Принципы объединения и стыковки различных сетей кратко

Обновлено: 30.06.2024

Internetworking Technology Overview.

Серийное изготовление мостов началось в начале 1980гг. В то время, когда они появились, мосты о'единяли гомогенные сети, делая возможным прохождение пакетов между ними. В последнее время об'единение различных сетей с помощью мостов также было определено и стандартизировано.

Уменьшающиеся цены на роутеры и введение во многие из них возможности соединять по мостовой схеме, сделанное в последнее время, значительно сократило долю рынка чистых мостов. Те мосты, которые уцелели, обладают такими характеристиками, как сложные схемы фильтрации, псевдоинтеллектуальный выбор маршрута и высокая производительность. В то время как в конце 1980гг шли бурные дебаты о преимуществах соединения с помощью мостов в сравнении с роутерами, в настоящее время большинство пришло к выводу, что часто оба устройства необходимы в любой полной схеме об'единения сетей.

Сравнение устройств для объединения сетей

Устройства об'единения сетей обеспечивают связь между сегментами локальных сетей (LAN). Существуют 4 основных типа устройств об'единения сетей: повторители, мосты, роутеры и межсетевые интерфейсы. Эти устройства в самом общем виде могут быть дифференцированы тем уровнем "Межсоединений Открытых Систем" (OSI), на котором они устанавливают соединение между LAN. Повторители соединяют LAN на Уровне 1 OSI; мосты соединяют LAN на Уровне 2; роутеры соединяют LAN на Уровне 3; межсетевые интерфейсы соединяют LAN на Уровнях 4-7. Каждое устройство обеспечивает функциональные возможности, соответствующие своему уровню, а также использует функциональные возможности всех более низких уровней. Эта положение иллюстрируется графически на Рис. 3-1.

Основы технологии объединения сетей

Уровень, на котором находит применение об'единение с помощью мостов (называемый канальным уровнем), контролирует поток информации, обрабатывает ошибки передачи, обеспечивает физическую (в отличие от логической) адресацию и управляет доступом к физической среде. Мосты обеспечивают выполнение этих функций путем поддержки различных протоколов канального уровня, которые предписывают определенный поток информации, обработку ошибок, адресацию и алгоритмы доступа к носителю. В качестве примеров популярных протоколов канального уровня можно назвать Ethernet, Token Ring и FDDI.

Мосты - несложные устройства. Они анализируют поступающие фреймы, принимают решение о их продвижении, базируясь на информации, содержащейся в фрейме, и пересылает их к месту назначения. В некоторых случаях (например, при об'единении "источник-маршрут") весь путь к месту назначения содержится в каждом фрейме. В других случаях (например, прозрачное об'единение) фреймы продвигаются к месту назначения отдельными пересылками, по одной за раз. Дополнительная информация по соединению источник-маршрут и прозрачному соединению приведена соответственно в главе 30 "Соединение по мостовой схeмe Источник-Маршрут" и главе 29 "Прозрачное об'единение с помощью мостов".

Основным преимуществом об'единения с помощью мостов является прозрачность протоколов верхних уровней. Т.к. мосты оперируют на канальном уровне, от них не требуется проверки информации высших уровней. Это означает, что они могут быстро продвигать трафик, представляющий любой протокол сетевого уровня. Обычным делом для моста является продвижение Apple Talk, DECnet, TCP/IP, XNS и другого трафика между двумя и более сетями.

Мосты способны фильтровать фреймы, базирующиеся на любых полях Уровня 2. Например, мост можно запрограммировать так, чтобы он отвергал (т.е. не пропускал) все фреймы, посылаемые из определенной сети. Т.к. в информацию канального уровня часто включается ссылка на протокол высшего уровня, мосты обычно фильтруют по этому параметру. Кроме того, мосты могут быть полезны, когда они имеют дело с необязательной информацией пакетов широкой рассылки.

Разделяя крупные сети на автономные блоки, мосты обеспечивают ряд преимуществ. Во-первых, поскольку пересылается лишь некоторый процент трафика, мосты уменьшают трафик, проходящий через устройства всех соединенных сегментов. Во-вторых, мосты действуют как непреодолимая преграда для некоторых потенциально опасных для сети неисправностей. В-третьих, мосты позволяют осуществлять связь между большим числом устройств, чем ее можно было бы обеспечить на любой LAN, подсоединенной к мосту, если бы она была независима. В-четвертых, мосты увеличивают эффективную длину LAN, позволяя подключать еще не подсоединенные отдаленные станции.

Типы мостов

Мосты можно сгруппировать в категории, базирующиеся на различных характеристиках изделий. В соответствии с одной из популярных схем классификации мосты бывают локальные и дистанционные. Локальные мосты обеспечивают прямое соединение множества сегментов LAN, находящихся на одной территории. Дистанционные мосты соединяют множество сегментов LAN на различных территориях, обычно через телекоммуникационные линии. Эти две конфигурации представлены на Рис. 3-2.

Дистанционное мостовое соединение представляет ряд уникальных трудностей об'единения сетей. Одна из них - разница между скоростями LAN и WAN (глобальная сеть). Хотя в последнее время в географически рассредоточенных об'единенных сетях появилось несколько технологий быстродействующих WAN, скорости LAN часто на порядок выше скоростей WAN. Большая разница скоростей LAN и WAN иногда не позволяет пользователям прогoнять через WAN применения LAN, чуствительные к задержкам.

Дистанционные мосты не могут увеличить скорость WAN, однако они могут компенсировать несоответствия в скоростях путем использования достаточных буферных мощностей. Если какое-либо устройство LAN, способной передавать со скоростью 3 Mb/сек, намерено связаться с одним из устройств отдаленной LAN, то локальный мост должен регулировать поток информации, передаваемой со скоростью 3Mb/сек, чтобы не переполнить последовательный канал, который пропускает 64 Kb/сек. Это достигается путем накопления поступающей информации в расположенных на плате буферах и посылки ее через последовательный канал со скоростью, которую он может обеспечить. Это осуществимо только для коротких пакетов информации, которые не переполняют буферные мощности моста.

IEEE (Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике) поделил канальный уровень OSI на два отдельных подуровня: подуровень MAC (Управление доступом к носителю) и подуровень LLC (Управление логическим каналом). МАС разрешает и оркестрирует доступ к носителю (Например, конфликтные ситуации, эстафетная передача и др.), в то время как подуровень LLC занят кадрированием, управлением потоком информации, управлением неисправностями и адресацией подуровня МАС.

Некоторые мосты являются мостами подуровня МАС. Эти устройства образуют мост между гомогенными сетями (например, IEEE 802.3 и IEEE 802.3). Другие мосты могут осуществлять трансляцию между различными протоколами канального уровня (например, IEEE 802.3 и IEEE 802.5). Базовый механизм такой трансляции показан на Рис. 3-3.

На Рис. 3-3 главная вычислительная машина IEEE 802.3 (Главная вычислительная машина А) формулирует пакет, содержащий прикладную информацию, и герметизирует этот пакет в совместимый с IEEE 802.3 фрейм для передачи через среду IEEE 802.3 в мост. Внутри моста фрейм освобождается от заголовка IEEE 802.3 в подуровне МАС канального уровня и затем передается выше в подуровень LLC для дальнейшей обработки. После обработки пакет снова передается вниз в реализацию IEEE 802.5, которая герметизирует пакет в заголовок IEEE 802.5 для передачи через сеть IEEE 802.5 в главную вычислительную машину IEEE 802.5 (Главная вычислительная машина В).

Трансляция, осуществляемая мостом между различными типами сетей, никогда не бывает безупречной, т.к. всегда имеется вероятность, что одна сеть поддержит определенный фрейм, который не поддерживается другой сетью. Эту ситуацию можно считать примерно аналогичной проблеме, с которой сталкивается эскимос, пытающийся перевести на английский некоторые слова из тех 50 слов, которые обозначают "снег. Более подробно многие из вопросов трансляции через мосты обсуждаются в Главе 31 "Об'единение различных сред с помощью мостов".

Существует два основных способа соединения разных сетей. Можно создать специальные устройства, которые умеют конвертировать пакеты из любой сети в лю- бую другую. Устройства для соединения сетей: повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы и шлюзы. Повторители и концентраторы просто переносят биты с одного кабеля на другой. Мосты и коммутаторы работают на канальном уровне. Они могут использоваться для построения сетей, осуществляя по ходу дела минимальные преобразования протоколов.

Объединение сетей в общем случае является исключительно сложной задачей. Одна- ко есть частный случай, реализация которого вполне осуществима даже для разных сетевых протоколов. Это случай, при котором хост-источник и хост-приемник на- ходятся в сетях одного типа, но между ними находится сеть другого типа. Например, представьте себе международный банк, у которого имеется одна сеть IPv6 в Париже и такая же сеть в Лондоне, а между ними находится IPv4, как показано на рис. 5.35.

Метод решения данной проблемы называется туннелированием (tunneling). Что- бы послать IP-пакет хосту в Лондоне, хост в Париже формирует пакет, содержащий лондонский IPv6-адрес и отправляет его на мультипротокольный маршрутизатор, соединяющий парижскую сеть IPv6 и сеть IPv4. Получив пакет IPv6, маршрутизатор помещает его в другой пакет с IPv4-адресом маршрутизатора, соединяющего сеть IPv4 и лондонскую сеть IPv6. Когда пакет попадает на этот адрес, лондонский многопро- токольный маршрутизатор извлекает исходный IPv6-пакет и посылает его дальше на хост назначения.

Туннелирование широко используется для соединения изолированных хостов и сетей через сеть-посредник. В результате появляется новая сеть, которая как бы накладывается на старую. Такая сеть называется оверлейной сетью (overlay). Ис- пользование сетевого протокола с новым свойством (как в нашем примере, где сети IPv6 соединяются через IPv4) — достаточно распространенная причина. Недостатком туннелирования является то, что пакет не может быть доставлен ни на один из хостов, расположенных в сети-посреднике. Однако этот недостаток становится преимуществом в сетях VPN (виртуальная частная сеть). VPN — обычная оверлейная сеть, использующаяся в качестве меры безопасности.

Сцепленные виртуальные каналы. Наиболее распространенными являются два стиля объединения сетей: ориентированное на соединение сцепление подсетей виртуальных каналов и дейтаграммный интерсетевой стиль. Мы рассмотрим их поочередно, однако необходимо предварить наше рассмотрение небольшим вступлением. В прошлом большинство сетей (общего пользования) были ориентированными на соединение (сети с ретрансляцией кадров, SNA, 802.16 и ATM по сей день являются таковыми). Со стремительным развитием Интернета все больше входили в моду дейтаграммы. Тем не менее, было бы ошибкой думать, что дейтаграммный способ будет существовать вечно. В этом деле единственное постоянство — это изменчивость. С ростом доли и важности мультимедийных данных в общем потоке растет вероятность того, что наступит эпоха возрождения для технологий, ориентированных на соединение. Причиной тому является тот простой факт, что при установлении соединения гораздо проще гарантировать определенный уровень обслуживания. Далее мы еще уделим некоторое место сетям, ориентированным на соединение.

В модели сцепленных виртуальных каналов соединение с хостом в удаленной сети устанавливается способом, близким к тому, как устанавливаются обычные соединения. Подсеть видит, что адресат является удаленным, и создает виртуальный канал к ближайшему маршрутизатору из сети адресата. Затем строится виртуальный канал от этого маршрутизатора к внешнему шлюзу (многопротокольному маршрутизатору). Этот шлюз запоминает существование созданного виртуального канала в своих таблицах и строит новый виртуальный канал к маршрутизатору в следующей подсети. Процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнут хост-получатель.

Когда по проложенному пути начинают идти пакеты данных, каждый шлюз переправляет их дальше, преобразуя формат пакетов и номера виртуальных каналов. Очевидно, что все информационные пакеты будут передаваться по одному и тому же пути и, таким образом, прибудут к пункту назначения с сохранением порядка отправления.

Существенной особенностью данного подхода является то, что последовательность виртуальных пакетов устанавливается от источника через один или более шлюзов к приемнику. Каждый шлюз хранит таблицы, содержащие информацию о проходящих через них виртуальных каналах, о том, как осуществлять маршрутизацию для них и каков номер нового виртуального канала.

Такая схема лучше всего работает, когда все сети обладают примерно одинаковыми свойствами. Например, если каждая из них гарантирует надежную доставку пакета сетевого уровня, то, исключив случай сбоя системы где-то на его пути, можно сказать, что и весь поток от источника до приемника будет надежным. С другой стороны, если машина-источник работает в сети, которая гарантирует надежную доставку, а какая-то промежуточная сеть может терять пакеты, то сцепление радикально изменит сущность сервиса.

Сцепленные виртуальные каналы часто применяются на транспортном уровне. В частности, можно построить битовый канал, используя, скажем, SNA, который заканчивается на шлюзе, и иметь при этом TCP-соединение между соседними шлюзами. Таким образом, можно построить сквозной виртуальный канал, охватывающий разные сети и протоколы.

2.2 Способы объединения сетей.

2.3. Объединение сетей с помощью мостов.

2.3.1. Мосты между сетями стандарта 802.

2.3.2. Локальное межсетевое взаимодействие.

Наилучших результатов в отношении прозрачности мостов можно добиться при объединении сетей одного типа. В простейшем случае все мосты работают в беспорядочном режиме. То есть принимают все кадры всех сетей, к которым присоединены.

Если на мост В1 из сети 1 приходит кадр, адресованный хосту А, то он должен быть проигнорирован, так как уже находится в требуемой сети. Если же он адресован хостам С или F, то должен быть передан в сеть 2. При появлении кадра мост должен решить: игнорировать его или перенаправлять и, если перенаправлять, то в какую сеть. Этот выбор производится на основании адреса получателя и конфигурационной таблицы моста (хеш-таблица). В таблице содержатся адреса хостов и номера сетей, куда необходимо перенаправлять кадр для каждого их получателей.
При включении мостов их хеш-таблицы пусты и, для их заполнения, мосты используют алгоритм заливки. Для обучения мостов используется алгоритм противоточного обучения.
Если мост В1 получает кадр от С, адресованный хосту А, то он делает запись о том, что хост С находится в сети 2. Кроме этого мост отслеживает время последнего получения кадра от каждого хоста. Через определенные интервалы времени производится сканирование хеш-таблицы и удаление информации о хостах, которые слишком долго молчат. Таким образом, при переносе хоста из одной сети в другую или при изменении топологии сети мост сам узнает о его местонахождении без постореннего вмешательства.
Отрицательной стороной этого метода является то, что кадры долго для долго молчавшей станции должны посылаться во все сети методом заливки.

2.4 Создание больших сетей.

Когда компании растут, растут и их сети. В целом локальные сети имеют свойство перерастать начальные проекты. Это становится очевидным когда:
1. трафик в сети достигает предела пропускной способности
2. увеличивается время ожидания в очереди на печать
3. увеличивается время я отклика интенсивно работающих с сетью приложений
В работе каждого администратора возникает ситуация, когда необходимо увеличить или размер сети или улучшить ее производительность. Но сети не могут бесконечно расширяться за счет добавления компьютеров т.к. любая топология или архитектура имеет свои ограничения.
Тем не менее существуют устройства, которые могут увеличить размер сети в действующей среде. При помощи этих компонентов можно:
1. выполнить сегментирование сетей таким образом, что каждый сегмент становится отдельной ЛВС,
2. объединять две локальные сети в одну,
3. подключить сеть к другим сетям
К таким устройствам относятся: репитеры, мосты, маршрутизаторы, мосты-маршрутизаторы, шлюзы. Все эти устройства используются очень широко, однако в чем-то они отличаются едва уловимо, а в чем-то весьма существенно. Все устройства работают на разных уровнях.

2.4.1 Репитеры

Сигнал при распространении по кабелю искажается, поскольку уменьшается его амплитуда, и сигнал подвергается затуханию. Если кабель имеет значительную длину, то сигнал может исказиться до неузнаваемости. Но благодаря репитерам он может распространяться на большие расстояния. Репитеры работают на физическом уровне модели OSI восстанавливая сигнал и передавая его в другие сегменты. Для правильной работы репитеров необходимо, что каждый сегмент использовал одинаковые пакеты и протоколы подуровня LLC. Это означает, что репитеры не позволяют обмениваться информацией, например, между сетями 802.3 – Ethernet и 802.5 – Token Ring. Репитеры не выполняет функции преобразования и фильтрации. Чтобы репитер работал оба сегмента, им соединяемые, должны иметь одинаковый метод доступа. Наиболее распространенные методы доступа - CSMA/CD и передача маркера. Следовательно репитер не может транслировать пакеты из разнородных сетей, но могут преобразовывать пакеты из одного типа физического носителя в другой. Например, соединять тонкий кабель Ethernet (think Ethernet) и оптоволокно (fiber optic).
Репитеры – это самый дешевый способ расширить сеть. Хотя их использование является правильным начальным шагом, они остаются низкоуровневыми компонентами расширения сети. Применение репитеров оправдано, когда при расширении сети необходимо преодолеть ограничение по длине сегмента или по количеству узлов причем ни один из сегментов не генерирует повышенный трафик, а стоимость – главный фактор. В классическом Ethernet допускается установка до 4-х повторителей для увеличения max длины кабеля с 500м до 2.5 километров.
Репитеры передают в каждый сегмент каждый бит данных, даже если это информация искаженного пакета или пакета, не предназначенного для данного сегмента. Таким образом проблема одного сегмента может повредить всем остальным. Репитеры не могут служить фильтром, который ограничивал бы поток искаженных пакетов. Кроме этого репитер рассылают широковещательные пакеты по всей сети. Здесь проблема возникает тогда, когда их количество достигает ширины полосы пропускания сети. Если устройство постоянно отвечает на пакеты циркулирующие по сети, или пакеты пытаются достигнуть устройства, которое не отвечает, то производительность сети падает.

Концентраторы работают вместе с репитерами на одном уровне. Это аналоговые устройства, которые работают с током и напряжением, и не имеют понятия о кадрах и пакетах. Как и репитеры имеют несколько входов, объединенных электрически. Все линии должны работать с одинаковыми скоростями. Два кадра, пришедшие по разным линиям, сталкиваются в концентраторе, и он, как и репитер, сам является единой областью коллизий.
Отличие концентраторов от репитеров в том, что они не усиливают сигнал. Их задачи обеспечить согласованную работу нескольких плат с несколькими входами.
2.4.2 Мосты и коммутаторы.

Дистанционное мостовое соединение имеет ряд недостатков. Основной из них - разница между скоростями LAN и WAN. Хотя в последнее время появилось несколько технологий быстродействующих WAN, скорости LAN часто на порядок выше скоростей WAN. Большая разница скоростей LAN и WAN иногда не позволяет пользователям прогонять через WAN приложения LAN, чувствительные к задержкам.
Дистанционные мосты не могут увеличить скорость WAN, однако они могут компенсировать несоответствия в скоростях путем использования достаточных буферных мощностей. Это достигается путем накопления поступающей информации в расположенных на плате буферах и посылки ее через последовательный канал со скоростью, которую он может обеспечить. Это осуществимо только для коротких пакетов информации, которые не переполняют буферные мощности моста.
Обычно мосты этого типа применяются для соединения двух и более территориально удаленных локальных сетей при помощи линий точка-точка, арендованной у телефонной компании.

К данной конструкции применимы обычные алгоритмы маршрутизации. На двухточечных линиях могут использоваться различные протоколы. Когда несколько локальных сетей объединяются в одну при помощи удаленных мостов может возникнуть ситуация наличия нескольких маршрутов между одними и теми же сегментами.

2.4.3. Маршрутизаторы.

В отличие от мостов маршрутизаторы могут не только использовать несколько активных маршрутов между сегментами сети, но и выбирать между ними. Поскольку маршрутизаторы способны соединить сегменты с абсолютно различными схемами упаковки данных и доступа к носителю им часто будут доступны несколько путей. Это значит, что, если какой-нибудь маршрутизатор откажется работать, то данные все равно будут доставлены по другим маршрутам.
Маршрутизатор может прослушивать сеть и определять какие ее части сильнее загружены, он также могут установить количество транзитных участков в пути. В зависимости от этого пакет может быть направлен по альтернативным каналам с меньшим трафиком, если основные пути перегружены. Подобно мостам маршрутизаторы строят таблицы, которые могут использоваться различными алгоритмами маршрутизации.
OSPF – алгоритм маршрутизации на основе состояния канала. Эти алгоритмы более эффективны и создают меньший трафик, чет дистанционно-векторные статические алгоритмы. В процессе работы алгоритма производится анализ состояния канала с учетом количества транзитов, скорости линии, трафика, стоимости передачи и вычисляется кратчайший маршрут по алгоритму Дейкстры. Этот алгоритм поддерживается протоколом TCP/IP.
NLSP – алгоритм маршрутизации на основе состояния канала поддерживается протоколом IPX.
RIP – дистанционно векторный алгоритм маршрутизации поддерживается протоколами TCP/IP и IPX.
Маршрутизаторы подразделяются на два основных типа:
1. Статические. Использование маршрутизаторов этого типа требует, чтобы администратор вручную создал и сконфигурировал таблицы маршрутизации указав каждый путь между сегментами сети. Они дешевле но не отражают реального состояния каналов сети.
2. Динамические. Маршрутизаторы этого типа требуют минимального вмешательства со стороны. Они самостоятельно заполняют и обновляют свои таблицы обмениваясь информацией со своими соседями и для каждого пакета самостоятельно определяют маршрут в сети. Они сложнее и дороже статических, но производительность работы сети, при их использовании, возрастает.
Мосты и маршрутизаторы путают даже опытные сетевые инженеры потому, что на первый взгляд они выполняют одинаковые функции:
1. передают пакеты между сетями
2. передают данные по каналам глобальных сетей
Мост видит только адрес узла подуровня управления доступом к среде канального уровня модели OSI. В зависимости от наличия адреса в таблице, он оставляет пакет в сегменте, передает его по назначению или во все сегменты сети. Различие между мостом и маршрутизатором заключается в том, как они передают широковещательные пакеты. Если в локальных сетях широковещательные пакеты распространяются ко всем компьютерам всех портов моста и в небольших сетях этой задержкой можно пренебречь, то в глобальных сетях работа будет замедлена. Маршрутизаторы могут распознавать не только адрес, но и тип протокола, т.к. они работают на сетевом уровне. Им известны адреса других маршрутизаторов и существуют алгоритмы выбора в соответствии с которыми маршрутизатор может решить, что передавать и куда передавать. Т.о. маршрутизатор кроме сегментации трафика способен еще фильтровать широковещательные пакеты. Мост может распознать только один путь между сетями. Маршрутизатор может определить оптимальный путь среди нескольких возможных путей на данный момент.
Мост-маршрутизатор (Brouter) соединяет лучшие свойства мостов и маршрутизаторов. Эти устройства могут для одних типов протоколов действовать как мосты, для других – как маршрутизаторы. При использовании Brouter’ов достигается долее экономичное и управляемое взаимодействие сетей по сравнению с раздельным использованием этих сетевых устройств.

2.5 Особенности использования мостов.

2.5.1 Алгоритм связующего дерева STA (Spanning-Tree Algorithm).

2.5.2 Использование мостов в кольцевых сетях.

Свое название мосты SRB (Source-route bridging) получили потому, что они предполагают размещение полного маршрута от источника до пункта назначения во всех межсетевых блоках данных, отправляемых источником. Стандарт, описывающий работу мостов этого типа, называется IEEE 802.5 и используется для маркерного кольца. SRB хранят и продвигают эти блоки данных в соответствии с указаниями о маршруте, содержащимися в поле блока данных.

Краткий курс — основы компьютерных сетей. В этом материале я расскажу (сжато) об основах компьютерных сетей. Статья предназначена для начинающих, а так же будет полезна школьникам старших классов и студентам. Начнем с базовых определений.

Сеть – совокупность систем связи и систем обработки информации, которая может использоваться несколькими пользователями.

Компьютерная сеть – сеть, в узлах которой содержатся компьютеры и оборудование коммуникации данных.

Вычислительная сеть – соединенная каналами связи система обработки данных, ориентированная на конкретного пользователя.

Компьютерная сеть — представляет собой систему распределенной обработки информации. Что тут важно. Важно то, что в распределенной системе не важно откуда и с какого устройства вы заходите. Вы можете войти в сеть с любого устройства (персональный компьютер, ноутбук, планшетный компьютер, телефон) из любой точки мира где есть интернет.

Краткая история развития компьютерных сетей

Компьютерные сети появились в результате развития телекоммуникационных технологий и компьютерной техники. То есть появились компьютеры. Они развивались. Были телекоммуникационные системы, телеграф, телефон, то есть связь. И вот люди думали, хорошо было бы если бы компьютеры могли обмениваться информацией между собой. Эта идея стала основополагающей идеей благодаря которой появились компьютерные сети.

50-е годы: мейнфреймы

Начало 60-х годов: многотерминальные системы

В дальнейшем к одному мейнфрейму стали подключать несколько устройств ввода-вывода, появился прообраз нынешних терминальных систем да и сетей в целом.

70-е годы: первые компьютерные сети

?0-е годы, время холодной войны. СССР и США сидели возле своих ракет и думали кто же атакует (или не атакует) первым. Центры управления ракетами США располагались в разных местах удаленных друг от друга. Если в одном центре производится запуск ракет, после которого в центр попадает ракета врага, то вся информация в этом центре — утеряна. Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA)) ставит перед учеными задачу — разработать технологию которая позволяла бы передавать информацию из одного стратегического центра в другой на случай его уничтожения.

В 1969 году появляется ARPANET (от англ. Advanced Research Projects Agency Network) — первая компьютерная сеть созданная на основе протокола IP который используется и по сей день. За 11 лет ARPANET развивается до сети способной обеспечить связь между стратегическими объектами вооруженных сил США.

Середина 70-х годов: большие интегральные схемы

Локальная сеть (Local Area Network, LAN) – объединение компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории. В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую
одной организации.

Сетевая технология – согласованный набор программных и аппаратных средств (драйверов, сетевых адаптеров, кабелей и разъемов), а также механизмов передачи данных по линиям связи, достаточный для построения вычислительной сети.

В период с 80-х до начала 90-х годов появились и прочно вошли в нашу жизнь:

Ethernet.
Token Ring.
Arcnet.
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — волоконнооптический интерфейс передачи данных.
TCP/IP используется в ARPANET.
Ethernet становится лидером среди сетевых технологий.
В 1991 году появился интернет World Wide Web.

Общие принципы построения сетей

Со временем основной целью компьютерных развития сетей (помимо передачи информации) стала цель распределенного использования информационных ресурсов:

Периферийных устройств: принтеры, сканеры и т. д.
Данных хранящихся в оперативной памяти устройств.
Вычислительных мощностей.

Достичь эту цель помогали сетевые интерфейсы. Сетевые интерфейсы это определенная логическая и/или физическая граница между взаимодействующими независимыми объектами.

Сетевые интерфейсы разделяются на:

Физические интерфейсы (порты).
Логические интерфейсы (протоколы).

Из определения обычно ничего не ясно. Порт и порт, а что порт?

Начнем с того что порт это цифра. Например 21, 25, 80.

Протокол

Протокол, например TCP/IP это адрес узла (компьютера) с указанием порта и передаваемых данных. Например что бы передать информацию по протоколу TCP/IP нужно указать следующие данные:

Адрес отправителя (Source address):
IP: 82.146.49.11
Port: 2049
Адрес получателя (Destination address):
IP: 195.34.32.111
Port: 53
Данные пакета:
…
Благодаря этим данным информация будет передана на нужный узел.

Пара клиент—сервер

Начнем с определений.

Проще говоря Сервер — это компьютер на котором установлена программа, или принтер. Клиент — это компьютер который подключается к программе, работает с ней и распечатывает какие-либо результаты, например.

При этом программа может быть установлена на Клиенте, а база данных программы на Сервере.

Топология физических сетей

Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (например, компьютеры) и коммуникационной оборудование (например, маршрутизаторы), а ребрам – физические или информационные связи между вершинами.

Полносвязная (а).
Ячеистая (б).
Кольцо (в).
Звезда (г).
Дерево (д).
Шина (е).

Основных топологий сети 6. В целом тут все просто. На сегодняшний день наиболее распространенная топология — Дерево.

Адресация узлов сети

Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках некоторой схемы адресации, называется адресным пространством. Адресное пространство может
иметь плоскую (линейную) организацию или иерархическую организацию.

Для преобразования адресов из одного вида в другой используются специальные вспомогательные протоколы, которые называют протоколами разрешения адресов.

Коммутация

Соединение конечных узлов через сеть транзитных узлов называют коммутацией. Последовательность узлов, лежащих на пути от отправителя к получателю, образует маршрут.

Обобщенные задачи коммутации

Определение информационных потоков, для которых требуется прокладывать маршруты.
Маршрутизация потоков.
Продвижение потоков, то есть распознавание потоков и их локальная коммутация на каждом транзитном узле.
Мультиплексирование и демультиплексирование потоков.

Уровни сетевой модели OSI и уровни TCP/IP

(OSI) Open System Interconnection — многоуровневая модель взаимодействия открытых систем, состоящая из семи уровней. Каждый из семи уровней предназначен для выполнения одного из этапов связи.

Для упрощения структуры большинство сетей организуются в наборы уровней, каждый последующий возводится над предыдущим.

Целью каждого уровня является предоставление неких сервисов для вышестоящих уровней. При этом от них скрываются детали реализации предоставляемого сервиса.

Протоколы, реализующие модель OSI никогда не применялись на практике, но имена и номера уровней используются по сей день.

Физический.
Канальный.
Сетевой.
Транспортный.
Сеансовый.
Представления.
Прикладной.

Для лучшего понимания приведу пример. Вы открываете страницу сайта в интернете. Что происходит?

Уровни OSI — краткий обзор

Физический уровень. Если коротко и просто, то на физическом уровне данные передаются в виде сигналов. Если передается число 1, то задача уровня передать число 1, если 0, то передать 0. Простейшее сравнение — связать два пластиковых стаканчика ниткой и говорить в них. Нитка передает вибрацию физически.

Канальный уровень. Канальный уровень это технология каким образом будут связаны узлы (передающий и принимающий), тут вспоминает топологию сетей: кольцо, шина, дерево. Данный уровень определяет порядок взаимодействия между большим количеством узлов.

Сетевой уровень. Объединяет несколько сетей канального уровня в одну сеть. Есть, например, у нас кольцо, дерево и шина, задача сетевого уровня объединить их в одну сеть, а именно — ввести общую адресацию. На этом уровне определяются правила передачи информации:

Сетевые протоколы (IPv4 и IPv6).
Протоколы маршрутизации и построения маршрутов.

Сеансовый уровень. Отвечает за управление сеансами связи. Производит отслеживание: кто, в какой момент и куда передает информацию. На этом уровне происходит синхронизация передачи данных.

Прикладной уровень. Осуществляет взаимодействие приложения (например браузера) с сетью.

Уровни TCP/IP

Набор протоколов TSP/IP основан на собственной модели, которая базируется на модели OSI.

Прикладной, представления, сеансовый = Прикладной.
Транспортный = Транспортный.
Сетевой = Интернет.
Канальный, физический = Сетевой интерфейс.

Уровень сетевого интерфейса

Уровень сетевого интерфейса (называют уровнем 2 или канальным уровнем) описывает стандартный метод связи между устройствами которые находятся в одном сегменте сети.

Сегмент сети — часть сети состоящая из сетевых интерфейсов, отделенных только кабелями, коммутаторами, концентраторами и беспроводными точками доступа.

Этот уровень предназначен для связи расположенных недалеко сетевых интерфейсов, которые определяются по фиксированным аппаратным адресам (например MAC-адресам).

Уровень сетевого интерфейса так же определяет физические требования для обмена сигналами интерфейсов, кабелей, концентраторов, коммутаторов и точек доступа. Это подмножество называют физическим уровнем (OSI), или уровнем 1.

Например, интерфейсы первого уровня это Ethernet, Token Ring, Point-to-Point Protocol (PPP) и Fiber Distributed Data Interface (FDDI).

Немного о Ethernet на примере кадра web-страницы

Пакеты Ethernet называют кадрами. Первая строка кадра состоит из слова Frame. Эта строка содержит общую информацию о кадре.

Далее в кадре располагается заголовок — Ethernet.

Таким образом цель кадра — запрос содержимого веб-страницы которая находится на удаленном сервере.

В полном заголовке Ethernet есть такие значения как DestinationAddress и SourceAddress которые содержат MAC-адреса сетевых интерфейсов.

Поле EthernetType указывает на следующий протокол более высокого уровня в кадре (IPv4).

Коммутаторы считывают адреса устройств локальной сети и ограничивают распространение сетевого трафика только этими адресами. Поэтому коммутаторы работают на уровне 2.

Уровень Интернета

Уровень интернета называют сетевым уровнем или уровнем 3. Он описывает схему адресации которая позволяет взаимодействовать устройствам в разных сетевых сегментах.

Если адрес в пакете относится к локальной сети или является широковещательным адресом в локальной сети, то по умолчанию такой пакет просто отбрасывается. Поэтому говорят, что маршрутизаторы блокируют широковещание.

Стек TCP/IP реализован корпорацией Microsoft ну уровне интернета (3). Изначально на этом уровне использовался только один протокол IPv4, позже появился протокол IPv6.

Протокол версии 4 отвечает за адресацию и маршрутизацию пакетов между узлами в десятках сегментах сети. IPv4 использует 32 разрядные адреса. 32 разрядные адреса имеют довольно ограниченное пространство, в связи с этим возникает дефицит адресов.

Протокол версии 6 использует 128 разрядные адреса. Поэтому он может определить намного больше адресов. В интернете не все маршрутизаторы поддерживают IPv6. Для поддержки IPv6 в интернете используются туннельные протоколы.

В Windows по умолчанию включены обе версии протоколов.

Транспортный уровень

Транспортный уровень модели TCP/IP представляет метод отправки и получения данных устройствами. Так же он создает отметку о предназначении данных для определенного приложения. В TCP/IP входят два протокола транспортного уровня:

Протокол TCP. Протокол принимает данные у приложения и обрабатывает их как поток байт.Байты группируются, нумеруются и доставляются на сетевой хост. Получатель подтверждает получение этих данных. Если подтверждение не получено, то отправитель отправляет данные заново.
Протокол UDP.Этот протокол не предусматривает гарантию и подтверждение доставки данных. Если вам необходимо надежное подключение, то стоит использовать протокол TCP.

Прикладной уровень

Обучаю HTML, CSS, PHP. Создаю и продвигаю сайты, скрипты и программы. Занимаюсь информационной безопасностью. Рассмотрю различные виды сотрудничества.

Читайте также: