехам. Витая пара наилучшим образом подходит для малых учреждений. Недостатками данного кабеля является высокий коэффициент затухания сигнала и высокая чувствительность к электромагнитным помехам, поэтому максимальное расстояние между активными устройствами в ЛВС при использовании витой пары должно быть не более 100 метров.

2. Коаксиальный кабель состоит из одного цельного или витого центрального проводника, который окружен слоем диэлектрика. Проводящий слой алюминиевой фольги, металлической оплетки или их комбинации окружает диэлектрик и служит одновременно как экран против наводок. Общий изолирующий слой образует внешнюю оболочку кабеля.

Коаксиальный кабель может использоваться в двух различных системах передачи данных: без модуляции сигнала и с модуляцией. В первом случае цифровой сигнал используется в таком виде, в каком он поступает из компьютера и сразу же передается по кабелю на приемнуюстанцию. Он имеет один канал передачи со скоростью до 10 Мбит/сек и максимальный радиус действия 4000 м. Во втором случае цифровой сигнал превращают в аналоговый и направляют его на приемную станцию, где он снова превращается в цифровой. Операция превращения сигнала выполняется модемом, поэтому каждая станция должна иметь свой модем. Этот способ передачи является многоканальным (обеспечивает передачу по десяткам каналов, используя для этого всего лишь один кабель). Таким способом можно передавать звуки, видео сигналы и другие данные. Длина кабеля может достигать до 50 км.

3. Оптоволоконный кабель является более новой технологией, используемой в сетях. Носителем информации является световой луч, который модулируется сетью и принимает форму сигнала. Такая система устойчива к внешним электрическим помехам и таким образом возможна очень быстрая, секретная и безошибочная передача данных со скоростью до 2 Гбит/с. Количество каналов в таких кабелях огромно. Для организации обмена данными сетевые устройства необходимо соединять двумя оптическими волокнами, по одному из которых ведется прием, по другому – передача (на практике оптоволоконный кабель всегда имеет четное, парное кол-во волокон). К недостаткам оптоволоконного кабеля можно отнести большую стоимость, а также сложность подсоединения.

4. Радиоволны в микроволновом диапазоне используются в качестве передающей среды в беспроводных локальных сетях, либо между мостами или шлюзами для связи между локальными сетями. В первом случае максимальное расстояние между станциями составляет 200 - 300 м, во втором – это расстояние прямой видимости. Скорость передачи данных – до 2 Мбит/с.

Беспроводные локальные сети считаются перспективным направлением развития локальных сетей. Их преимущество – простота и мобильность. Также исчезают проблемы, связанные с прокладкой и монтажом кабельных соединений – достаточно установить интерфейсные платы на рабочие станции, и сеть готова к работе.

Выделяют следующие виды сетевого оборудования:

1. Сетевые карты – это контроллеры, подключаемые в слоты расширения материнской платы компьютера, предназначенные для передачи сигналов в сеть и приема сигналов из сети.

2. Терминаторы – это резисторы номиналом 50 Ом, которые производят затухание сигнала на концах сегмента сети. Сегмент – это связная часть сети, не содержащая коммутаторов и маршрутизаторов.

3. Концентраторы ( Hub ) – это центральные устройства сети с физической топологией " звезда", которые при получении пакета сообщений на один из своих портов пересылает его на все остальные. В результате получается сеть с логической структурой общей шины. Различают концентраторы активные и пассивные. Активные концентраторы усиливают полученные сигналы и передают их. Пассивные концентраторы пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его.

4. Повторители ( Repeater ) – устройства сети, которые усиливают и заново формируют форму входящего аналогового сигнала сети на расстояние другого сегмента. Повторитель действует на физическом уровне для соединения двух сегментов. Повторители не распознают сетевые адреса рабочих станций и поэтому не могут использоваться для уменьшения трафика, т.е. потока данных в сети.

5. Коммутаторы ( Switch ) – управляемые программным обеспечением центральные устройства сети, сокращающие сетевой трафик за счет того, что пришедший пакет анализируется для выяснения адреса его получателя и соответственно передается только ему.

Использование коммутаторов является более дорогим, но и более производительным решением. Коммутатор обычно значительно более сложное устройство и может обслуживать одновременно несколько запросов. Если по какой-то причине нужный порт в данный момент времени занят, то пакет помещается в буферную память коммутатора, где и дожидается своей очереди. Построенные с помощью коммутаторов сети могут охватывать несколько сотен машин и иметь протяженность в несколько километров.

6. Маршрутизаторы ( Router ) – стандартные устройства сети, работающие на сетевом уровне, позволяющие переадресовывать и маршрутизировать пакеты из одной сети в другую, а также фильтровать широковещательные сообщения.

7. Мосты ( Bridge ) – устройства сети, которое соединяют два отдельных сегмента, ограниченных своей физической длиной, для передачи трафика между ними. Мосты также усиливают и конвертируют сигналы для кабеля другого типа. Это позволяет расширить максимальный размер сети, одновременно не нарушая ограничений на максимальную длину кабеля, количество подключенных устройств или количество повторителей на сетевой сегмент.

8. Шлюзы ( Gateway ) – программно-аппаратные комплексы, соединяющие разнородные сети (с различным набором протоколов) или сетевые устройства. Шлюзы позволяет решать проблемы различия протоколов или систем адресации. Они действует на сеансовом, представительском и прикладном уровнях модели OSI.

9. Межсетевые экраны (firewall, брандмауэры) – это сетевые устройства, реализующие контроль за поступающей в локальную сеть и выходящей из нее информацией, и обеспечивающие защиту локальной сети посредством фильтрации информации. Большинство межсетевых экранов построено на классических моделях разграничения доступа, согласно которым субъекту (пользователю, программе, процессу или сетевому пакету) разрешается или запрещается доступ к какому-либо объекту (файлу или узлу сети) при предъявлении некоторого уникального, присущего только этому субъекту, элемента. В большинстве случаев этим элементом является пароль. В других случаях таким уникальным элементом являются микропроцессорные карточки, биометрические характеристики пользователя (например, отпечатки пальцев) и т.п. Для сетевого пакета таким элементом являются адреса или флаги, находящиеся в заголовке пакета, а также некоторые другие параметры.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒