Компьютерные сети и сетевые технологии

Общие понятия компьютерных сетей. Протоколы и их взаимодействие. Базовые технологии канального уровня. Сетевые устройства физического и канального уровня. Характеристика уровней модели OSI. Глобальные компьютерные сети. Использование масок в IP-адресации.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид курс лекций
Язык русский
Дата добавления 16.12.2010
Размер файла 177,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Технология цифровой иерархии была позже стандартизована и в нее были внесены некоторые изменения, что привело к несовместимости американских (США, Канада, Япония) и международных версий цифровых сетей. Аналогами каналов Т1, Т2, Т3 в международном стандарте являются каналы и аппаратура типа Е1, Е2, Е3. Новые скорости передачи данных в международном стандарте стали соответственно 2,048 Мбит/с, 8,488 Мбит/ с и 34,368 Мбит /с (в американском 1,544 Мбит/с, 6,312 Мбит/с, 44,736 Мбит/с). Технология называется почти синхронной потому, что данные на самом нижнем уровне иерархии Т1 имеют формат, состоящий из 24 байтов информации (по каждому на каждый канал), а последний байт является байтом синхронизации канала. Поскольку первоначально аппаратура Т1 работала на внутренних генераторах и в сеть кадры асинхронно, т.е. не было единой точки сети, которая бы синхронизировала всю сеть.

Недостатком плезио- синхронной передачи данных, по этой же причине, является сложности извлечения (демулитплесирования) данных. Это означает, для того чтобы выделить на верхнем уровне какой - нибудь канал нижнего уровне, каналу верхнего уровня необходимо обработать (демультиплксировать) весь поток данных, а затем выполнить обратную процедуру упаковки (мультиплексирования) данных, чтобы отправить данные на верхний уровень.

Технология SDH / SONET является продолжением технологии PDH и была разработана в 80 годы 20 - го столетия с целью создания возможности передачи трафика всех существующих цифровых каналов, как американских Т1- Т3, так и международных Е1- Е3. Указанная технология была стандартизирована для оптических линий и получила название SONET (Synchronous Optical Net's). Основное отличие технологии SDH от технологии PDH заключается в том, что любой канал нижнего уровня может быть выделен на верхнем уровне иерархии без разбивки (демультиплексирования) всего потока. Это достигается за счет централизованного управления всей сети, в том числе и использование единого тактового генератора сети и использования специальных методов поддержки этой синхронизации. Скорости передачи в стандарте SONET определены от 51б840 Мбит/с до 2,488 Гбит/ с.

Как уже указывалось, выделенные каналы используются для прямой связи между локальными сетями и отдельными компьютерами. В этом случае нет необходимости в маршрутизации, и для выделенных каналов были разработаны специальные упрощенные протоколы для передачи пакетов: протокол SLIP (Serial Line IP) и его модификация - протокол PPP(Point to Point Protocol). В задачу этих протоколов входит в основном распознавание начала и конца пакета.

Построение сети предприятия с помощью выделенных каналов

Для объединения отдельных локальных сетей предприятия с помощью выделенных каналов обычно используются маршрутизаторы. Эти устройства на выделенных каналах в основном используются для того, чтобы пересылать не все кадры подключенных к каналу локальных сетей, а только те, которые предназначены для другой локальной сети.

После физического подключения маршрутизатор начинает передавать все пакеты из своей локальной сети в выделенный канал или принимать пакеты из выделенного канала. Для установления соединения используется протокол PPP, который упаковывает пакеты в PPP- кадры. При этом с помощью этого протокола устанавливаются параметры канала и происходит взаимная аутентификация локальных сетей. Настройка маршрутизатора (составление адресной таблицы) происходит таким же образом как и в локальных сетях.

Сети, построенные на выделенных каналах, представляют собой наиболее надежные глобальные компьютерные сети. В этом случае вся пропускная способность находится в распоряжении взаимодействующих локальных сетей. С другой стороны, такие глобальные сети являются самыми дорогими, поскольку требуют прокладки большого числа физических линий связи.

2. Глобальные сети с коммутацией каналов

Глобальные сети с коммутацией каналов используют услуги телефонных сетей. Телефонные сети делятся на аналоговые и цифровые в зависимость от способов коммутации (мультиплексирования) абонентских и магистральных каналов. Аналоговые телефонные сети принимают данные от абонентов в аналоговой форме, а мультиплексирование и коммутацию осуществляют как аналоговым, так и цифровым методами. В цифровых сетях информация от абонентов поступает в цифровом виде, и используются цифровые методы коммутации.

Аналоговые телефонные сети

Наиболее популярными аналоговыми коммутируемыми каналами являются обычные телефонные сети. Такие сети в настоящее время малопригодны для построения магистралей, так как их максимальная пропускная способность составляет 56 Кбит/с, да и то в случае использования цифровых коммутаторов.

В общем случае средняя пропускная способность аналоговых телефонных сетей составляет 9600 бит/с. В настоящее время аналоговые телефонные сети используются для организации индивидуального удаленного доступа, например, подключения с домашнего компьютера к сети Интернет.

Соединение локальных сетей с помощью аналоговых коммутируемых каналов является экономически невыгодным из- за низкой пропускной способности и необходимости оплачивать не количество передаваемой информации, а время соединения. Обычно такие каналы для соединения локальных сетей рекомендуется использовать только для передачи сводок, имеющих небольшие объемы. Для подключения к физическим линиям связи используются как модемы, используемые только для коммутируемых каналов, так и модемы универсальные, применяемые также и на выделенных каналах. Последние стоят дороже. В отличие от модемов для выделенных каналов в модемах для коммутируемых каналов существует функция набора телефонного номера.

Цифровые телефонные сети

К первым цифровым телефонным сетям относятся так называемые службы Switched 56 (коммутируемые каналы 56 Кбит/с) и цифровые сети с интегральными услугами ISDN (Intergrated Services Digital Network). В настоящее время в мире наблюдается тенденция вытеснения службы Switched 56 сетями ISDN.

Сети ISDN

В сетях ISDN данные обрабатываются в цифровом виде. Первоначально сети создавались для передачи голоса, но они могут также использоваться и для передачи компьютерных данных.

В сетях ISDN используются (интегрируются) несколько видов служб: выделенные цифровые канал; коммутируемая телефонная сеть общего пользования:, сеть передачи данных с коммутацией пакетов, сеть передачи данных с трансляцией кадров (frame relay); средства контроля и управления сетью. Стандарты ISDN описывают также ряд других услуг прикладного уровня: факсимильную связь на скорости 64 Кбит/ с, телексную связь на скорости 9600 Бит/с, видеотелекс на скорости 9600 Бит/с и некоторые другие. Базовой скоростью сети является скорость 64 Кбит/ с. Сеть поддерживает два типа пользовательского интерфейса: начальный интерфейс BRI (Basic Interface Interface) и основной интерфейс (Primay Rate Interface, PRI).

Начальный интерфейс BRI предоставляет пользователю два канала по 64 Кбит/с для передачи данных (каналы типа B) и один канал с пропускной способностью 16 Кбит/с для передачи управляющей информации (канал типа D). Все каналы работают в полнодуплексном режиме, что позволяет получить суммарную скорость передачи данных 144 Кбит/с.

Основной интерфейс PRI предназначен для пользователей с повышенными требованиями к пропускной способности. Интерфейс PRI поддерживает либо схему каналов 30 B+ D, либо схему 23 B + D. В обеих схемах канал D обеспечивает скорость 64 Кбит/ с. Первый вариант предназначен для Европы, второй для Северной Америки и Японии, соответствующими скоростями 2,0248 Мбит/с и 1,544 Мбит/с.

В настоящее время сети ISDN используются в основном как телефонные цифровые сети высокого качества. Их преимущество, по сравнению с традиционными телефонными сетями, является то, что они позволяют организовать одновременно несколько цифровых каналов через один телефонный провод и объединить различные транспортные и прикладные службы. В качестве магистралей указанные сети не используются из- за отсутствия скоростной службы коммутации пакетов и невысокие скорости каналов.

В сетях с коммутацией каналов в основном используются пакеты небольшого фиксированного размера.

3. Глобальные сети с коммутацией пакетов

Для глобальных сетей с выделенными или коммутируемыми каналами основные проблемы были сосредоточены на физическом и канальном уровне, так как на сетевом уровне работали сетевые протоколы IP или IPX, с помощью которых происходило объединение локальных сетей.

Для глобальных сетей с коммутацией пакетов используется другая оригинальная техника маршрутизация пакетов, использующая понятие «виртуального канала».

Техника виртуальных каналов используется во всех сетях с коммутацией пакетов, кроме сетей TCP/IP.

Виртуальный канал устанавливается между абонентами сети перед тем, как начать передачу пакета с помощью посылки в сеть специального пакета - запрос на установление соединения (Call Request), который содержит адрес узла назначения.

Существуют два типа виртуального канала: коммутируемый виртуальный канал (SVC- Switched Virtual Circuit) и постоянный виртуальный канал (Permanent Virtual Circuit).

При создании коммутируемого виртуального канала коммутаторы сети настраиваются по запросу абонента (динамически), а создание постоянного виртуального канала происходит заранее, причем коммутаторы сети настраиваются вручную администратором сети. Принцип работы виртуального канала состоит в том, что маршрутизация пакетов между коммутаторами сети на основании таблиц маршрутизации происходит только один раз - при создании виртуального канала. После создания виртуального канала пакеты предаются с помощью так называемых номеров или идентификаторов виртуальных каналов (VCI- Virtual Channel Identifier).

После прокладки виртуального канала через глобальную сеть коммутаторы больше не используют для пакетов этого соединения таблицу маршрутизации, а продвигают пакеты на основании номеров виртуальных каналов. Поскольку таблицы коммутации портов значительно меньше таблиц маршрутизации (в них содержаться только текущие соединения), то и пересылка пакетов осуществляется с большей скоростью.

Режим постоянного виртуального канала (PVC) является особенностью технологии маршрутизации в глобальных сетях. Отметим, что в сетях TCP/IP такого режима нет. Режим PVC является наиболее эффективным с точки зрения производительности сети, так большую часть работ по маршрутизации пакетов администратор сети выполняет на этапе подготовки.

Техника виртуальных каналов имеет свои достоинства и недостатки по сравнению с техникой IP- маршрутизации. Маршрутизация пакетов без предварительного установления соединения (IP- адресация) эффективна для кратковременных потоков данных. Кроме этого, если имеются дополнительные параллельные линии связи, пакеты могут продвигаться по ним, что увеличивает надежность сети. При использовании же виртуальных каналов очень эффективно передаются долговременные потоки, так как для установления виртуального канала требуется дополнительное время (5- 10 мс), что для кратковременных пакетов является неприемлемым.

Рассмотрим наиболее популярные сети с коммутацией пакетов.

Сети Х.25
Технология сетей Х.25 - самая старая из стандартных технологий построения территориальных сетей с коммутацией пакетов. До использования Интернет в коммерческих целях сети Х.25 были единственными доступными для коммерческих целей сетями. Сети Х.25 хорошо работают на ненадежных и зашумленных линиях связи за счет установления виртуального соединения и коррекции ошибок на двух уровнях- канальном и сетевом. Стандарт Х.25 был разработан в 1974 году. Сети Х.25 хорошо подходят для передачи трафика низкой интенсивности, например, для подключения удаленного терминала (например, банкомат, касса). Среди особенностей сети Х.25 является то, что она может работать только с одним протоколом канального уровня, который называется LAB- B, т.е. в отличие от IP- сетей не может объединять разнородные локальные сети.
Сеть Х.25 состоит из коммутаторов, соединенных высокоскоростными выделенными каналами.
Для адресации сетей Х.25 и их соединения между собой используется международная нумерация, называемая IDN - International Data Numbers. Адреса имеют разную длину, которая может доходить до 14 десятичных знаков. Первые четыре цифры IDN называются кодом идентификации сети (DNIC- Data Network Identification Code). DNIC поделен на две части: первая (три цифры) определяют страну нахождения сети, а вторая номер сети Х.25 внутри страны. Для нумерации сети внутри страны остается только одна цифра, что позволяет иметь внутри страны только 10 сетей Х.25. Если в стране требуется более чем 10 сетей Х.25, то стране присваивается дополнительный номер. Остальные цифры используются для адресации пользователей внутри сети.
Коммутаторы сетей Х.25 представляют собой более простые и дешевые устройства, чем маршрутизаторы сетей TCP/IP. Это связано с тем, что коммутаторы не выполняют операций преобразований различных форматов канального уровня (как IP- маршрутизатор для объединения локальных сетей различных технологий) и не определяют оптимальный путь прохождения пакетов. В отличие от коммутаторов локальных сетей коммутаторы сетей Х.25 обмениваются информацией подтверждения о получении кадров и организуют повторную передачу утерянного кадра.
Отметим, что сети Х.25 были разработаны для низкоскоростных линий связи (1200 - 9600 бит/с) с высоким уровнем помех, которые еще широко распространены в нашей республике.
Сети frame relay

Технология framerelay начинает занимать в территориальных сетях с коммутацией пакетов ту же нишу, которую заняла в локальных сетях технология Ethernet. Обе технологии предоставляют только базовый транспортный сервис, доставляя кадры в узел назначения без гарантий, дейтаграммным способом. Однако, если кадры теряются, то сеть framerelay, как и сеть Ethernet, не предпринимает никаких усилий для их восстановления. Поэтому полезная пропускная способность сервисов верхнего уровня в сетях framerelay зависит от качества каналов и методов восстановления пакетов протоколами верхнего уровня, расположенными над протоколом framerelay. Если каналы качественные, то кадры будут теряться и искажаться редко, так что скорость восстановления пакетов протоколом TCP или NCP будет вполне приемлема. Если же кадры искажаются и теряются часто, то полезная пропускная способность в сети framerelay может упасть в десятки раз, так, как это происходит в сетях Ethernet при плохом состоянии кабельной системы.

Поэтому сети framerelay неразрывно связаны с оптоволоконными кабелями, по крайней мере на магистральных каналах "коммутатор - коммутатор".

На оптоволоконных линиях связи они обеспечивают передачу данных со скоростью до 2 Мбит/с. Технология Frame relay использует для передачи данных технику виртуальных соединений, аналогичную техники сетей Х.25

В отличие от сетей Х.25 и сетей TCP/ IP, однако, в сетях frame relay пользователь может заказать у владельца сети необходимый уровень качества обслуживания, что включает: CIR - согласованная информационная скорость, с которой сеть будет передавать данные; Bc- максимальное количество байтов, которое сеть будет передавать сеть от этого пользователя за интервал времени Т; Ве- максимальное количество байтов, которое сеть будет передавать сверх установленного значения Вс за интервал времени Т.

Важной особенностью сетей frame relay является так же то, что производители оборудования стремятся поддержать передачу голоса. Магистральные коммутаторы сети frame relay передают голосовые кадры в первую очередь.

Отметим, что использование виртуальных каналов для построения сети имеет недостаток- при большом количестве точек доступа к сети необходимо строить большое количество виртуальных каналов, который необходимо оплачивать отдельно. В сетях TCP/IP оплачивается количество точек доступа, а не количество связей между ними.

Тем не менее сети frame relay можно успешно использовать для объединения локальных сетей.

4. Технология АТМ

Технология АТМ (ATM- Asynchronous Transfer Mode) является самой современной иперспективной технологией глобальных сетей и разрабатывается как единый транспорт для с интеграцией всех возможных услуг. По замыслу разработчиков технология АТМ сможет обеспечить следующие возможности:

- передачу в рамках одной сети компьютерного и мультимедийного (голос, видео) трафика, причем каждому виду трафика качество обслуживания будет соответствовать его потребностям;

- иерархию скоростей передачи данных от десятков Мбит/с до нескольких Гбит/с с гарантированной пропускной способностью для приложений;

- общие транспортные протоколы для локальных и глобальных сетей;

- сохранение существующих физических каналов связи и протоколов;

- взаимодействие с протоколами локальных и глобальных сетей: IP, ISDN, Ethernet, Token Ring и др.

Технология АТМ совмещает в себе две технологии- коммутации пакетов и коммутации каналов. От первой технологии она заимствует передачу данных в виде адресуемых пакетов, а от второй использование пакетов небольшого фиксированного размера в результате чего задержки в сети становятся более предсказуемыми. Основные стандарты технологии АТМ были приняты в 1993 году и работы по их разработке активно продолжаются.

Трафик компьютерных сетей имеет ярко выраженный асинхронный характер и пульсирующий характер, т.к. каждый компьютер посылает свою информацию в непредсказуемые заранее (случайные) моменты времени. Трафик компьютерной сети очень чувствителен к потерям данных, так как их необходимо восстанавливать за счет повторной передачи.

Мультимедийный трафик, передающий голос или изображение, наоборот характеризуется низкой пульсацией и высокой чувствительностью к задержкам передачи данных. Кроме этого указанные трафики имеют различные размеры предаваемых пакетов. Пакеты, содержащие компьютерные данные, могут иметь пакет длиной до 4500 байт, при передаче которого через коммутатор может произойти значительная задержка пакетов с голосовыми данными. Поэтому в технологии АТМ любой вид трафика передается пакетами фиксированной и очень маленькой длины в 53 байта. Пакеты АТМ называются ячейками (cell). Поле данных ячейки занимает 48 байт, а заголовок 5 байт.

Кроме стандартизации и выбора одного и того же размера ячейки для любого вида трафика в технологии АТМ реализуется важнейшее требование, предъявляемое к компьютерным сетям- заказ пропускной способности и качества обслуживания. (частично реализованного в сетях frame relay).

Магистраль АТМ обеспечивает большие скорости передачи данных и может обеспечить связь между отдельными городами или даже странами. Массовое применению технологии АТМ в локальных сетях сдерживается ее высокой стоимостью по сравнению с инвестициями в существующие технологии локальных сетей.

Лекция 9. Глобальная компьютерная сеть интернет

1. Основные определения

24 октября 1995 года Федеральный сетевой совет (FNC), США, единодушно одобрил резолюцию, определяющую термин "Интернет" Это определение разрабатывалось при участии специалистов в области сетей и в области прав на интеллектуальную собственность.

Интернет -- это глобальная информационная система, которая:

1. логически взаимосвязана пространством глобальных уникальных адресов, основанных на Интернет-протоколе (IP) или на последующих расширениях или преемниках IP;

2. способна поддерживать коммуникации с использованием семейства Протокола управления передачей, который называется Интернет-протоколом (TCP/IP) или его последующих расширений/преемников и/или других IP-совместимых протоколов;

3. обеспечивает, использует или делает доступной, на общественной или частной основе, высокоуровневые сервисы, надстроенные над описанной здесь коммуникационной и иной связанной с ней инфраструктурой.

Как видно из определения, в основе сети Интернет лежит использование протокола сетевого уровня, IP- протокола, над которым должны работать протоколы более высокого уровня, в первую очередь TCP - протокол.

Следует отметить, что революционизирующее влияние Интернет на мир компьютеров и коммуникаций не имеет исторических аналогов. Изобретение телеграфа, телефона, радио и компьютера подготовило почву для происходящей ныне их беспрецедентной интеграции. Интернет одновременно является и средством общемирового вещания, и механизмом распространения информации, и средой для сотрудничества и общения людей и компьютеров, охватывающей весь земной шар.

Интернет представляет собой один из наиболее успешных примеров того, какую пользу могут принести долгосрочные вложения и поддержка исследований и разработки информационной инфраструктуры. Начиная с ранних исследований в области пакетной коммутации, правительства различных стран, промышленность и академическая наука оставались партнерами в развитии и развертывании этой новой сетевой технологии.

В историческом развитии сети Интернет можно выделить четыре различных аспекта:

· технологическая эволюция исследований по пакетной коммутации;

· развитие методов и средств эксплуатации и управления глобальной и сложной сетевой инфраструктурой;

· социальный аспект, приведший к образованию широкого сообщества пользователей;

· коммерциализация, характеризуемая чрезвычайно эффективным превращением результатов исследований в развернутую, широко доступную информационную систему

2. Зарождение Интернет

У истоков создания сети Интернет стояла группа ученых и инженеров Управления перспективных исследований и разработок Министерства обороны США - DARPA (Defence Advanced Research Agency), созданная в 1962 году под руководством Дж. Ликлайдера. Этим ученым впервые была сформулирована концепция «галактической сети», объединяющая огромное количество компьютеров, и с помощью которой каждый пользователь сможет быстро получить доступ к данным и программам, расположенным на любом компьютере. Эта концепция очень близка по духу современному состоянию Интернет. Одновременно появились работы Леонарда Клейнрока по теории коммутации пакетов (пакетной коммутации), в которых теоретически обосновывалось возможность создания компьютерных сетей на основе пакетной коммутации. В дальнейшем проведенные эксперименты показали, что компьютеры с разделением времени могут успешно работать вместе, выполняя программы и осуществляя выборку на удаленной машине. Стало ясно и то, что телефонная система того времени с коммутацией соединений абсолютно непригодна для создания компьютерной сети.

В 1967 году появился проект первой компьютерной сети ARPANET, а в 1968 были доработана структура и спецификации этой сети, которая должна была работать по технологии коммутации пакетов. После разработки первого коммутатора пакетов компанией BBN, который назывался тогда интерфейсным процессором, появилась возможность провести соединения с их помощью нескольких компьютеров, находящихся на большом расстоянии друг от друга. В сентябре 1969 один из коммутаторов был установлен в Калифорнийском университете, к нему был подключен компьютер, а второй коммутатор с подключенным компьютером разместили в Стэнфордском исследовательском институте. Через месяц было послано первое компьютерное сообщение из Колифорнийского университета, которое было успешно принято в Стэнфорде. Двумя следующими узлами ARPANET стали университет города Санта- Барбара и Университет штат Юта.

Таким образом, к концу 1969 года первые четыре компьютера были объединены в первоначальную конфигурацию ARPANET В последующие годы число компьютеров, подключенных к ARPANET, быстро росло.

Одновременно велись работы по созданию функционально полного протокола межкомпьютерного взаимодействия и другого сетевого программного обеспечения. В декабре 1970 года Сетевая рабочая группа (Network Working Group, NWG) завершила работу над первой версией протокола, получившего название Протокол управления сетью (Network Control Prtocol, NCP). После того, как в 1971- 1972 годах этот протокол был реализован на всех узлах ARPANET, пользователи сети смогли приступить к разработке приложений работающих над этим протоколом.

В марте 1972 года появилось первое такое приложение - электронная почта. Создателем программы электронной почты стал сотрудник вышеупомянутой компании BBN Рэй Томлисон (Ray Tomlinson), он же предложил использовать значок @ («собака»). Для своего времени электронная почта стала тем, же чем в наши дни является служба WWW- исключительно мощным катализатором роста всех видов межперсональных потоков данных.

3. Концепция объединения сетей

Интернет основывается на идее существования множества независимых сетей почти произвольной архитектуры, начиная от ARPANET. Интернет в современном понимании воплощает ключевой технический принцип открытости сетевой архитектуры. При подобном подходе архитектура и техническая реализация отдельных сетей не навязываются извне - они могут свободно выбираться поставщиком сетевых услуг при сохранении возможности объединения с другими сетями посредством сетевого уровня.

Открытая сетевая архитектура подразумевает, что отдельные сети могут проектироваться и разрабатываться независимо, со своими уникальными интерфейсами, предоставляемыми пользователям и/или другим поставщикам сетевых услуг, включая услуги Интернет. При проектировании каждой сети могут быть приняты во внимание специфика окружения и особые требования пользователей. Вообще говоря, не накладывается никаких ограничений на типы объединяемых сетей или их территориальный масштаб.

Как уже указывалось выше, в сети ARPANET использовался протокол NCP.

Однако NCP не содержал средств для адресации сетей и отдельных машин. В обеспечении сквозной надежности протокол NCP полагался на хорошие линии связи.. Если какие-то пакеты терялись, протокол и поддерживаемые им приложения должны были остановиться. В модели NCP отсутствовало сквозное управление ошибками, поскольку ARPANET должна была являться единственной существующей сетью, причем настолько надежной, что от компьютеров не требовалось умение реагировать на ошибки. Таким образом, протокол NСP не соответствовал требованиям открытой сетевой архитектуры и требовал серьезной доработки.

Cотрудник DARPA Роберт Канн в 1972 году предложил разработать новую версию протокола, удовлетворяющую требованиям окружения с открытой сетевой архитектурой.

Этот протокол позднее будет назван Transmission Control Protocol/ Internet Protocol (TCP/IP -- Протокол управления передачей/Межсетевой протокол).

В то время как NCP действовал в как драйвер устройства, новинка должна была в большей мере напоминать коммуникационный протокол.

В основе разработки нового протокола лежали четыре принципа:

· Каждая сеть должна сохранять свою индивидуальность. При подключении к Интернет сети не должны подвергаться внутренним переделкам;

· Передача пакетов должна идти по принципу "максимум возможного". Если пакет не прибыл в пункт назначения, источник должен вскоре повторно передать его;

· Для связывания сетей должны использоваться черные ящики; позднее их назовут шлюзами и маршрутизаторами.

· На локальном уровне не должно существовать глобальной системы управления

Самыми первыми результатами по реализации указанных принципов стало:

· Общение между двумя компьютерами логически должно представляться как обмен непрерывными последовательностями байт. Для идентификации байта используется его позиция в последовательности.

· Управление потоком данных осуществляется на основе механизмов подтверждений. Получатель может выбирать, когда посылать подтверждение, распространяющееся на все полученные к этому моменту пакеты.

В публикациях того времени по объединению сетей (начало 70 -х годов) первоначально описывался один протокол, названный TCP. Он предоставлял все услуги по транспортировке и перенаправлению данных в Интернет. Планировалось, что протокол TCP будет поддерживать целый диапазон транспортных сервисов. Затем, однако, протокол TCP был раздел на два протокола -- простой IP, обслуживающий только адресацию и перенаправление отдельных пакетов, и отдельный TCP, имеющий дело с такими аспектами, как управление потоком данных и нейтрализация потери пакетов. Для приложений, не нуждавшихся в услугах TCP, была добавлена альтернатива -- Пользовательский дэйтаграммный протокол (User Datagram Protocol, UDP), открывающий прямой доступ к базовым сервисам уровня IP с приложений верхнего уровня.

Ключевая концепция создания Интернет состояла в том, что объединение сетей проектировалось не для какого-то одного приложения, но как универсальная инфраструктура, над которой могут быть надстроены новые приложения. Основой этих приложений являлся протокол TCP / IP.

Широкое распространение в 1980-е годы локальных сетей, персональных компьютеров и рабочих станций дало толчок бурному росту Интернет. Технология Ethernet, разработанная в 1973 году фирмой Xerox PARC, в наши дни является доминирующей сетевой технологией в Интернет, а персональные компьютеры и рабочие станции стали доминирующими компьютерами.

Рост Интернет вызвал важные изменения и в вопросах управления. Чтобы сделать сеть более дружественной для человека, компьютерам были присвоены имена, делающие ненужным запоминание числовых адресов. Пол Мокапетрис (Paul Mockapetris) из Института информатики Университета Южной Калифорнии придумал доменную систему имен (Domain Name System, DNS). DNS позволила создать масштабируемый распределенный механизм для отображения иерархических имен компьютеров (например, www.acm.org) в Интернет-адреса.

Еще одной особенностью, вызванной ростом Интернет, стало внесение изменений в программное обеспечение. Протокол TCP/IP стал встраиваться в существующие операционные системы Unix.

В целом стратегия встраивания протоколов Интернет TCP/IP в самую распространенную операционную систему, явилась одним из ключевых элементов успешного и повсеместного распространения Интернет.

Протокол TCP/IP был принят в качестве военного стандарта в 1980 году. Это позволило военным начать использование технологической базы Интернет и, в конце концов, привело к разделению на военное и гражданское Интернет-сообщества. К 1983 году ARPANET использовало значительное число военных исследовательских, разрабатывающих и эксплуатирующих организаций.

Кроме этого к 1985 году технологии Интернет поддерживались широкими кругами исследователей и разработчиков. Интернет начинали использовать для повседневных компьютерных коммуникаций люди самых разных категорий. Особую популярность завоевала электронная почта, работавшая на разных платформах. Совместимость различных почтовых систем продемонстрировала выгоды массовых электронных коммуникаций между людьми.

Громадным шагом в развитии Интернет стала разработка в 1989 году Тимом Бернерсом-Ли гипертекстовой среды, а также разработка им первого Web-браузера, который назывался World Wide Web.

17 мая 1991 года на вычислительных системах Европейской физической лаборатории CERN (European Organization for Nuclear research) была установлена окончательная версия первого в мире Web-сервера.

4. Создание инфраструктуры Интернет

К середине 1970-х годов компьютерные сети начали расти, как грибы после дождя. Министерство энергетики США сначала создало сеть MFENet в интересах исследователей термоядерного синтеза с магнитным удержанием, затем специалисты в области физики высоких энергий получили сеть HEPNet, для астрофизиков из NASA построили сеть SPAN, национальный научный фонд (NSF), США, развернул сеть CSNET, объединившую специалистов по информатике из академических и промышленных кругов. Указанные сети должны были использоваться замкнутым сообществом специалистов; как правило, этим работа сетей и ограничивалась. Особой потребности в совместимости сетей не было; соответственно, не было и самой совместимости. Важным шагом по объединению сетей стало в 1985 году важное решение об обязательном использовании в NSFNet протокола TCP/IP.

Размах сети NSFNet, воспринимаемой уже как сеть Интернет Размеры ее финансирования составили 200 миллионов долларов за период с 1986 по 1995 год. В сочетании с качеством TCP/IP протоколов это привело к тому, что в начале 90-х семейство TCP/IP вытеснило или значительно потеснило во всем мире большинство других протоколов глобальных компьютерных сетей. К 1990 году окончательно разукомплектовали сеть ARPANET, которая не могла уже конкурировать с новыми технологиями Интернет. Протокол IP уверенно становился доминирующим сервисом транспортировки данных в глобальной информационной инфраструктуре.

5. Роль документации

Ключом к быстрому росту Интернет стал свободный, открытый доступ к основным документам, особенно к спецификациям протоколов.

ARPANET и Интернет, зародившиеся в университетском исследовательском сообществе, развивались в академических традициях открытой публикации идей и результатов. Однако обычный академический цикл был слишком формальным и медленным для динамичного обмена идеями, необходимого при создании сетей.

Ключевым шагом для обмена идеями стало опубликование в 1969 году серии публикаций "Запросы на комментарии и предложения" (Request For Comments, RFC). Эти статьи должны были служить целям неформального, быстрого распространения идей и их обсуждения с другими сетевыми специалистами. Первоначально RFC-статьи печатались на бумаге и рассылались обычной медленной почтой. После того, как начал использоваться Протокол передачи файлов (File Transfer Protocol, FTP), RFC-статьи стали готовить в виде файлов и передавать посредством FTP. Сейчас эти документы легко доступны по Всемирной паутине (World Wide Web), они лежат на десятках серверов во всех частях света.

RFC-статьи позволили создать положительную обратную связь, когда идеи и предложения, содержавшиеся в одном документе, служили отправной точкой для создания новых документов с новыми идеями, и так далее. Когда достигался определенный уровень согласия (или, по крайней мере, вырабатывался согласованный набор идей), готовились спецификации, служившие основой для реализаций, выполнявшихся несколькими командами исследователей.

Со временем RFC-статьи стали посвящаться в основном стандартам протоколов ("официальным" спецификациям), хотя осталась и определенная доля информационных заметок, описывающих альтернативные подходы или идейные основы протокольных и технических решений. Сейчас RFC-статьи рассматриваются как протокол деятельности по стандартизации и реализации Интернет.

Открытый доступ к документам RFC (бесплатный для всех подключенных к Интернет) способствовал росту Интернет, поскольку он позволял использовать действующие спецификации и во время занятий со студентами, и в процессе разработки новых систем.

Электронная почта сыграла очень важную роль во всех аспектах жизни Интернет, особенно при разработке спецификаций протоколов, технических стандартов и реализационных решений. Самые первые RFC-статьи зачастую представляли собой набор идей, предлагавшихся на всеобщее обсуждение группой исследователей из какой-то одной местности. Использование электронной почты изменило характер авторства -- RFC-статьи стали представляться коллективами авторов с общими взглядами, не зависящими от территориальной принадлежности.

Для выработки спецификаций протоколов в течение долгого времени использовались списки электронной почтовой рассылки; и поныне они остаются важным рабочим инструментом. Сейчас в иерархии списков насчитывается более 70-ти тематических групп, занимающихся разными аспектами Интернет. Каждая из этих групп имеет список рассылки для обсуждения проектов разрабатываемых документов. После согласования проекта в рабочей группе, он публикуется в виде RFC-документа.

Быстрый нынешний рост Интернет во многом объясняется осознанием выгод от разделения информации, которое обеспечивает сеть. При этом важно понимать, что первым видом информации, разделявшейся в сети, были RFC-документы, описывавшие проектирование и эксплуатацию Интернет. Этот уникальный метод разработки новых сетевых средств остается критически важным для дальнейшей эволюции Интернет.

6. Коммерциализация технологии

Коммерциализация Интернет включает в себя не только развитие конкурентных, частных сетевых сервисов, но и разработку коммерческих продуктов, реализующих Интернет-технологию. В начале 1980-х годов десятки производителей, предвидя спрос на подобные сетевые решения, встраивали TCP/IP в свои продукты. К сожалению, они не располагали достоверной информацией о том, как Интернет-технология должна была работать, и как потенциальные покупатели предполагали использовать сети. Большинство производителей видели в TCP/IP небольшую добавку к собственным закрытым сетевым решениям. Министерство обороны США во многих контрактах требовало обязательного использования TCP/IP, но практически не помогало своим подрядчикам понять, как строить полезные TCP/IP-продукты.

Потребовалось несколько лет для проведения конференций, учебных курсов, встреч и семинаров проектировщиков, чтобы доказать преимущества новой сетевой технологии. В сентябре 1988 года состоялась первая торговая выставка Interop. В ней приняли участие 50 компаний. Выставку посетило около 5 тысяч инженеров из организаций -- потенциальных клиентов. С тех пор размах торговых выставок Interop увеличился в огромной степени. В наши дни они каждый год устраиваются в семи местах, расположенных в разных странах. Их посещает более 250 тысяч человек, чтобы узнать о взаимной совместимости продуктов, о новинках на рынке и в технологии.

Параллельно с действиями по коммерциализации, связанными с Interop, производители начали посещать семинары, происходящие 3 или 4 раза в год, чтобы обсудить новые идеи по расширению семейства протоколов TCP/IP. Раньше на такие встречи, финансировавшиеся правительством, собиралось несколько сот человек, преимущественно из академических кругов. Теперь число участников нередко превосходит тысячу, по большей части они представляют производителей и сами оплачивают организационные расходы. Такое самоорганизующееся сообщество, объединяющее все заинтересованные стороны -- исследователей, пользователей и производителей, весьма эффективно развивает семейство TCP/IP в духе сотрудничества и взаимной выгоды.

Примером сотрудничества между исследовательскими и коммерческими кругами может служить сетевое управление. На заре Интернет основной упор делался на определении и реализации протоколов, обеспечивающих совместимость. С ростом сети становилось понятно, что некоторые частные решения, использовавшиеся для управления, не всегда удается применить для всей сети. В 1987 году выявилась потребность в протоколе, обеспечивающем единообразное удаленное администрирование сетевых компонентов, таких как маршрутизаторы. Для этой цели было предложено несколько протоколов, в том числе Простой протокол управления сетью (Simple Network Management Protocol, SNMP), спроектированный из соображений простоты и ставший развитием более раннего предложения SGMP (Simple Gateway Monitoring Protocol, простой протокол мониторинга шлюзов). Кроме SNMP были предложены протоколы HEMS (High-level Entity Management System, высокоуровневая система управления объектами) и CMIP (Common Management Information Protocol- общий протокол передачи управляющей информации). В наше время практически повсеместно базой сетевого управления служит SNMP.

В последние несколько лет можно наблюдать новую фазу коммерциализации. Первоначально в коммерческой деятельности участвовали преимущественно производители базовых сетевых продуктов, а также поставщики услуг, предлагающие подключение к Интернет и базовые сервисы. В наши дни Интернет-обслуживание почти перешло в разряд бытового, и основное внимание теперь сосредоточено на использовании этой глобальной информационной инфраструктуры как основы других коммерческих сервисов. Данный процесс в огромной степени ускорен широким распространением и быстрым усваиванием Web-технологии, открывающей пользователям легкий доступ к информации, расположенной по всему миру. Имеются продукты, облегчающие предоставление информации, а многие из недавних технологических разработок направлены на создание все более сложных информационных сервисов на основе базовых Интернет-коммуникаций.

7. Подразделения, ответственные за развитие Интернет

Существуют несколько организационных подразделений, отвечающих за развитие Интернет.

Основным из них является Internet Society (ISOC) - профессиональное сообщество, которое занимается вопросами роста и эволюции Интернет, как глобальной коммуникационной инфраструктуры.

Под управлением ISOC работает Internet Architecture Board (IAB)- организация, в ведении которой находится технический контроль и координация работ для Интернет. IAB координирует направление исследований и новых разработок для протокола TCP/ IP и является конечной инстанцией при определении новых стандартов Интернет.

В IAB входят две основные группы: Internet Engineering Task Force (IETF) и Internet Research Task Force (IRTF). IETF - это инженерная группа, которая занимается решением ближайших технических проблем Интернет. В свою очередь IRTF координирует долгосрочные проекты по протоколам TCP/ IP.

Для наделения региональной сети конкретным IP - адресом существует специальное подразделение Интернет - Internet Network Center, InterNIC.

Недавнее создание и широкое распространение Всемирной паутины привлекло в Интернет массу новых людей, никогда не причислявших себя к числу исследователей и разработчиков сетей. Была создана новая координирующая организация, W3-консорциум (World Wide Web Consortium, W3C). Новый орган принял на себя обязанности по развитию протоколов и стандартов, ассоциированных с Web.

Лекция 10. Глобальная компьютерная сеть интернет

1. Протокол TCP/ IP и его основные свойства

Основой сети Интернет является стек проколов TCP/ IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol).

Основными преимуществами протокола TCP/ IP являются:

· Независимость от сетевой технологии отдельной сети. TCP/ IP не зависит от оборудования, так как он определяет только элемент передачи, который называется дейтаграммой, и описывает способ ее движения по сети.

· Всеобщая связанность сетей. Протокол позволяет любой паре компьютеров взаимодействовать друг с другом. Каждому компьютеру назначается логический адрес, а каждая передаваемая дейтаграмма содержит адреса отправителей и получателей. Промежуточные маршрутизаторы используют адрес получателя для принятия решения о маршрутизации.

· Подтверждение. Протокол TCP/IP обеспечивает подтверждение правильно правильности прохождения информации при обмене между отправителем и получателем.

· Стандартные прикладные протоколы. Протокол TCP/IP включает в свой состав поддержку основных приложений, таких как электронная почта, передача файлов, удаленный доступ и т.д.

В стеке TCP/ IP определены 4 уровня взаимодействия, каждый из которых берет на себя определенную функцию по организации надежной работы глобальной сети:

Уровень I

Прикладной уровень

Уровень II

Основной (транспортный) уровень

Уровень III

Уровень межсетевого взаимодействия

Уровень IV

Уровень сетевых интерфейсов

Уровень межсетевого взаимодействии

Уровень межсетевого взаимодействия является стержнем всей архитектуры протокола, который реализует концепцию передачи пакетов в режиме без установления соединений, то есть дейтаграммным способом. Именно этот уровень обеспечивает возможность перемещения пакетов по сети, используя тот маршрут, который в данный момент является оптимальным. Этот уровень также называют уровнем Интернет, подчеркивая его основную функцию- передачу данных через составную сеть. Основным протоколом уровня межсетевого взаимодействия является протокол IP (Internet Protocol). IP - протокол проектировался для передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, поэтому он хорошо работает в сетях со сложной топологией. Так как IP- протокол является дейтаграммным протоколом, то он не гарантирует доставку пакетов до узла назначения.

Основной (транспортный) уровень.

Так как на сетевом уровне не происходит установление соединения, то нет никаких гарантий, что межсетевым уровнем пакеты будут доставлены в место назначения неповрежденными. Обеспечения надежной связи между двумя конечными компьютерами осуществляет основной уровень стека TCP/IP, называемый также транспортным. На этом уровне работает протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagramm Protocol). Основной задачей TCP является доставка всей информации компьютеру получателя, контроль последовательности предаваемой информации, повторная отправка не доставленных пакетов в случае сбоев работы сети. Надежность доставки информации достигается следующим образом.

На передающем компьютере TCP разбивает блок данных, поступающих с прикладного уровня, на отдельные сегменты, присваивает номера сегментам, добавляет заголовок и передает сегменты на уровень межсетевого взаимодействия. При этом размер сегмента должен быть таким, чтобы он полностью помещался в IP - пакет. Для каждого отправленного сегмента предающий компьютер ожидает прихода от принимающего компьютера специального сообщения - квитанции, подтверждающей тот факт, что компьютер нужный сегмент принял. Время ожидания прихода соответствующей квитанции называется временем тайм- аута. Переданный сегмент хранится в буфере на все время ожидания квитанции. В случае получения квитанции о правильности приема, TCP передает следующий сегмент, удаляя переданный из буфера, а в случае отсутствия квитанции о подтверждении приема, TCP повторяет передачу сегмента. Для ускорения передачи сегментов в протоколе TCP организован принцип их передачи, который называется принцип «скользящего окна». Этот принцип основывается на возможности передачи нескольких сегментов в пределах одного «окна», не дожидаясь прихода квитанции на первый отправленный сегмент. На принимающем компьютере TCP, получая от уровня межсетевого взаимодействия сегменты, собирает их в блок по номерам и передает этот блок на верхний уровень приложений, отправляя обратно в сети квитанции о правильности принятого сегмента. Для производительности сети является очень важным установления времени тайм- аута и размера «скользящего окна». В общем случае для их выбора необходимо учитывать пропускную способность физических линий связи, отметим, однако, что в протоколе ТСР предусмотрен специальный автоматический алгоритм определения этих величин.

В задачи протокола TCP входит также важнейшая задача определения к какому типу прикладных программ относятся данные, поступившие из сети. Прикладные программы с точки зрения TCP различаются специальными идентификаторами, которые называются портами. Назначение номеров портов осуществляется либо централизовано, если прикладные программы являются популярными и общедоступными (например, служба удаленного доступа к файлам FTP имеет порт 21, а служба WWW - порт 80), или локально - если разработчик своего приложения просто связывает с этим приложением любой доступный, произвольно выбранный номер. В дальнейшем все запросы к данному приложению от других приложений должны адресоваться с указанием назначенного ему номера порта. Номер порта в совокупности с номером сети и номером конечного хоста однозначно определяют процессы в сети Интернет. Этот набор идентифицирующих параметров процесса носит название сокет. Отметим также, что протокол TCP управляет двумя очередями: очередь пакетов, поступающих из сети и очередь пакетов, поступающих из прикладного уровня по соответствующему порту.

Протокол UDP был разработан для пользователей, не нуждающихся в услугах протокола TCP. Этот протокол, в отличие от TCP, не обеспечивает достоверность доставки пакетов и надежность от сбоев в передаче информации. К IP- пакету он добавляет только номера портов верхнего уровня. Преимущество этого протокола состоит в том, что он требует минимум установок и параметров для передачи информации и используется для наиболее простых протоколов верхнего уровня (например, для Простого протокола управления сетью - Simple Network Management Protocol, SNMP).

Прикладной уровень.

Прикладной уровень объединяет все службы пользователей сети. Прикладной уровень реализуется различными программными системами и постоянно расширяется. Наиболее известными прикладными службами являются электронная почта (E- mail), система новостей UseNet, всемирная паутина World Wide Web (WWW), передача файлов (FTP), удаленный терминал и терминальные серверы (TELNET) и д.р. Указанные службы рассмотрим в следующей лекции.

Уровень сетевых интерфейсов.

В отличие от физического и канального уровня модели OSI в архитектуре стека TCP/ IP существует несколько другая интерпретация уровня сетевых интерфейсов. Протоколы этого уровня должны обеспечить интеграцию в составную сеть локальных сетей, использующих различные технологии. Поэтому разработчики той или другой технологии должны предусмотреть возможность инкапсуляции (включения) в свои кадры IP -пакетов. Уровень сетевых интерфейсов в протоколах TCP/ IP не регламентируется, но он поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: Ethernet, Token Ring, FDDI, Gigabit Ethernet, Fast Ethernet и д.р. Для глобальных сетей имеется возможность работы с протоколами SLIP и PPP. Разработаны спецификации для соединения с сетями X.25, frame relay, ATM.

Отметим, что в настоящее время каждый из разработчиков сетевых технологий канального и физического уровня стремиться обеспечить их совместимость с протоколом TCP/ IP.

2. Соответствие уровней стека TCP/ IP семиуровневой модели OSI


Подобные документы

  • Компьютерные сети и их классификация. Аппаратные средства компьютерных сетей и топологии локальных сетей. Технологии и протоколы вычислительных сетей. Адресация компьютеров в сети и основные сетевые протоколы. Достоинства использования сетевых технологий.

    курсовая работа [108,9 K], добавлен 22.04.2012

  • Достоинства компьютерных сетей. Основы построения и функционирования компьютерных сетей. Подбор сетевого оборудования. Уровни модели OSI. Базовые сетевые технологии. Осуществление интерактивной связи. Протоколы сеансового уровня. Среда передачи данных.

    курсовая работа [2,7 M], добавлен 20.11.2012

  • Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети. Компьютерные сети: основные типы и устройство. Глобальная сеть Интернет. Современные сетевые технологи в компьютерных сетях. Особенности технологии Wi-Fi, IP-телефония. Виртуальные частные сети.

    презентация [648,3 K], добавлен 14.02.2016

  • Понятие сети ЭВМ и программного обеспечения компьютерных сетей. Локальные, корпоративные и глобальные вычислительные сети. Технологии сетевых многопользовательских приложений. Сетевые ОС NetWare фирмы Novell. Назначение службы доменных имен DNS.

    учебное пособие [292,6 K], добавлен 20.01.2012

  • Классификация компьютерных сетей. Взаимодействие компьютеров в сети. Сетевые модели и архитектуры. Мосты и коммутаторы, сетевые протоколы. Правила назначения IP-адресов сетей и узлов. Сетевые службы, клиенты, серверы, ресурсы. Способы доступа в Интернет.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 11.05.2014

  • Основные концепции, определяющие современное состояние и тенденции развития компьютерных сетей. Аспекты и уровни оргаизации сетей, от физического до уровня прикладных программ. Назначение и роли локальных сетей. Сетевые структуры. Бескабельные каналы.

    курс лекций [885,8 K], добавлен 15.01.2010

  • Топологии и концепции построения компьютерных сетей. Услуги, предоставляемые сетью Интернет. Преподавание курса "Компьютерные сети" Вятского государственного политехнического университета. Методические рекомендации по созданию курса "Сетевые технологии".

    дипломная работа [5,5 M], добавлен 19.08.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.