Лекція 2 Інкапсуляція та деінкапсуляція даних
2. Інкапсуляція
Кожен рівень використовує власний протокол для з’єднання з однаковим за призначенням протоколом в іншій системі. Для обміну інформацією між собою рівні використовують протокольні одиниці даних (PDU - Protocol Data Unit). Для PDU кожного рівня використовується унікальне ім’я. Наприклад в TCP/IP транспортний рівень зв’язується з рівним за рангом рівнем іншої моделі, використовуючи сегменти. Такий тип зв’язку називається одноранговим (peer-to-peer). Служби нижчих рівнів використовують інформацію верхніх рівнів як частину власного PDU для обміну з аналогічним рівнем іншої моделі.
Для прикладу, TCP сегменти четвертого рівня стають частиною PDU третього рівня, що називається пакетом і призначений для обміну між мережевими рівнями двох систем, котрі обмінюються даними. В свою чергу PDU третього рівня-пакети включаються в PDU другого рівня – кадри (frames), які стають бітами та передаються апаратним забезпеченням на фізичному рівні. Така процедура називається процедурою формування пакету – інкапсуляцією (encapsulation). Терміном інкапсуляція даних позначають вкладення інформації даних іншого протоколу. На кожному рівні базової моделі OSI проводиться інкапсуляція даних наступного, більш вищого рівня, при переміщенні потоку даних вниз по стеку протоколів. В результаті інкапсуляції створюється набір даних, що називається пакетом. Передача даних в мережі відбувається від джерела до адресату. Якщо один хост хоче передати дані іншому, то вони повинні бути упаковані процесом, що називається інкапсуляція.
Інкапсуляція зв’язує дані з відповідними протоколами перед передачею по мережі, тобто під час “руху” вниз, по OSI моделі, інформація доповнюється заголовками, закінченнями та іншою інформацію. Слово заголовок (header) – означає що додається додаткова інформація (адреса).
П
роцедура
інкапсуляції зображена на рисунку 2.
Коли дані посилаються від джерела вони
просуваються від прикладного рівня
вниз через всі інші рівні. З рівня
відображення вони передаються на
сеансовий рівень, що відповідає за
синхронізацію сеансу з хостом-адресатом.
Далі дані передаються на транспортний
рівень, що відповідає за їх транспортування
від хоста до хоста. Але перед передачею
на мережевий рівень, до пакету, що
формується, додається інформація про
транспортування. Ця інформація, в
свою чергу, поповнюється інформацією
про маршрут на мережевому рівні і складає
пакет. Далі пакет передається на канальний
рівень, формується у вигляді кадрів, що
містять необхідні адреси, для передачі
на фізичний рівень. На цьому рівні
організовується пересилання даних у
вигляді одиниць та нулів. В результаті,
коли потік одиниць та нулів досягне
адресату, дані будуть підняті вверх по
рівням моделі. Такий процес називається
деінкапсуляцією.
Процес інкапсуляції складається з наступних етапів (рисунок 2):
Інформація користувача перетворюється в дані.
З даних на транспортному рівні формуються сегменти, що гарантує надійне спілкування хостів.
Сегменти на мережевому рівні перетворюються в пакети або датаграми, що містять заголовки з логічними адресами джерела і адресата. Ці адреси допомагають мережевим пристроям надсилати інформацію через мережу по вибраному шляху.
Пакети або датаграми розбиваються на кадри, що містять заголовки з апаратними (фізичними) адресами джерела і адресата. Це дозволяє забезпечити зв’язок з наступним безпосередньо під’єднаним пристроєм.
З кадрів складається потік бітів для передачі в середовищі. Функція синхронізації дозволяє розрізняти ці біти під час їх передачі. Це середовище в реальній мережі може змінюватися впродовж використаного шляху. Наприклад, e-mail повідомлення можуть виникати в локальній мережі (Local Area Network (LAN)), передаватись в магістраль і виходити в глобальну мережу (Wide Area Network (WAN)) доки не досягнуть адресата в іншій, віддаленій локальній мережі. Заголовки і закінчення додаються доти, доки дані рухаються вниз через рівні OSI моделі.
Лекція 3
Класифікація та характеристики комп’ютерних мереж
Локальні мережі Local-area networks (LANs), глобальні мережі Wide-area networks (WANs), метрополітен мережі Metropolitan-area networks (MANs), Storage-area networks (SANs), Virtual private network (VPN).
Локальні мережі
Важлива подія, що вплинула на еволюцію комп'ютерних мереж, відбулося на початку 70-х років. У результаті технологічного прориву в області виробництва комп'ютерних компонентів з'явилися великі інтегральні схеми (БІС). Їх порівняно невисока вартість і відмінні функціональні можливості привели до створення міні-комп'ютерів, що стали реальними конкурентами мейнфреймів. Навіть невеликі підрозділи підприємств одержали можливість мати власні комп'ютери. Міні-комп'ютери виконували задачі керування технологічним устаткуванням, складом і інші задачі рівня відділу підприємства. Таким чином, з'явилася концепція розподілу комп'ютерних ресурсів по всьому підприємству.
Потреби користувачів обчислювальної техніки росли. Їх уже не задовольняла ізольована робота на власному комп'ютері, їм хотілося в автоматичному режимі обмінюватися комп'ютерними даними з користувачами інших підрозділів. Відповіддю на цю потребу стала поява перших локальних обчислювальних мереж.
Локальні мережі (Local Area Networks, LAN) — це об'єднання комп'ютерів, зосереджених на невеликій території, зазвичай в радіусі не більш 1-2 км, хоча в окремих випадках локальна мережа може мати і більш протяжні розміри, наприклад у кілька десятків кілометрів. У загальному випадку локальна мережа являє собою комунікаційну систему, що належить одній організації.
Спочатку для з'єднання комп'ютерів один з одним використовувалися нестандартні програмно-апаратні засоби. Різноманітні пристрої сполучення, що використовують свій власний спосіб представлення даних на лініях зв'язку, свої типи кабелів і т.п., могли з'єднувати тільки ті конкретні моделі комп'ютерів, для яких були розроблені.
У середині 80-х років положення справ у локальних мережах стало кардинально мінятися. Затвердилися стандартні технології об'єднання комп'ютерів у мережу -Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, трохи пізніше — FDDI. Потужним стимулом для їхньої появи послужили персональні комп'ютери. Ці масові продукти стали ідеальними елементами для побудови мереж — з одного боку, вони були досить потужними для роботи мережевого програмного забезпечення, а з іншого боку — мали потребу в об'єднанні своєї обчислювальної потужності для вирішення складних задач, а також поділу периферійних пристроїв і дискових масивів.
Усі стандартні технології локальних мереж опиралися на той же принцип комутації, що був з успіхом випробуваний і довів свої переваги при передачі трафіка даних у глобальних комп'ютерних мережах — принцип комутації пакетів.
Кінець 90-х виявив явного лідера серед технологій локальних мереж — сімейство Ethernet, в яке ввійшли класична технологія Ethernet 10 Мбіт/з, а також Fast Ethernet 100 Мбіт/з і Gigabit Ethernet 1000 Мбіт/с. Прості алгоритми роботи визначили низьку вартість устаткування Ethernet. Широкий діапазон ієрархії швидкостей дозволяє раціонально будувати локальну мережу, застосовуючи ту технологію сімейства, що найбільшою мірою відповідає задачам підприємства і потребам користувачів.
Локальні мережі складються з наступних пристроїв:
комп’ютери;
мережеві картки;
периферійні пристрої;
мережеве середовище;
мережеві пристрої.
Деякі приклади топологій для локальних мереж є:
Ethernet
Token Ring
FDDI
Глобальні мережі
Почалося усе з вирішення простої задачі — доступу до комп'ютера з терміналів, віддалених від нього на багато сотень, а то і тисячі кілометрів. Термінали з'єднувалися з комп'ютерами через телефонні мережі за допомогою модемів. Такі мережі дозволяли численним користувачам одержувати віддалений доступ до поділюваних ресурсів декількох потужних комп'ютерів класу суперЕОМ. Потім з'явилися системи, у яких поряд з віддаленними з'єднаннями типу термінал-комп'ютер були реалізовані і віддаленні зв'язки типу комп'ютер-комп'ютер. Комп'ютери одержали можливість обмінюватися даними в автоматичному режимі, що, власне, і є базовим механізмом будь-якої обчислювальної мережі. На основі цього механізму в перших мережах були реалізовані служби обміну файлами, синхронізації баз даних, електронної пошти й інші, що стали тепер традиційними мережевими служби.
Таким чином, хронологічно першими з'явилися глобальні мережі (Wide Area Networks, WAN), тобто мережі, що поєднують територіально розосереджені комп'ютери, що можливо знаходяться в різних містах і країнах. Саме при побудові глобальних мереж були вперше запропоновані і відпрацьовані багато основних ідей і концепцій сучасних комп’ютерних мереж. Такі, наприклад, як багаторівнева побудова комунікаційних протоколів, технологія комутації пакетів, маршрутизація пакетів у складених мережах.
Глобальні комп'ютерні мережі дуже багато чого успадкували від інших, набагато більш старих і розповсюджених глобальних мереж — телефонних. Головним результатом створення перших глобальних комп'ютерних мереж було відмова від принципу комутації каналів, який протягом багатьох десятків років успішно використовувався в телефонних мережах.
Так як прокладка високоякісних ліній зв'язку на великі відстані обходиться дуже дорого, то в перших глобальних мережах часто використовувалися вже існуючі канали зв'язку, які були призначені зовсім для інших цілей. Наприклад, протягом багатьох років глобальні мережі будувалися на основі телефонних каналів тональної частоти, здатних у кожен момент часу вести передачу тільки однієї розмови в аналоговій формі. Оскільки швидкість передачі дискретних комп'ютерних даних по таких каналах була дуже низькою (десятки кілобит у секунду), набір наданих послуг у глобальних мережах такого типу зазвичай обмежувався передачею файлів, переважно у фоновому режимі, і електронною поштою. Крім низької швидкості такі канали мають і інший недолік — вони вносять значні завади в передані сигнали. Тому протоколи глобальних мереж, що побудовані з використанням каналів зв'язку низької якості, відрізняються складними процедурами контролю і відновлення даних. Типовим прикладом таких мереж є мережі Х.25, розроблені ще на початку 70-х, коли низькошвидкісні аналогові канали, орендовані в телефонних компаній, були переважним типом каналів, що з'єднують комп'ютери і комутатори глобальної обчислювальної мережі.
Прогрес глобальних комп'ютерних мереж багато в чому визначався прогресом телефонних мереж. З кінця 60-х років у телефонних мережах усе частіше стала застосовуватися передача голосу в цифровій формі, що привело до появи високошвидкісних цифрових каналів, що з'єднують АТС і дозволяють одночасно передавати десятки і сотні розмов. Була розроблена спеціальна технологія плезиохронної цифрової ієрархії (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH), призначена для створення так званих первинних, чи опорних, мереж. Такі мережі не надають послуг кінцевим користувачам, вони є фундаментом, на якому будуються швидкісні цифрові канали «точка-точка», що з'єднують устаткування іншої мережі, що вже працює на кінцевого користувача.
Спочатку технологія PDH, що підтримувала швидкості до 140 Мбіт/с, була внутрішньою технологією телефонних компаній. Однак згодом ці компанії стали здавати частину своїх каналів PDH в оренду підприємствам, що використовували їх для створення власних телефонних і глобальних комп'ютерних мереж.
З’явившись в кінці 80-х років технологія синхронної цифрової ієрархії (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) розширила діапазон швидкостей цифрових каналів до 10 Гбіт/с, а технологія спектрального мультиплексування (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM) — до сотень гігабіт і навіть декількох терабіт у секунду.
На даний час глобальні мережі по розмаїтті і якості сервісів наздогнали локальні мережі, що довгий час були лідерами в цьому відношенні, хоча і з'явилися на значно пізніше.
глобальні мережі Wide-area networks (WANs) служать для з’єднання локальних мереж на великих географічних віддалях.
WAN розроблені для наступного:
працюють на великих і географічно розділених площах;
дозволяють користувачам з’єднання реального часу з іншими користувачами;
дозволяють постійний чи частковий доступ до віддалених ресурсів, які є підключені до локальних ресурсів;
Надають е-мейл, Інтернет сервіси і сервіси по передачі файлів.
Деякі загальні WAN сервіси є:
Модеми
Integrated Services Digital Network (ISDN)
Digital subscriber line (DSL)
Frame Relay
T1, E1, T3, and E3
Synchronous Optical Network (SONET)
Metropolitan-area networks (MANs)
Без провідні мости можуть бути використані для створення MANs. MANs зазвичай складається з двох чи більше локальних мереж розділених невеликими віддалями. Наприклад банк з багатьма вітками може використовувати MANs.
Storage-area networks (SANs)
SANs - це спеціально призначена, високороботоздатна мережа, яка використовується для передачі даних між серверами і джерелами зберігання інформації. Через те, що вона є відділеної від інших, спеціально розробленою, вона запобігає конфлікту данних між користувачами і серверами.
SANs технології дозволяють наступні особливості:
Високу робото здатність - SANs дозволяють конкурентний доступ до дисків та масивів записів для двох чи більше серверів з високою швидкістю. Це забезпечує розширену робото здатність системи.
SANs мають вбудовану технологію по роботі з помилками. Дані можуть подвоюватись на відстанях до 10 км.
Масштабованість - SANs можуть використовувати різні технології. Це дозволяє легке переміщення бекап даних, переміщення файлів, копіювання даних між системами.