23438

Способы построения, архитектура и обмен данными в цифровых сетях связи

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Цифровые сети могут строиться на основе уже существующих проводных линий связи (медные, оптические), прокладываться специально выделенные линии, или строиться каналы беспроводной передачи данных. Архитектура сетей подразумевает различные технологии, протоколы...

Русский

2014-12-13

1.2 MB

45 чел.

«Вычислительные системы, сети и телекоммуникации»

1. Способы построения, архитектура и обмен данными в цифровых сетях связи. Интеграция взаимодействий, служб и услуг (Intranet/Extranet/Internet). Сетевые протоколы, доменная система имен и адресация в сети Интернет.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Цифровые сети могут строиться на основе уже существующих проводных линий связи (медные, оптические), прокладываться специально выделенные линии, или строиться каналы беспроводной передачи данных. Архитектура сетей подразумевает различные технологии, протоколы, топологии – все это должно быть оговорено в техническом задании перед построением сети.  В большинстве случаев существует возможность связать сети с различными протоколами и топологиями, но не всегда это осуществляется легко и беспроблемно. Для соединения различных сетей между собой используются различные сетевые шлюзы и маршрутизаторы (программные или аппаратные).

В настоящее время Интернет наводнен различными он-лайн и офф-лайн сервисами. Это и различные веб-сервисы, реализуемые через сайты; почта; чаты; интерактивные игры (типа WorldofTanks, Warplanes), Скайп, ICQ и многие другие. Все это называется службы/услуги/сервисы сети Интернет. Сети более мелкого масштаба: Extranet и Intranet построены на тех же принципах, что и Интернет, а значит сервисы этих сетей могут легко интегрироваться с глобальными сервисами Интернета. Чаще всего в качестве сервисов сетей Extranet и Intranet используются файлы, папки общего доступа, веб-формы, оболочки для работы с БД, сетевые принтеры, сканеры. Для каждого сервиса можно указать уровни и права доступа, т.е. пользователи какой сети (Internet/Extranet/Intranet) могут получать доступ к сервису.

Сетевой протокол – язык, используемый компьютерами для взаимодействия друг с другом или другими устройствами сети. Или иначе: это набор правил взаимодействия объектов вычислительной сети. Для того, чтобы компьютеры «понимали» друг друга, необходимо использовать одинаковый протокол.    

Набор стандартных протоколов представлен в виде модели взаимодействия открытых систем OSI (Open System Interconnection). Эта модель представляет собой общие рекомендации для аппаратного и программного построения сетей. Для упорядочения  функций управления и протоколов вычислительная сеть (в общем  случае) должна иметь 7 функциональных уровней: прикладной, ур-нь представления, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный, физический.  

На каждом ур-не управления используются свои протоколы и заранее оговаривается 2 вопроса:

- набор услуг, т.е. что делает ур-нь?

- как выполняются эти услуги?

Набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия в сети, называется стек коммуникационных протоколов. Для каждого типа сетей используется свой стек протоколов.

Система адресации в Интернете

Идентифицировать узлы в пределах сети можно по уникальным IP-адресам (при условии, что мы имеем дело с «белым» (реальным) адресом. Но такой способ идентификации не удобен для человека,  потому существует и второй способ: по доменному имени узла. Переводом доменного имени узла вегоIP-адрес занимается специальная сетевая служба: DNS (Dоmаinmе Sуstеm).

Существуют две версии сетевого протокола  TCP/IP: v.4 (32-битная) – которая пока что используется гораздо чаще, привычнее нам, но которая лет через несколько исчерпает себя, а также v.6 (128-битная), которая является более современной. Например, адрес v.4: 152.37.72.138, где: адрес сети 152.37; адрес подсети - 72; адрес компьютера - 138. В случае, если узел подключен к Интернету не напрямую, а через шлюз или маршрутизатор, то его локальный адрес (например, 192.168.2.15) преобразуется во внешний адрес с помощью механизма NAT, обычно он расположен в маршрутизаторе.

Доменный адрес состоит из нескольких, отделяемых друг от друга точкой, буквенно-цифровых доменов (domain - область). Сейчас в Сети сейчас насчитывается более 120000 разных доменов.

Двухбуквенные домены обычно указывают на принадлежность к стране, например, Австрия – at, Россия – ru,  США – us, а трехбуквенные – разделяют домены по тематическим признакам, например, правительственные учреждения – gov,  коммерческие организации – соm, учебные заведения – edu, прочие организации – org.

Доменный адрес может иметь произвольную длину. В отличие от цифрового адреса он читается в обратном порядке – снизу вверх, например, www.yandex.ru

--------------------------------------------------------------------------------------------

2. Классификация и архитектура информационно-вычислительных сетей и сетей телекоммуникаций. Информационно-телекоммуникационная структура современного экономического объекта.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

Классификация цифровых сетей передачи данных производится признакам: (*** слайд 52).

- по территории  сети делятся на:  локальные, региональные и глобальные;

- по организации передачи данных сети делятся на: последовательные и широковещательные;

- по равноправию узлов сети, сети разделяются на: серверные и одноранговые.

- по геометрии построения (топологии) сети могут быть: шинные (линейные, bus), кольцевые (петлевые, ring), радиальные (звездообразные, star), иерархические (древовидные), полносвязные (сетка, mesh) и смешанные (гибридные).

- по технологии построения и передачи данных известны: FDDI (оптика), TokenRing (кольцевая топология), ARCNet, Ethernet (на основе витой пары – самая распространенная в качестве домашней и внутриофисной сети).

Экономическим объектом может быть, например: фирма, корпорация. Соответственно, корпоративные сети - сети масштаба предприятия, корпорации. Эти сети обычно используют коммуникационные возможности Интернета. Корпоративные сети относят к особой разновидности локальных сетей, имеющей значительную территорию охвата. Сейчас корпоративные сети весьма активно развиваются и их часто называют сетями Интранет.

Сеть Интранет, как правило, имеет доступ в сеть Интернет, но ее ресурсы со стороны внешних пользователей надежно защищены.

Полнофункциональная интранет-сеть должна обеспечивать, как минимум, выполнение таких базовых сетевых технологий, как:

-    корпоративную базу данных и соответствующую СУБД;

- интегрированную передачу сообщений (электронная почта, факс, телеконференции и т. д.);

- работув World Wide Web;

- защиту информации от несанкционированного доступа и другие функции.

Современный экономический объект, например, предприятие, чаще всего использует одну из следующей архитектуры сетей: файл-серверная распределенная обработка данных или клиент-серверная распределенная обработка данных.

------------------------------------------------------------------------------------------------------

3. Информационные ресурсы глобальной сети, российский сегмент Интернет. Виды, организация, этапы и системы информационного поиска сети Интернет.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

По сути дела: ресурсами сети Интернет являются файлы и сайты. С файлами все достаточно просто. Они хранятся на специальных серверах и обращение к ним происходит по протоколу FTP. Сайтов же существует целая классификация, которую можно представить в виде схемы:

 

.

Исходя из выполняемых Web-сайтами функций, их можно разделить на

две основные группы:

~ навигационные сайты;

~ конечные сайты.

Такое деление обусловлено общей логикой навигации пользователей в среде Интернета. Т.е. вначале пользователь с помощью навигационных серверов должен найти требуемые ресурсы, и только после этого он может ими воспользоваться.

Поисковые серверы (типа Google, Yandex) максимально автоматизируют процесс поиска информации – нужно лишь грамотно составить поисковый запрос (фразу), однако есть возможность использовать и альтернативный ручной поиск с помощью Каталогов или Тематических сайтов. Принцип поиска в них очень напоминает работу с файловым проводником Windows – мы открывает нужную ветку дерева папок до тех пор, пока не находим нужную информацию.

Российский сегмент Интернета (Рунет) начал развиваться примерно с 1990 года и сейчас представлен широким спектром как веб-ресурсов, так и различными сетевыми сервисами, по функционалу не уступающими англоязычным ресурсам

-----------------------------------------------------------------------------------------------------.

4. Способы адресной доставки сообщений в системах передачи данных, программное и аппаратное обеспечение адресной доставки.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------

Для доставки сообщения конкретному узлу в пределах одной сети в заголовок каждого информационного кадра (фрейма, пакета) внедряется служебная информация с указанием IP-адреса узла, по которому и происходит доставка. Если нужно передать данные из одной сети в другую, то здесь необходимо задействовать механизм маршрутизации, который призван найти и выбрать оптимальный путь для передачи пакета из нескольких возможных. Для этой цели в маршрутизаторе (программном или аппаратном) создаются таблицы маршрутов. Согласно правилам протокола TCP/IP после успешной доставки пакета происходит подтверждение факта доставки. Если доставка оказалась неудачной, то узел пытается повторно передать пакет. Повторные передачи снижают производительность сети.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

5. Основные сервисы и услуги Интернет и их применения для повышения рентабельности, устойчивости и конкурентоспособности объекта экономики. Создание и публикация (размещение) электронных документов в Интернет. Гипертекст, метаданные.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Основные сервисы Интернета: www, почта, чаты; интерактивные игры сервера, Скайп, ICQ, доступ к БД, платежные и банковские системы, социальные сети  др. Многие из них уже используются не только как средство для личной коммуникации, но и как средство  для общения фирмы с клиентами, рекламы, в т.ч. для привлечения новых клиентов (например, фирмы создают свои группы ВКонтакте, Фейсбуке и т.п.). Если речь идет о сервисе www, то естественно, что работа с этими ресурсами происходит по незащищенному протоколу http. Если на сайте требуется авторизация (логину и паролю), то в этом случае взаимодействие с ресурсом происходит по защищенному протоколу https. Более того, многие сайты различных госструктур требуют не только протокол https, но и наличие различных крипто-ключей или ЭЦП, а также программных средств типа «Крипто-Про». Носителем информации ключей и ЭЦП может быть как обычная флэшка, так и специальное USB-устройство –типа E-Token, которое выдается платно в региональных центрах сертификации.Для работы с он-лайновыми БД на ПК иногда требуется дополнительное ПО, позволяющее обмениваться с сервером информацией.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

6. Виртуальные частные сети (VPN). Назначение, основные возможности, принципы функционирования и варианты реализации VPN. Структура защищенной корпоративной сети.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

В общем случае VPN – это виртуальный канал связи, являющийся частью какой-либо реальной локальной или корпоративной сети. VPN могут создаваться на базе любых существующих каналов связи, имеющих выход в Интернет. Организация VPN целесообразна в тех случаях, где невозможно подключить узел к реальной нужной сети. Иначе говоря, VPN – это сеть внутри другой сети. При использовании VPN вопросам безопасности должно уделяться очень серьезное внимание, чтобы не произошло утечки секретной информации в реальную внешнюю сеть, например, в Интернет. Для создания VPN должен быть организован VPN – сервер, к которому будут подключаться клиенты VPN, а кроме того, сервер является и «переходником» между VPN – клиентами и реальной сетью. При работе с корпоративными ресурсами клиент VPNполучает доступ к ним точно также, как будто он работает в реальной сети, т.е. работа организована прозрачно. Однако настройка VPN – соединения отличается от обычного соединения в реальной сети, и требует таких методов защиты, как например, логин / пароль. VPN – сервер может быть свой собственный (на базе ОС WindowsServer или другой ОС) или внешний (облачный), например, Hamachi.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

7. Представление непрерывных сигналов в цифровой форме. Дискретизация. Квантование и его виды. Возникновение ошибок дискретизации и квантования в ИС. Кодирование. Примеры кодирования сигнала в ИС.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

  1.  Сигнал — любая физическая величина (температура, давление воздуха, интенсивность света, сила тока и т.д.), изменяющаяся со временем.
  2.  Аналоговый сигнал — может принимать любые значения в определенных пределах. Устройства, работающие с аналоговыми сигналами, — аналоговые устройства. Аналоговый сигнал изменяется аналогично физической величине, т. е. непрерывно.
  3.  Цифровой сигнал — может принимать только два значения. Причём разрешены некоторые отклонения от этих значений  Устройства, работающие с цифровыми сигналами, — цифровые устройства.

*Можно картинку примеров цифрового и аналогового сигналов….

Любой сигнал в реальных условиях подвержен влиянию помех, шумов, а также затуханию, что в некоторых случаях может вызвать искажение информации. (см. рис.)

Для преобразования сигнала в цифровую форму из аналоговой используются АЦП, а если нужно наоборот преобразовать, то ЦАП.

Составными элементами цифрового сигнала являются: передний и задний фронты, уровень логической «1» и уровень логического «0».

Цифровые сигналы используются в любых логических элементах, начиная от простейших типа И, ИЛИ, НЕ и заканчивая сумматорами, компараторами, шифраторами/дешифраторами, триггерами, и наконец – микропроцессорами.

------------------------------------------------------------------------------------------------------

8. Понятие об архитектуре ИС. Виды, области применения.

Одноранговые, централизованные, распределенные, терминальные сети. Архитектура клиент-сервер, файл-сервер, многоуровневые ИС. Особенности технологии «тонкого клиента».

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

Все узлы сети могут иметь равные права между собой, и в этом случае сеть называется одноранговой. В таких сетях каждый узел может выполнять запросы от других рабочих станций и отправлять свои запросы на обслуживание в сеть. Все периферийные ус-ва становятся общими для всех узлов. Обычно кол-во ПК в таких сетях не превышает 10 штук и такие сети являются широковещательными.

В серверных сетях для централизованного управления выделяется специальный ПК, который регулирует взаимодействие рабочих станций, выполняет их запросы, или хранит общую БД, файлы и предоставляет другие сетевые ресурсы. В сети может быть несколько различных серверов, различающихся по своему назначению, например, "файл-сервер", "сервер приложений", "прокси-сервер" и др. Работа этих сетей организована по принципу "клиент-сервер". Такие сети более предпочтительны, имеют ряд преимуществ, но и более высокую стоимость.

Особенности архитектуры корпоративных компьютерных сетей

На сегодняшний день сложились следующие типовые структуры корпоративных сетей:

1. Централизованная обработка данных - когда на одном компьютере установлены и функционируют средства:

- пользовательского интерфейса, обеспечивающие интерактивный режим работы пользователя (в том числе и «средства презентации данных»);

- содержательной обработки - программы приложений;

- организации и использования баз данных.

Структура Централизованной обработки данных показана на следующем рисунке. Такая структура не считается самой современной и в последнее время используется все реже.

Центральный компьютер

Интерфейс

пользователя

Приложение

БД

2. Файл-серверная распределенная обработка данных – когда на рабочей станции находятся средства пользовательского интерфейса и программы приложений, а на сервере хранятся файлы базы данных. Схема изображена на следующем рисунке.

Интерфейс

Пользователя

приложение

Рабочая станция

 Файловый сервер

БД

Передача

файлов

3. Клиент-серверная двухуровневая распределенная обработка данных В этом случае на рабочей станции находятся средства пользовательского интерфейса и программы приложений (рабочие станции относятся к категории «толстых клиентов»). На сервере баз данных хранятся СУБД и файлы базы данных. Рабочие станции (клиенты) посылают серверу запросы на интересующие их данные, сервер выполняет извлечение и предварительную обработку данных. По сравнению с предыдущим вариантом существенно уменьшается трафик сети и обеспечивается прозрачность доступа всех приложений к файлам БД.

Интерфейс

Пользователя

приложение

Рабочая станция

 Файловый сервер

БД

Передача

запросов

Под такую схему попадает и терминальные сети, в основе которых стоит сервер терминалов. Такие сети и сервера работают на основе технологии «тонкий клиент». Тонкий – потому что через сеть передается относительно небольшой трафик (в отличие от толстого клиента, когда передаются файлы). По сути дела при использовании тонкого клиента передаются уже готовые результаты работы серверного приложения, чаще всего в виде экранных картинок, что незначительно нагружает сеть.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

9. Телекоммуникационные технологии. Эталонная модель взаимодействия открытых систем OSI. Назначение и сервисы уровней модели. Логическое и физическое взаимодействие уровней. Основные межуровневые протоколы.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Из того, что протокол представляет собой соглашение, принятое двумя взаимодействующими объектами, в данном случае двумя работающими в сети компьютерами, совсем не следует, что он обязательно является стандартным. Но на практике при реализации сетей обычно используются стандартные протоколы. Это могут быть фирменные, национальные или международные стандарты.

Модель взаимодействия открытых систем ( OpenSystemInterconnection, OSI ) определяет различные уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень.Полное описание этой модели занимает более 1000 страниц текста ;-). Иначе говоря, на каждом уровне определяется: какое действие по подготовке пакета к передачи будет выполняться и как именно это действие будет выполняться.

В модели OSI (рис. 11.6) средства взаимодействия делятся на семь уровней:

прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. 

Каждый уровень имеет дело с определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств. Если представить очень примитивно, то на каждом уровне к передаваемому информационному сообщению пристегивается блок служебной информации, таким образом к моменту непосредственной передачи, т.е. к 1-му самому нижнему ур-ню пакет обрастает 7-ю блоками, а к моменту получения его адресатом постепенно эти блоки отстегиваются на каждом ур-не.  

Три нижних уровня — физический, канальный и сетевой — являются сетезависимыми, то есть протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией сети и используемым коммуникационным оборудованием. Например, переход на оборудованиеFDDI означает полную смену протоколов физического и канального уровней во всех узлах сети.

Три верхних уровня — прикладной, представительный и сеансовый — ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения сети. На протоколы этих уровней не влияют какие бы то ни было изменения в топологии сети, замена оборудования или переход на другую сетевую технологию. Так, переход от Ethernet к высокоскоростной технологии100VG-AnyLAN не потребует никаких изменений в программных средствах, реализующих функции прикладного, представительногои сеансового уровней.

Транспортный уровень является промежуточным, он скрывает все детали функционирования нижних уровней от верхних. Это позволяет разрабатывать приложения, не зависящие от технических средств непосредственной транспортировки сообщений.

Компьютер с установленной на нем сетевой ОС взаимодействует с другим компьютером с помощью протоколов всех семи уровней. Это взаимодействие компьютеры осуществляют опосредованно, через различные коммуникационные устройства (см. рис): концентраторы, модемы, мосты, коммутаторы,маршрутизаторы, мультиплексоры. В зависимости от типа коммуникационное устройство может работать либо только нафизическом уровне ( повторитель ), либо на физическом и канальном (мост), либо на физическом, канальном и сетевом, иногда захватывая и транспортный уровень ( маршрутизатор ).

Модель OSI представляет хотя и очень важную, но только одну из многих моделей коммуникаций. Эти модели и связанные с нимистеки протоколов могут отличаться количеством уровней, их функциями, форматами сообщений, службами, поддерживаемыми на верхних уровнях, и прочими параметрами.Так например, протокол TCP/IP на самом деле это не 1 протокол, а целый стек (набор), работающих на 4х уровнях:

  1.  прикладной уровень (applicationlayer),
  2.  транспортный уровень (transportlayer),
  3.  сетевой уровень (internetlayer),
  4.  канальный уровень (linklayer).

причем конкретно: TCP на транспортном, а IP на сетевом. Стеку протоколов TCP/IP посвящена отдельная литература.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------

10. Принципы работы сетей с пакетной передачей данных (FR, Х.25, TCP/IP, WDM, DWDM, ISDN), сетей с коммутацией каналов (dial-Up), сетей с коммутацией ячеек (ATM) и сетей на основе выделенных каналов.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

В процессе пакетной передачи данных осуществляется одновременное взаимодействие между несколькими узлами сети. Существует 2 метода связи между узлами сети: дейтаграмный (без установки логического соединения, который быстрей соединяется, но менее надежный и безконтрольный) и с предварительной установкой логического соединения(более долгий, но надежный, включает средства взаимного мониторинга качества связи)

Типовой пакет имеет в своем составе: (рис.) преамбулу, стартовый ограничитель (пауза), адрес назначения, адрес отправителя, служебную информацию, непосредственно полезную информацию, контрольную сумму, конечный ограничитель.

Как работает сеть с коммутацией каналов (dial-up)

Поясним принцип работы коммутируемой телефонной сети или сети с коммутацией вы дозваниваетесь кому-либо по телефону, между вами устанавливается некий физический канал связи, составленный из отдельных участков, которые соединяются коммутаторами одной или различных АТС. Т.е. иначе говоря, коммутируемое соединение – это временный виртуальный канал, составленный из двух или более фрагментов. Причем если какой-то из общих фрагментов сети занят одним абонентом, то второй абонент не сможет получить доступ к сетевым ресурсам. Еще одна характерная особенность коммутируемых соединений – не гарантированная скорость и пропускная способность сети.

Например, на рис. 3.3 показаны два абонента, устанавливающие связь с провайдером по телефону.

Рис. 3.3. Схема дозвона клиента на модем провайдера по телефонной сети с коммутацией каналов

Для подключения к коммутируемой сети обычно используется какой-либо модем.

В самом общем плане модем - это устройство, которое позволяет передать цифровой код (определенное чередование последовательности единиц и нулей) в виде чередования звуков, частот и провести обратное преобразование - перевести колебания звука в цифровую информацию.

Визуально изобразить принцип работы аналогового модема можно так:

Рис. 3.5. Принцип работы модема

Основные принципы сетей с коммутацией ячеек ATM

АТМ - (Asynchronous TransferMode) была связана с развитием ISDN (цифровая сеть с интегрированным набором услуг). Такое развитие было обусловлено развитием прикладных задач, например высокоскоростных местных сетей (LAN) и высококачественного телевидения, которые требовали более высоких скоростей, чем те, что предоставляли службы ISDN. В итоге  была разработана технология Broadcast ISDN (BISDN)

ATM объединяет возможности двух технологий — коммутации пакетов и коммутации каналов. ATM преобразует все виды нагрузки в поток ячеек (в данном случае ячейка синоним пакету) длиной 53 байта. Как показано на рис. 10.1 , ячейка состоит из 48 байтов полезной нагрузки и 5 байтовзаголовка, который позволяет передавать эту ячейку по сети.

Рис. 10.1. ATM-ячейка

Эталонная модель протоколов BISDN

Эталонная модель протоколов BISDN показана на рис. 10.2 . Модель содержит три плоскости: плоскость пользователя (Uplane),плоскость управления (C-plane) и плоскость менеджмента — административного управления (M-plane). 

Плоскость пользователя (U-plane), включает в себя передачу и прием всех видов данных, обеспечение управления потоком и защиту от ошибок. Она имеет уровневую структуру.

Плоскость управления (C-plane) содержит совокупность протоколов,используемых для сигнализации при установлении, контроле и разъединении соединения. Она имеет уровневую структуру.

Плоскость менеджмента (M-plane) включает в себя две плоскости: административное управление уровнями плоскостей и управление плоскостями.


Рис. 10.2. Эталонная модель протоколов BISDN

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

11. Принципы работы, ограничения и возможности коммутаторов, концентраторов, маршрутизаторов, мостов и шлюзов. Технология мультиплексирования.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Обобщенная задача коммутации

Если топология сети не полносвязная, то обмен данными между произвольной парой конечных узлов (абонентов) должен идти в общем случае через транзитные узлы.

Например, в сети на рис. 5.1 узлы 2 и 4, непосредственно друг с другом не связанные, вынуждены передавать данные черезтранзитные узлы, в качестве которых могут использоваться, например, узлы 1 и 5. Узел 1 должен выполнить передачу данных с интерфейса A на интерфейс B, а узел 5 — с интерфейса B на F.


Рис. 5.1. Коммутация абонентов через сеть транзитных узлов.

Последовательность транзитных узлов (сетевых интерфейсов) на пути от отправителя к получателю называется маршрутом .

В качестве критериев выбора маршрута передачи могут выступать, например:

  1.  номинальная пропускная способность;
  2.  загруженность каналов связи;
  3.  задержки, вносимые каналами;
  4.  количество промежуточных транзитных узлов;
  5.  надежность каналов и транзитных узлов.

Однако, задаче по переброске пакетов с одного порта коммутатора / маршрутизатора на другой предшествует еще такая специальная процедура, как определение и формирование сетевого потока. Потоком может быть, например, каждое сетевое приложение, каждое обращение к сетевому ресурсу и т.п. Таким образом, из общей «мешанины» пакетов коммутатор должен как бы отсортировать мелкие пакеты в более крупные наборы – потоки и уже управлять на уровне потоков, что естественно повышает скорость сетевой работы. Причем мелкие потоки могут собираться в более крупные потоки, равно как и наоборот.

Демультиплексирование — разделение суммарного агрегированного потока, поступающего на один интерфейс, на несколько составляющих более мелких потоков .

Как правило, операцию коммутации сопровождает также обратная операция — Мультиплексирование— образование из нескольких отдельных потоков общего агрегированногопотока, который можно передавать по одному физическому каналу связи.

Коммутаторы

Эти устройства, работают на втором (канальном) уровне по модели OSI, способные обеспечивать независимую и выборочную передачу кадров Ethernet между портами за счёт вскрытия заголовков кадров и пересылки их по нужным портам в соответствии с MAC-адресом получателя, работу в разных режимах и с различными скоростями.

Концентраторы (Hub)

Работает на первом (физическом) уровне сетевой модели OSI, ретранслируя входящий сигнал с одного из портов в сигнал на все остальные (подключённые) порты, реализуя, таким образом, свойственную Ethernet топологию общая шина, c разделением пропускной способности сети между всеми устройствами и работой в режиме полудуплекса. Коллизии (то есть попытка двух и более устройств начать передачу одновременно) обрабатываются аналогично сети Ethernet на других носителях — устройства самостоятельно прекращают передачу и возобновляют попытку через случайный промежуток времени, говоря современным языком, концентратор объединяет устройства в одном домене коллизий.

Маршрутиза́тор (от англ. router) — специализированный сетевой компьютер или устройство, имеющий как минимум 2 сетевых интерфейса и пересылающий пакеты данных между различными сегментами сети, связывающий разнородные сети различных архитектур, принимающий решения о пересылке на основании информации о топологии сети и определённых правил, заданных администратором.

Маршрутизатор работает на более высоком «сетевом» уровне 3 сетевой модели OSI, нежели коммутатор (или сетевой мост) и концентратор (хаб), которые работают соответственно на уровне 2 и уровне 1 модели OSI . В пределах одной сети маршрутизатор может работать как коммутатор по аналогичным алгоритмам сортировать пакеты в потоки и направлять их на соответствующие порты. Отличительной особенностью от других вышеперечисленных ус-в является таблица маршрутизации.

Она содержит информацию, на основе которой маршрутизатор принимает решение о дальнейшей пересылке пакетов. Таблица состоит из некоторого числа записей — маршрутов, в каждой из которых содержится адрес сети получателя, адрес следующего узла, которому следует передавать пакеты. Для каждого маршрута существует — метрика (затрата на передачу пакета по данному пути, минимум=1)..

Сетевой мостбридж (канальный уровень), - сетевое устройство второго уровня модели OSI, предназначенное для объединения сегментов (подсетикомпьютерной сети в единую сеть.

Мосты бывают:

  1.  Прозрачные мосты (англ. transparentbridges) объединяют сети с едиными протоколами канального и физического уровней модели OSI;
  2.  Транслирующие мосты (англ. translatingbridges) объединяют сети с различными протоколами канального и физического уровней;
  3.  Инкапсулирующие мосты (англ. encapsulatingbridges) соединяют сети с едиными протоколами канального и физического уровня через сети с другими протоколами.

Сетевой шлюз (англ. gateway) — аппаратный маршрутизатор или программное обеспечение для сопряжения компьютерных сетей, использующих разные протоколы (например, локальной и глобальной).

Сетевой шлюз конвертирует протоколы одного типа физической среды в протоколы другой физической среды (сети). Например, при соединении локального компьютера с сетью Интернет обычно используется сетевой шлюз.

В принципе Маршрутизатор –частный случай шлюза. Основная задача сетевого шлюза — конвертировать протокол между сетями, в то время как Роутер передает  пакеты только среди сетей, использующих одинаковые протоколы. Сетевые шлюзы могут быть аппаратным решением, программным обеспечением или тем и другим вместе, но обычно это программное обеспечение, установленное на роутер или компьютер. Сетевой шлюз должен понимать все протоколы, используемые роутером. Сетевой шлюз — это как бы «точка сети», которая служит выходом в другую сеть. На практике почти все современные роутеры могут выполнять функции шлюза.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

12. Архитектура стека протоколов TCP/IP, потоки данных. IP адресация (классы адресов, виды адресов, маски). Примеры реализации протоколов. Многослойная передача данных. Принципы работы и отличия протоколов TCP и UDP.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

IP – адресация по стандарту v.4 включает в себя 4 октета, каждый из которых может принимать значения от 0 до 255. Для упорядочения масштабов (классов) сетей существуют некоторые стандартные шаблоны IP-адресов. Кроме IP-адреса есть еще 1 параметр, характеризующий класс сети и показывающий сколько узлов может иметь сеть данного класса. Это параметр называется маска подсети. Визуально он выглядит так же, как и IP-адрес, но вводится в специальное поле.

Классы IP-сетей  

В общем случае IP-сети делятся на классы: А, В, С, D и Е.

Сети класса А — это огромные сети. Маска сети класса А: 255.0.0.0. В каждой сети такого класса может находиться более 16 млн. адресов. Адреса таких сетей лежат в промежутке 1.0.0.0... 126.0.0.0, а адреса хостов (компьютеров) имеют вид, например: 125.*.*.*

Сети класса В — это средние сети. Маска такой сети — 255.255.0.0. Эта сеть содержит 65536 адресов. Диапазон адресов таких сетей 128.0.0.0...191.255.0.0. Адреса хостов имеют вид, например: 136.12.*.*

Сеть класса С — маленькие сети. Содержат 256 адресов (на самом деле всего 254 хоста, так как номера 0 и 255 зарезервированы). Маска сети класса С — 255.255.255.0. Интервал адресов: 192.0.1.0...223.255.255.0. Адреса хостов имеют вид, например: 192.168.12.*

Класс сети определить очень легко. Для этого нужно перевести десятичное представление адреса сети в двоичное. Если адрес начинается с последовательности битов 10, то данная сеть относится к классу В, а если с последовательности 110, то — к классу С. Если адрес начинается с последовательности 1110, то сеть является сетью класса D, а сам адрес является особым — групповым (multicast, широковещательным). Если в пакете указан адрес сети класса D, то этот пакет должны получить все хосты, которым присвоен данный адрес. Адреса класса Е зарезервированы для будущего применения.

Талица1.2. Характеристики сетей различных классов.

Класс

Первые биты

Диапазон адресов

Количество узлов

А

0

1.0.0.0...126.0.0.0

16777216(2^24)

В

10

128.0.0.0...1191.255.0.0

65536(2^16)

С

110

192.0.1.0...223.255.225.0

256(2^8)

D

1110

224.0.0.0...239.255.255.255

Multicast

E

11110

240.0.0.0...247.255.255.255

Зарезервирован

Особое значение имеет IP-адрес 127.0.0.1 — это адрес локального компьютера. Он используется для тестирования сетевых программ и взаимодействия сетевых процессов. При попытке отправить пакет по этому адресу данные не передаются по сети, а возвращаются протоколам верхних уровней, как только что принятые. При этом образуется как бы «петля». Этот адрес называется loopback. В IP-сети запрещается использовать IP-адреса, которые начинаются со 127. Некоторые адреса зарезервированы для каких-то глобальных целей.

В основе концепции многослойной передачи данных лежит технология FDMA, использующая репитер с разделением частоты – FD (Frequency Division) репитера (отсюда – FDMA (Frequency Division Multiple Access) — множественный доступ с разделением каналов по частоте). Данный принцип реализован, например, в стандарте GSM. FD репитер состоит из двух модемов, один из которых настроен как головное устройство ( HE(head end) - головной модем), а второй - как оконечное (CPE(customer premises equipment) — модем клиента). Полоса частот делится на три моды, и каждая пара HE – CPE соединяются в своей части диапазона:

Это решение позволяет передавать данные на большие расстояния, однако, стоимость такого канала становится высокой, поскольку количество модемов в каждом звене удваивается. Количество конечных устройств, присоединенных к одному головному модему BPL, в реализации DS2 не превышает 64шт.

Протоколы ТСP/IP и UDP во многом схожи. В протоколе ТСP/IP предусмотрен контроль принятия отправленных пакетов, и если вдруг пакет не доставлен, то происходит повторная попытка его отправить. Данный протокол используется в тех случаях, когда потери информации недопустимы (например, программы, текстовые файлы и т.п.). Протокол UDP не гарантирует 100% ную доставку пакетов, поскольку не имеет средств контроля за доставкой. Его целесообразно применять например при передаче мультимедийной или потоковой информации (голос, видео, мультимедийных файлов (фильмы, музыка), игры онлайн….

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

13. Прикладные протоколы TCP/IP (SMTP, РОРЗ, IMAP4, HTTP, FTP), принципы работы.

Почтовые протоколы SMTP, РОРЗ и IMAP

Без протоколов SMTP, РОРЗ и IMAP невозможна работа электронной почты. Особенностью этих протоколов является их узкая направленность. Это означает, что их принципиально невозможно использовать для других целей, что, к тому же, не имеет смысла. Задача SMTP, РОРЗ и IMAP — организация обмена электронными сообщениями, и они отлично с ней справляются. Еще одной особенностью почтовых протоколов является однозначность. Например, протокол, отсылающий сообщения, не способен их принимать, и наоборот. Именно поэтому такие протоколы работают парами.

SMTP

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol упрошенный протокол пересылки почты) — протокол, основной задачей которого является отсылка подготовленных специальным образом сообщений. Перед тем, как это сделать, протокол устанавливает соединение между компьютерами, что гарантирует доставку сообщения. Протокол SMTP очень простой и эффективный, однако эта эффективность не распространяется на все задачи и возможности. Так, он не обладает даже простейшим механизмом аутентификации и возможностью шифрования данных при передаче между почтовыми серверами. Самым большим недостатком SMTP является его неспособность к пересылке графики.

Чтобы не отказываться от этого довольно хорошего протокола, было принято решение расширить его несколькими полезными и необходимыми расширениями. Taким расширением, например, является MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions многоцелевое расширение почтовой службы в Интернете), благодаря которому существует возможность отсылать файлы любого формата и содержания. Кроме того разработан стандарт UUENCODE, позволяющий передавать текстовые сообщение в разных кодировках. ESMTP (Extended SMTP) — масштабируемое расширение протокола SMTP. В настоящее время под «протоколом SMTP», как правило, подразумевают ESMTP и его расширения.

РОРЗ

P0P3 (Post Office Protocol 3, почтовый протокол версии 3) — почтовый протокол, который используется для приема электронных сообщений с почтового сервера. Обычно РОРЗ работает в паре с протоколом SMTP, что позволяет организовать эффективную систему отсылки и приема электронных сообщений. Интерфейс протокола еще более простои, чем интерфейс SMTP, и с этим связаны определенные неудобства. Так, отсутствует возможность выборочного скачивания письма или просмотра содержимого письма непосредственно на почтовом сервере.

IMAP

IMAP (Interactive Mail Access Protocol, протокол интерактивного доступа к электронной почте) — наиболее «продвинутый» почтовый протокол, предназначенный для приема электронных сообщений с почтового сервера. В большинстве случаев более удобным и эффективным является использование протокола IMAP, чем РОРЗ. К достоинствам протокола относится возможность частичного скачивания письма, разбития принимаемого письма на части с последующим склеиванием и многое другое. Пользователю дается возможность управлять сообщениями непосредственно на сервере, не загружая их на компьютер.

Протокол HTTP

 HTTP (HyperText Transfer Protocol - протокол передачи гипертекста) - протокол прикладного уровня передачи данных (изначально - в виде гипертекстовых документов). Основой HTTP является технология клиент-сервер, то есть предполагается существование потребителей (клиентов), которые инициируют соединение и посылают запрос, и поставщиков (серверов), которые ожидают соединения для получения запроса, производят необходимые действия и возвращают обратно сообщение с результатом. HTTP в настоящее время повсеместно используется во Всемирной паутине для получения информации с веб-сайтов. В 2006 году в Северной Америке доля HTTP-трафика превысила долю P2P-сетей и составила 46 %, из которых почти половина - это передача потокового видео и звука.

HTTP используется также в качестве «транспорта» для других протоколов прикладного уровня, таких как SOAP,XML-RPCWebDAV.

Основным объектом манипуляции в HTTP является ресурс, на который указывает URI (Uniform Resource Identifier) в запросе клиента. HTTP - протокол прикладного уровня, аналогичными ему являются FTP и SMTP. Обмен сообщениями идёт по обыкновенной схеме запрос-ответ.

*************

 Достоинства

 Простота

Протокол настолько прост в реализации, что позволяет с лёгкостью создавать клиентские приложения.

 Расширяемость

Возможности протокола легко расширяются благодаря внедрению своих собственных заголовков, сохраняя совместимость с другими клиентами и серверами. Они будут игнорировать неизвестные им заголовки, но при этом можно получить необходимую функциональность при решении специфической задачи.

 Распространённость

При выборе протокола HTTP для решения конкретных задач немаловажным фактором является его распространённость. Как следствие, это обилие различной документации по протоколу на многих языках мира, включение удобных в использовании средств разработки в популярные IDE, поддержка протокола в качестве клиента многими программами и обширный выбор среди хостинговых компаний с серверами HTTP.

Недостатки

Большой размер сообщений

Использование текстового формата в протоколе порождает соответствующий недостаток: большой размер сообщений по сравнению с передачей двоичных данных. Из-за этого возрастает нагрузка на оборудование при формировании, обработке и передаче сообщений. Для решения данной проблемы в протокол встроены средства для обеспечения кэширования на стороне клиента, а также средства компрессии передаваемого контента. Нормативными документами по протоколу предусмотрено наличие прокси-серверов, которые позволяют получить клиенту документ с наиболее близкого к нему сервера. Также в протокол было внедрено дельта-кодирование, чтобы клиенту передавался не весь документ, а только его изменённая часть.

 Отсутствие навигации

Хотя протокол разрабатывался как средство работы с ресурсами сервера, у него отсутствуют в явном виде средства навигации среди этих ресурсов. Например, клиент не может явным образом запросить список доступных файлов, как в протоколе FTP. Предполагалось, что конечный пользователь уже знает URI необходимого ему документа, закачав который, он будет производить навигацию благодаря гиперссылкам. Это вполне нормально и удобно для человека, но затруднительно, когда стоят задачи автоматической обработки и анализа всех ресурсов сервера без участия человека. Решение этой проблемы лежит полностью на плечах разработчиков приложений, использующих данный протокол.

Полностью эта проблема решена в расширяющем HTTP протоколе WebDAV с помощью добавленного метода PROPFIND. Данный метод позволяет не только получить дерево каталогов, но и список параметров каждого ресурса.

 Нет поддержки распределённости

Протокол HTTP разрабатывался для решения типичных бытовых задач, где само по себе время обработки запроса должно занимать незначительное время или вообще не приниматься в расчёт. Но в промышленном использовании с применением распределённых вычислений при высоких нагрузках на сервер протокол HTTP оказывается беспомощен. В 1998 году W3C предложил альтернативный протокол HTTP-NG (HTTP Next Generation) для акцентирования внимания именно на этой проблеме – управление временем обработки запроса. Идею его необходимости поддержали крупные специалисты по распределённым вычислениям, но данный протокол до сих пор находится на стадии разработки.

Протокол FTP

Просмотр сайтов - вот первое что, приходит на ум при слове Интернет. Просмотр различных сайтов в Интернете действительно сделал его популярным, и эта популярность растет изо дня в день. А какой же вид деятельности в Интернете останется, если исключить просмотр сайтов? Загрузка файлов, фильмов, антивирусных обновлений и тому подобные вещи. Все это объединяет один протокол – FTP или протокол передачи файлов.

Следует обратить внимание на то, что протокол FTP основан на модели клиент-сервер. В отличие от HTTP, для которого существует самый популярный браузер и сервер, ничего подобного нельзя сказать о FTP. Наблюдается огромный выбор клиентов и серверов FTP. Следует обратить внимание на то, что все версии Windows поставляются со встроенными клиентами FTP.

FTP использует протокол TCP или, другими словами, он никогда не использует протокол UDP. Обычно протокол уровня приложения использует или то, или другое. Исключением является система доменного имени (DNS). Кроме того, протокол FTP использует два порта. Обычно это порт 20 для передачи данных и порт 21 для принятия команд. Но для передачи данных не всегда используется порт 20. И многих людей это сбивает с толку. FTP может работать в двух режимах: активном и пассивном. Команда по выбору режима поступает от клиента и выполняется на сервере FTP. Отметим лишь, что пассивный режим целесообразно использовать в случаях, когда на стороне клиента установлен файрволл.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

14. Системное администрирование. Баланс функциональности, безопасности и надежности сети. Экономические аспекты.

15. Меры по обеспечению безопасности (физической и информационной), (защита данных, резервное копирование, проектирование устойчивости к сбоям). Системы безопасности в IP сетях. FireWall, IDS и IPS.

16. Технологии передачи данных в магистральных цифровых сетях (PDH, SDH). Синхронизация данных.

17. Локальные компьютерные сети. Среда передачи данных. Топология сети. Аппаратное и программное обеспечение сетевого взаимодействия.

18. Общие принципы организации глобальных сетей. Интернет: аппаратные средства и протоколы обмена информацией, адресация, доступ. Сервисы Интернет и их применение в предметной области.

19. Телекоммуникационные системы. Основные части и характеристики телекоммуникационных систем. Особенности и варианты симплексных, дуплексных и полудуплексных систем. Методы уплотнения каналов.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

20. Мобильная связь. Основные характеристики систем сотовой связи, Wi-Fi и WiMAX. Беспроводные телекоммуникационные системы и их лицензирование. Сети с ячеистой структурой. Основные факторы, обеспечивающие возможность, необходимость и перспективы развития мобильной связи.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Новейшая технология WiMAX и LTE (4G) от YOTA

В общем виде WiMAX сети состоят из следующих основных частей: базовых и абонентских станций, а также оборудования, связывающего базовые станции между собой, с поставщиком сервисов и с Интернетом. Для соединения базовой станции с абонентской используется высокочастотный диапазон радиоволн от 1,5 до 11 ГГц. Таким образом, структура сетей WiMAX схожа с телефонными GSM сетями (Глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи). Однако,WiMAX обычно сравнивают не с телефонными сетями, предназначенные главным образом для передачи голосовых данных, а с сетями WI FI, предназначенными для передачи информации. При этом зона работы WiMAX не квартира или офис как для WI-Fi, а целый город. Скорость передачи данных – на порядок выше. В идеальных условиях скорость обмена данными может достигать 100 Мбит/с, при этом не требуется обеспечения прямой видимости между базовой станцией и приёмником – рис. 32.31.

Рис. 32.31. Схема WiMAX сети

Сеть 4G от YOTA (LTE) построена аналогично сети WiMax, но работает в диапазоне 2500 — 2700 МГц и может обеспечить скорость до 300 Мбит/с. Для подключения к безлимитному интернету 4G от YOTA необходим модем YOTA.

Сегодня все чаще в статьях аналитиков появляются тезисы о смерти WIMAX. В основном это связывают с тем, что переход на технологию LTE наиболее перспективен для тех, кто уже имеет развернутые сети 3G. Поэтому развитие LTE в качестве технологии мобильного Интернета наиболее желанно для действующих операторов сетей 3G (современных провайдеров сотовой связи), большинство из которых официально поддерживают стандарт LTE (4G). Вместе с тем в литературе появилась тенденция писать, что WiMax это то же самое, что и технология 4G. Что ж, посмотрим, что будет дальше…

Безпроводная технология Wi-Fi

Технология Wi-Fi сегодня широко применяется для создания беспроводных локальных сетей (WLAN). Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа (роутера) и не менее одного клиента (ПК с WI-FI адаптером). Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка (Ad-hoc), когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров "напрямую" со скоростью порядка 11 Мбит/сек. Одна из проблем WI FI в том, что в диапазоне 2.4 GHz работает множество устройств (Bluetooth, и даже микроволновые печи), что создает помехи в работе WI FI сети. Тем не менее, скорость обмена информацией в существующих Wi-Fi сетях стандартов IEEE 802.11g и IEEE 802.11b может достигать 54 Мбит/с.

Для организации простейшей домашней сети Wi-Fi достаточно иметь роутер совмещенный с точкой доступа или просто точку доступа, подключенную проводом к проводному каналу связи Интернет.

Особенности Wi-Fi при больших расстояниях….. Помехи, способы борьбы с помехами….

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

21. Сетевое оборудование: повторители, концентраторы, мосты и коммутаторы. Функции и назначение отдельных устройств. Технико-экономическое обоснование проектных решений.

22. Цифровые сети связи, особенности их функционирования. Технологии реализации, протоколы обмена данными и электронными сообщениями.