История создания компьютерных сетей. Эволюция компьютерных сетей.
Классификация компьютерных сетей. Топология компьютерных сетей. Виды топологий. Характеристика сетей с различными топологиями.
Виды сетевого кабеля. Технические
характеристики различных типов кабелей.
Технические характеристики каналов связи. Понятие полосы пропускания и пропускной способности.
1)Полоса пропускания
2)Пропускная способность
3)Затухание
4)Амплитудно-частотная хар-ка
5)Помехоустойчивость
6)Достоверность передачи
Коммутация в сетях передачи информации. Методы коммутации. Коммутация каналов. Структурная схема коммутатора каналов.
Выполняемые функции
-подключение
-передача
-разрыв связи
Техника коммутации каналов(А-Е)
+Вся пропускная способность принадлежит 2ум абонентам
-отсутствует возможность подключения абон. к этой сети
-низкая скорость переключения
Коммутация пакетов. Структурная схема коммутатора пакетов. Функции коммутатора пакетов.
Условия коммутации:
-Дискретный сигнал
-Каждый цифровой пакет должен содержать информацию необходимую для надежной доставки пакета
Адресация в локальных и глобальных компьютерных сетях. IP – адресация. Классы IP адресов и их назначение.
В сети любой узел может иметь 3ур.сет.адрес:
МАС-адрес-используется на канальном уровне(задается производителем оборудования ) Первые 3 байта
-идентифицируют производителя и тип оборудования . Вторые 3 байта назначаются производителем(уникальный номер)
2)IP-адрес:назначается системным администратором лок.сети или NIC(Network
Information Center
3
)Доменое
имя(DNS) Задает соответвтствуюшему
IP –домен
Структура пакета(кадра) стандарта Ethernet. Физическая адресация в локальных сетях.
В качестве адреса используется МАС-адрес
Методы коммутации пакетов. Дейтограммная передача пакетов. Протокол доставки пользовательских дейтограмм.
1) Дейтограммный. При дейтограмной передаче все пакеты обрабатываются независимо друг от друга. Выбор интерфейса происходит на основании адреса назначения, который находится в заголовке пакета. Данный метод работает достаточно быстро т.к. никаких предварительных действий пред отправкой данных производить не надо. Данный метод не гарантирует доставку, он делает это по мере возможности.
2)Вирт.соединение
3)Вирт.канал
Виртуальный канал и виртуальное соединение.
передача пакетов по виртуальному каналу (virtual circuit или virtual channel). В этом случае перед тем, как начать передачу данных между двумя конечными узлами, должен быть установлен виртуальный канал, который представляет собой единственный маршрут, соединяющий эти конечные узлы. Виртуальный канал может быть динамическим или постоянным. Динамический виртуальный канал устанавливается при передаче в сеть специального пакета - запроса на установление соединения. Этот пакет проходит через коммутаторы и «прокладывает» виртуальный канал. Это означает, что коммутаторы запоминают маршрут для данного соединения и при поступлении последующих пакетов данного соединения отправляют их всегда по проложенному маршруту. Постоянные виртуальные каналы создаются администраторами сети путем ручной настройки коммутаторов.
При отказе коммутатора или канала на пути виртуального канала соединение разрывается, и виртуальный канал нужно прокладывать заново. При этом он, естественно, обойдет отказавшие участки сети.
Каждый режим передачи пакетов имеет свои преимущества и недостатки. Дейтаграммный метод не требует предварительного установления соединения и поэтому работает без задержки перед передачей данных. Это особенно выгодно для передачи небольшого объема данных, когда время установления соединения может быть соизмеримым со временем передачи данных. Кроме того, дейтаграммный метод быстрее адаптируется к изменениям в сети.
При использовании метода виртуальных каналов время, затраченное на установление виртуального канала, компенсируется последующей быстрой передачей всего потока пакетов. Коммутаторы распознают принадлежность пакета к виртуальному каналу по специальной метке - номеру виртуального канала, а не анализируют адреса конечных узлов, как это делается при дейтаграммном методе.
Сетевые стандарты. Эталонная модель OSI. Стандарт Project IEEE 802x.
1)Физический- передает эл.сигналы по физ.каналу. Среда передачи зависит от используемой технологии.
На этом уровне задаются хар-ки:
-полоса пропускания
-помехоустойчиость
-сопротивление
Опр.среда передачи данных.
Канальный уровень обеспечивает передачу инф. В пределах одной лок.сети, а передача информации из одной сети в другую выполняется при момощи сет.уровня.
Осуществляется при помощи маршрутизатора.
Процесс передачи инф.через роутер назывется прыжком(hope)Кол-во прыжков определяет маршрут пакета.
Транспортный уровень-отвечает за обработку ошибок при передачи данных на сетевом уровне.Другими солвами транспортный уровень производит восстановлении прерванных данных.
Сеансовый уровень- не участвует в процессе передачи данных, но выполняет функцию установки сеанса связи( соединение-обрыв), проходит процесс аутендификации пользователя.
Доменная организация сети. Доменные имена. Служба имен доменов DNS. Структура серверов DNS в глобальной сети.
Каждый компьютер, подключ╠нный к Internet, должен быть уникально описан в глобальной сети. Для этого используется доменная организация сети. Эта структура подобна структуре каталогов в компьютере: есть домены самого верхнего уровня, есть вложенные в них домены, которые - в свою очередь - могут содержать другие домены и т.д. Имена доменов самого верхнего уровня строго определены. Существуют два типа таких им╠н: По типу организации и по стране. Имена по типу организации (com - коммерческая организация, edu - учебная, gov - правительственная и т.д.) были исторически первыми , сейчас практически не присваиваются и, в основном, характерны для организаций в США. Обычно адрес, присваиваемый компьютеру, будет включать в себя в качестве имени самого "верхнего" домена символы, определяющие страну пребывания. Российские компьютеры имеют адреса, заканчивающиеся на ru или su. Далее, уже в рамках данной страны, организации - провайдеры регистрируют свои группы имена - домены. Имя каждого домена отделяется при написании от другого имени точкой, прич╠м имя домена верхнего уровня пишется справа. Так, адрес сервера Технико - Экономического лицея, где я в данный момент учусь, это ravl.tomsknet.ru. В этом адресе ru - обозначение страны, tomsknet - домен, зарегистрированный провайдером, ravl - имя компьютера в нашем лицее. Если предоставление услуг осуществляется через несколько организаций, то имя компьютера может состоять из большого числа групп символов, хотя на практике редко встретиш имена, включающие в себя больше пяти групп. Доменное имя компьютера в Internet уникально. Но оно ещ╠ ничего не говорит о местонахождении компьютера. Вы можете зарегистрировать на себя новый домен (такая процедура достаточно проста, хотя и требует соблюдения некоторых формальностей - хотя бы проверки на уникальность домена) и в дальнейшем, при переезде из города в город сохранять за собой эти имена. Будет минятся только организации, которые осуществляют Ваш вход в Internet, регистрируя эти имена в глобальной сети.
Служба Доменных Имен предназначена для того, чтобы машины, работающие в Internet, могли по доменному имени узнать IP-адрес нужной им машины, а также некоторую другую информацию; а по IP-номеру могли узнать доменное имя машины.
Сетевые протоколы. Понятие сетевого протокола. Виды сетевых протоколов. Стеки протоколов. Стек протоколов TCP / IP.
Протокол передачи данных — набор соглашений интерфейса логического уровня, которые определяют обмен данными между различными программами. Эти соглашения задают единообразный способ передачи сообщений и обработки ошибок при взаимодействии программного обеспечения разнесённой в пространстве аппаратуры, соединённой тем или иным интерфейсом.
Сетево́й протоко́л — набор правил и действий (очерёдности действий), позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами.
Сетевые протоколы предписывают правила работы компьютерам, которые подключены к сети. Они строятся по многоуровневому принципу. Протокол некоторого уровня определяет одно из технических правил связи. В настоящее время для сетевых протоколов используется модель OSI (Open System Interconnection — взаимодействие открытых систем, ВОС).
Модель OSI — это 7-уровневая логическая модель работы сети. Модель OSI реализуется группой протоколов и правил связи, организованных в несколько уровней:
на физическом уровне определяются физические (механические, электрические, оптические) характеристики линий связи;
на канальном уровне определяются правила использования физического уровня узлами сети;
сетевой уровень отвечает за адресацию и доставку сообщений;
транспортный уровень контролирует очередность прохождения компонентов сообщения;
задача сеансового уровня — координация связи между двумя прикладными программами, работающими на разных рабочих станциях;
уровень представления служит для преобразования данных из внутреннего формата компьютера в формат передачи;
прикладной уровень является пограничным между прикладной программой и другими уровнями — обеспечивает удобный интерфейс связи сетевых программ пользователя.
Стек протоколов TCP/IP (англ. Transmission Control Protocol/Internet Protocol — протокол управления передачей) — набор сетевых протоколов разных уровней модели сетевого взаимодействия DOD, используемых в сетях. Протоколы работают друг с другом в стеке (англ. stack, стопка) — это означает, что протокол, располагающийся на уровне выше, работает «поверх» нижнего, используя механизмы инкапсуляции. Например, протокол TCP работает поверх протокола IP.
Стек протоколов TCP/IP основан на модели сетевого взаимодействия DOD и включает в себя протоколы четырёх уровней:
прикладного (application),
транспортного (transport),
сетевого (network),
канального (data link).
Протоколы этих уровней полностью реализуют функциональные возможности модели OSI. На стеке протоколов TCP/IP построено всё взаимодействие пользователей в IP-сетях. Стек является независимым от физической среды передачи данных.
Физический уровень
Физический уровень описывает среду передачи данных (будь то коаксиальный кабель, витая пара, оптическое волокно или радиоканал), физические характеристики такой среды и принцип передачи данных (разделение каналов, модуляцию, амплитуду сигналов, частоту сигналов, способ синхронизации передачи, время ожидания ответа и максимальное расстояние).
[править] Канальный уровень
Канальный уровень описывает, каким образом передаются пакеты данных через физический уровень, включая кодирование (то есть специальные последовательности бит, определяющих начало и конец пакета данных). Ethernet, например, в полях заголовка пакета содержит указание того, какой машине или машинам в сети предназначен этот пакет.
Примеры протоколов канального уровня — Ethernet, IEEE 802.11 Wireless Ethernet, SLIP, Token Ring, ATM и MPLS.
PPP не совсем вписывается в такое определение, поэтому обычно описывается в виде пары протоколов HDLC/SDLC.
MPLS занимает промежуточное положение между канальным и сетевым уровнем и, строго говоря, его нельзя отнести ни к одному из них.
Канальный уровень иногда разделяют на 2 подуровня — LLC и MAC.
[править] Сетевой уровень
Сетевой уровень изначально разработан для передачи данных из одной (под)сети в другую. Примерами такого протокола является X.25 и IPC в сети ARPANET.
С развитием концепции глобальной сети в уровень были внесены дополнительные возможности по передаче из любой сети в любую сеть, независимо от протоколов нижнего уровня, а также возможность запрашивать данные от удалённой стороны, например в протоколе ICMP (используется для передачи диагностической информации IP-соединения) и IGMP (используется для управления multicast-потоками).
ICMP и IGMP расположены над IP и должны попасть на следующий — транспортный — уровень, но функционально являются протоколами сетевого уровня, и поэтому их невозможно вписать в модель OSI.
Пакеты сетевого протокола IP могут содержать код, указывающий, какой именно протокол следующего уровня нужно использовать, чтобы извлечь данные из пакета. Это число — уникальный IP-номер протокола. ICMP и IGMP имеют номера, соответственно, 1 и 2.
К этому уровню относятся: DHCP[1], DVMRP, ICMP, IGMP, MARS, PIM, RIP, RIP2, RSVP
[править] Транспортный уровень
Протоколы транспортного уровня могут решать проблему негарантированной доставки сообщений («дошло ли сообщение до адресата?»), а также гарантировать правильную последовательность прихода данных. В стеке TCP/IP транспортные протоколы определяют, для какого именно приложения предназначены эти данные.
Протоколы автоматической маршрутизации, логически представленные на этом уровне (поскольку работают поверх IP), на самом деле являются частью протоколов сетевого уровня; например OSPF (IP идентификатор 89).
TCP (IP идентификатор 6) — «гарантированный» транспортный механизм с предварительным установлением соединения, предоставляющий приложению надёжный поток данных, дающий уверенность в безошибочности получаемых данных, перезапрашивающий данные в случае потери и устраняющий дублирование данных. TCP позволяет регулировать нагрузку на сеть, а также уменьшать время ожидания данных при передаче на большие расстояния. Более того, TCP гарантирует, что полученные данные были отправлены точно в такой же последовательности. В этом его главное отличие от UDP.
UDP (IP идентификатор 17) протокол передачи датаграмм без установления соединения. Также его называют протоколом «ненадёжной» передачи, в смысле невозможности удостовериться в доставке сообщения адресату, а также возможного перемешивания пакетов. В приложениях, требующих гарантированной передачи данных, используется протокол TCP.
UDP обычно используется в таких приложениях, как потоковое видео и компьютерные игры, где допускается потеря пакетов, а повторный запрос затруднён или не оправдан, либо в приложениях вида запрос-ответ (например, запросы к DNS), где создание соединения занимает больше ресурсов, чем повторная отправка.
И TCP, и UDP используют для определения протокола верхнего уровня число, называемое портом.
См. также: Список портов TCP и UDP
[править] Прикладной уровень
На прикладном уровне работает большинство сетевых приложений.
Эти программы имеют свои собственные протоколы обмена информацией, например, HTTP для WWW, FTP (передача файлов), SMTP (электронная почта), SSH (безопасное соединение с удалённой машиной), DNS (преобразование символьных имён в IP-адреса) и многие другие.
В массе своей эти протоколы работают поверх TCP или UDP и привязаны к определённому порту, например:
HTTP на TCP-порт 80 или 8080,
FTP на TCP-порт 20 (для передачи данных) и 21 (для управляющих команд),
SSH на TCP-порт 22,
запросы DNS на порт UDP (реже TCP) 53,
обновление маршрутов по протоколу RIP на UDP-порт 520.
Эти порты определены Агентством по выделению имен и уникальных параметров протоколов (IANA).
К этому уровню относятся: Echo, Finger, Gopher, HTTP, HTTPS, IMAP, IMAPS, IRC, NNTP, NTP, POP3, POPS, QOTD, RTSP, SNMP, SSH, Telnet, XDMCP.
Протокол доставки сообщений TCP.
В стеке протоколов TCP/IP протокол TCP (Transmission Control Protocol) работает так же, как и протокол UDP, на транспортном уровне. Он обеспечивает надежную транспортировку данных между прикладными процессами путем установления логического соединения.
Сетевое и конечное оборудование. Виды сетевого оборудования. VLAN. Реализация VLAN с использованием управляемого коммутатора.
VLAN (аббр. от англ. Virtual Local Area Network) — виртуальная локальная компьютерная сеть, представляет собой группу хостов с общим набором требований, которые взаимодействуют так, как если бы они были подключены к широковещательному домену, независимо от их физического местонахождения. VLAN имеет те же свойства, что и физическая локальная сеть, но позволяет конечным станциям группироваться вместе, даже если они не находятся в одной физической сети. Такая реорганизация может быть сделана на основе программного обеспечения вместо физического перемещения устройств.
Назначение виртуальных сетей
Виртуальной сетью VLAN (Virtual Local Area Network) называют группу узлов сети, образующих домен широковещательного трафика (Broadcast Domain). Такое определение вполне корректно, но малоинформативно, так что попытаемся трактовать понятие виртуальной сети несколько иначе.
При создании локальной сети на основе коммутатора, несмотря на возможность использования пользовательских фильтров по ограничению трафика, все узлы сети представляют собой единый широковещательный домен, то есть широковещательный трафик передается всем узлам сети. Таким образом, коммутатор изначально не ограничивает широковещательный трафик, а сами сети, построенные по указанному принципу, именуются плоскими.
Виртуальные сети образуют группу узлов
сети, в которой весь трафик, включая и
широковещательный, полностью изолирован
на канальном уровне от других узлов
сети. Это означает, что передача кадров
между узлами сети, относящимися к
различным виртуальным сетям, на основании
адреса канального уровня невозможна
(хотя виртуальные сети могут
взаимодействовать друг с другом на
сетевом уровне с использованием
маршрутизаторов).
Протокол обмена управляющими сообщениями ICMP
Протокол обмена управляющими сообщениями ICMP (Internet Control Message Protocol) позволяет маршрутизатору сообщить конечному узлу об ошибках, с которыми машрутизатор столкнулся при передаче какого-либо IP-пакета от данного конечного узла.
Управляющие сообщения ICMP не могут направляться промежуточному маршрутизатору, который участвовал в передаче пакета, с которым возникли проблемы, так как для такой посылки нет адресной информации - пакет несет в себе только адрес источника и адрес назначения, не фиксируя адреса промежуточных маршрутизаторов.
Протокол ICMP - это протокол сообщения об ошибках, а не протокол коррекции ошибок. Конечный узел может предпринять некоторые действия для того, чтобы ошибка больше не возникала, но эти действия протоколом ICMP не регламентируются.
Каждое сообщение протокола ICMP передается по сети внутри пакета IP. Пакеты IP с сообщениями ICMP маршрутизируются точно так же, как и любые другие пакеты, без приоритетов, поэтому они также могут теряться. Кроме того, в загруженной сети они могут вызывать дополнительную загрузку маршрутизаторов. Для того, чтобы не вызывать лавины сообщения об ошибках, потери пакетов IP, переносящие сообщения ICMP об ошибках, не могут порождать новые сообщения ICMP.
Формат сообщений протокола icmp
Существует несколько типов сообщений ICMP. Каждый тип сообщения имеет свой формат, при этом все они начинаются с общих трех полей: 8-битного целого числа, обозначающего тип сообщения (TYPE), 8-битного поля кода (CODE), который конкретизирует назначение сообщения, и 16-битного поля контрольной суммы (CHECKSUM). Кроме того, сообщение ICMP всегда содержит заголовок и первые 64 бита данных пакета IP, который вызвал ошибку. Это делается для того, чтобы узел-отправитель смог более точно проанализировать причину ошибки, так как все протоколы прикладного уровня стека TCP/IP содержат наиболее важную информацию для анализа в первых 64 битах своих сообщений.
Поле типа может иметь следующие значения:
Значение |
Тип сообщения |
0 |
Эхо-ответ (Echo Replay) |
3 |
Узел назначения недостижим (Destination Unreachable) |
4 |
Подавление источника (Source Quench) |
5 |
Перенаправление маршрута (Redirect) |
8 |
Эхо-запрос (Echo Request) |
11 |
Истечение времени дейтаграммы (Time Exceeded for a Datagram) |
12 |
Проблема с параметром пакета (Parameter Problem on a Datagram) |
13 |
Запрос отметки времени (Timestamp Request) |
14 |
Ответ отметки времени (Timestamp Replay) |
17 |
Запрос маски (Address Mask Request) |
18 |
Ответ маски (Address Mask Replay) |
Назначение маршрутизатора. Маршрутизация пакетов в локальных и глобальных компьютерных сетях. Протоколы обмена маршрутной информацией.
Маршрутиза́тор (проф. жарг. ра́утер, ру́тер (от англ. router /ˈɹu:tə(ɹ)/ или /ˈɹaʊtəɹ/[1], /ˈɹaʊtɚ/) или ро́утер (прочтение слова англ. router как транслитерированного)) — сетевое устройство, пересылающее пакеты данных между различными сегментами сети и принимающее решения на основании информации о топологии сети и определённых правил, заданных администратором.
Маршрутизаторы делятся на программные и аппаратные. Маршрутизатор работает на более высоком «сетевом» уровне 3 сетевой модели OSI, нежели коммутатор и сетевой мост.
Обычно маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в пакетах данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.
Существуют и другие способы определения маршрута пересылки пакетов, когда, например, используется адрес отправителя, используемые протоколы верхних уровней и другая информация, содержащаяся в заголовках пакетов сетевого уровня. Нередко маршрутизаторы могут осуществлять трансляцию адресов отправителя и получателя, фильтрацию транзитного потока данных на основе определённых правил с целью ограничения доступа, шифрование/дешифрование передаваемых данных и т. д.
Протокол маршрутизации — сетевой протокол, используемый маршрутизаторами для определения возможных маршрутов следования данных в составной компьютерной сети. Применение протокола маршрутизации позволяет избежать ручного ввода всех допустимых маршрутов, что, в свою очередь, снижает количество ошибок, обеспечивает согласованность действий всех маршрутизаторов в сети и облегчает труд администраторов.
Протоколы маршрутизации делятся на два вида, зависящие от типов алгоритмов, на которых они основаны:
Дистанционно-векторные протоколы, основаны на Distance Vector Algorithm (DVA);
Протоколы состояния каналов связи, основаны на Link State Algorithm (LSA).