| Статистика |
Онлайн всего: 2 Гостей: 2 Пользователей: 0 |
|
Компьютерные сети
Научно-исследовательский ядерный университет
Московский инженерно-физический институт
Факультет «Автоматики и электроники»
Кафедра «Микро- и наноэлектроники» Курс «Компьютерный практикум» Конспект по книге «Компьютерные сети»  Преподаватель: доцент В.А. Лапшинский Подготовил: студент группы А4-09 Е.Б. Корзин Москва (2011) Оглавление
1. Часть I. Основы сетей передачи данных
2. Часть II. Технологии физического уровня
3. Часть III. Локальные сети
4. Часть IV. Сети TCP/IP
5. Часть V. Технологии глобальных сетей
6. Заключение
Часть I. Основы сетей передачи данных
Процесс познания всегда развивается по спирали. Мы не можем сразу понять и осознать слож-
ное явление, мы должны рассматривать его с разных точек зрения, в целом и по частям, изо-
лированно и во взаимодействии с другими явлениями, накапливая знания постепенно, время
от времени возвращаясь к уже казалось бы понятому и с каждым новым витком все больше
проникая в суть явления. Хорошим подходом является первоначальное изучение общих прин-
ципов некоторой области знаний с последующим детальным рассмотрением реализации этих
принципов в конкретных методах, технологиях или конструкциях.
Рисунок 1 - Сети передачи данных
Первая часть книги является таким «первым витком» изучения компьютерных сетей. В этой
части, состоящей из семи глав, описаны основные принципы и архитектурные решения, кото-
рые лежат в основе всех современных сетевых технологий, рассматриваемых в последующих
частях книги. Следуя процессу конвергенции сетей, мы рассматривали принципы коммутации,
мультиплексирования, маршрутизации, адресации и архитектуры сетей с наиболее общих по-
зиций, сравнивая принципы организации компьютерных сетей с аналогичными принципами
других телекоммуникационных сетей — телефонных, первичных, радио и телевизионных.
Завершает часть глава, посвященная проблемам качества обслуживания в пакетных сетях. Но-
вая роль компьютерных сетей как основы для создания следующего поколения публичных се-
тей, предоставляющих все виды информационных услуг и переносящих данные, а также аудио-
и видеотрафик, привела к проникновению методов качества обслуживания практически во все
коммуникационные технологии. Таким образом, концепции качества обслуживания, которые
достаточно долго рассматривались как нетривиальное направление сетевой отрасли, вошли
в число базовых принципов построения компьютерных сетей.
Часть II. Технологии физического уровня
Физической основой любой компьютерной (и телекоммуникационной) сети являются линии
связи.
Рисунок 2 - Волоконно-оптические линии связи
Без таких линий коммутаторы но смогут обмениваться пакетами, и компьютеры оста-
нутся изолированными устройствами.
После изучения принципов построения компьютерных сетей в воображении читателя могла
возникнуть достаточно простая картина компьютерной сети — компьютеры и коммутаторы,
соединенные друг с другом отрезками кабеля. Однако при более детальном рассмотрении
компьютерной сети все оказывается сложнее, чем это казалось при изучении модели OSI.
Дело в том. что специально выделенные кабели используются для соединения сетевых уст-
ройств только на небольших расстояниях, то есть в локальных сетях. При построении сетей
WAN и MAN такой подход крайне расточителен из-за высокой стоимости протяженных линий
связи. К тому же, на их прокладку необходимо получать разрешение. Поэтому гораздо чаще
для связи коммутаторов в сетях WAN и MAN используются уже существующие телефонные или
первичные территориальные сети с коммутацией каналов. В этом случае в сети с коммутацией
каналов создается составной канал, который выполняет те же функции, что и отрезок кабе-
ля — обеспечивает физическое двухточечное соединение. Конечно, составной канал представ-
ляет собой гораздо более сложную техническую систему, чем кабель, но для компьютерной
сети эти сложности прозрачны. Первичные сети специально строятся для создания канальной
инфраструктуры, поэтому их каналы более эффективны по соотношению цена/пропускная
способность. Сегодня в распоряжении проектировщика компьютерной сети имеются каналы
первичных сетей для широкого диапазона скоростей — .от 64 Кбит/с до 10 Гбит/с.
Несмотря на различия в физической и технической природе линий связи, их можно описать
с помощью единого набора характеристик. Важнейшими характеристиками любой линии свя-
зи при передаче дискретной информации являются полоса пропускания, измеряемая в герцах
(Гц), и емкость, или пропускная способность, измеряемая в битах в секунду (бит/с). Пропуск-
ная способность представляет собой скорость битового потока, передаваемого линией связи.
Пропускная способность зависит от полосы пропускания линии и способа кодирования дис-
кретной информации.
Все большую популярность приобретают беспроводные каналы. Они являются единственным
типом каналов, обеспечивающих мобильность пользователей компьютерной сети. Кроме того,
беспроводная связь применяется в тех случаях, когда кабели проложить невозможно или не-
выгодно — в малонаселенных районах, при доступе к жилым домам, уже охваченным кабель-
ной инфраструктурой конкурентов и т. п. При беспроводной связи используются электромаг-
нитные волны различной частоты — радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение и
видимый свет. Высокий уровень помех и сложные пути распространения волн требуют приме-
нения в беспроводных каналах особых способов кодирования и передачи сигналов.
Часть III. Локальные сети
Локальные сети являются неотъемлемой частью любой современной компьютерной сети.
Если мы рассмотрим структуру глобальной сети, например Интернета или крупной корпора-
тивной сети, то обнаружим, что практически все информационные ресурсы этой сети сосре-
доточены в локальных сетях, а глобальная сеть является транспортом, который соединяет
многочисленные локальные сети.
Одним из основных назначений локальной сети является объединение компьютеров в преде-
лах одного здания или нескольких близко стоящих зданий для предоставления пользователям
сети доступа к информационным услугам локальных серверов. Локальные сети также являют-
ся удобным средством группирования компьютеров для объединения их в глобальную сеть,
так как глобальной сети проще маршрутизировать данные между сетями, а не отдельными
компьютерами. Примером могут служить беспроводные локальные сети, обслуживающие
аэропорты или вокзалы. Они используются, как правило, не для обмена информацией между
временными пользователями такой сети, а для доступа этих пользователей в Интернет —
и доступ организуется не для каждого отдельного пользователя, а для локальной сети в це-
лом. Локальные сети применяются также и в телекоммуникационных сетях другого типа, на-
пример в телефонных и первичных сетях. Так, системы управления телефонными коммутато-
рами или первичными сетями обычно строятся на основе локальной сети, которая объединяет
компьютеры ее операторов и обеспечивает им доступ к устройствам управления, встроенным
в оборудование телекоммуникационной сети.
Технологии локальных сетей прошли большой путь. Практически во всех технологиях 80-х го-
дов использовалась разделяемая среда как удобное и экономичное средство объединения
компьютеров на физическом уровне. В главе 2 уже обсуждались принципиальные подходы к
разделению среды, в этой части книги мы возвращаемся к этому вопросу, чтобы рассмотреть
его более подробно, на уровне конкретных алгоритмов и стандартов.
С середины 90-х в локальных сетях стали также применяться коммутируемые версии техноло-
гий. Отказ от разделяемой среды позволил повысить производительность и масштабируе-
мость локальных сетей. В коммутируемых локальных сетях применяются те же протоколы, что
и в локальных сетях на разделяемой среде, но в дуплексном режиме. Преимуществом комму-
тируемых локальных сетей является также возможность применения разнообразных методов
обеспечения QoS. что важно, когда в локальной сети передается трафик реального времени,
например, трафик IP-телефонов. Несмотря на популярность коммутируемых локальных сетей,
мы по-прежнему часто встречаемся с использованием разделяемых сред в традиционных
и новых технологиях. Они эффективны в небольших сегментах проводных локальных сетей,
а также в беспроводных локальных сетях, где среда является разделяемой по своей природе.
В локальных сетях меняются не только принципы использования среды. Быстро растет верхний предел информационной скорости LAN-протоколов.
Рисунок 4 - Локальные сети
10G Ethernet технологии локальных сетей стали поддерживать иерархию скоростей, не уступающую иерархии скоростей первичных сетей — от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с. Это дает возмож-
ность строить на этих технологиях не только локальные сети, но и сети мегаполисов.
Развитие локальных сетей идет и в направлении «миниатюризации" — появился новый тип сетей — персональные сети (Personal Area Networks, PAN), которые объединяют электронные
устройства одного пользователя в радиусе нескольких десятков метров.
Современные локальные сети существуют в условиях одной победившей технологии —
Ethernet, точнее — семейства технологий Ethernet. Естественно, что этой технологии в книге уделяется значительно большее внимание, чем остальным. В главе 12 рассматривается классическая технология Ethernet 10 Мбит/с на разделяемой среде, а в главе 13 — высокоскоростные версии Ethernet на разделяемой среде — Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. В главе 14 описаны другие технологии LAN, также использующие разделяемую среду, — Token Ring, FDDI,
а также две беспроводные технологии — IEEE 802.11 LAN и Bluetooth PAN. Последние две главы этой части (главы 15 и 16) посвящены коммутируемым локальным сетям. В первой из них рассматриваются основные принципы работы таких сетей: алгоритм работы
коммутатора локальной сети, дуплексные версии LAN-протоколов, особенности реализации LAN-коммутаторов. В главе 16 изучаются расширенные возможности сетей этого типа: резервные связи на основе алгоритма связующего дерева, агрегирование каналов, а также техника
виртуальных локальных сетей.
Часть IV. Сети TCP/IP
Прежде нем перейти к последним двум частям книги, давайте вспомним, что мы уже изучили
в первых трех частях, и обсудим, с чем нам еще предстоит познакомиться. В части I на концеп-
туальном уровне были рассмотрены большинство проблем, которым посвящен этот учебник.
Возможно это самая сложная и важная часть книги — ведь от того, насколько хорошо заложен
фундамент, зависит прочность основанных на нем знаний. Мы не раз обращались и будем об-
ращаться к материалам части I в дальнейшем.
Части II и III были посвящены конкретным технологиям передачи данных соответственно физи-
ческого и канального уровней. В них существенно реже использовались абстрактные модели
сети в виде графа или «облака», в котором плавают компьютеры. Вместо этого на первый план
вышли конкретные протоколы, форматы кадров и реальное оборудование.
Что же ждет читателя в следующей части — части IV? Следуя логике, диктуемой моделью OSI,
вслед за частями, в которых были изучены технологии физического и канального уровней, мы
рассмотрим в части IV средства сетевого уровня, то есть средства, которые обеспечивают
возможность объединения множества сетей в единую сеть. Учитывая, что бесспорным лиде-
ром среди протоколов сетевого уровня является протокол IP, мы будем рассматривать вопро-
сы построения объединенных сетей на его примере. При этом мы дадим по возможности ши-
рокую картину взаимодействия всех протоколов этого стека.
Заметим, что в предыдущих частях не раз затрагивались, а иногда и достаточно серьезно об-
суждались вопросы межсетевого взаимодействия TCP/IP. Так. в главе 2 мы уже рассмотрели,
хотя и в самом общем виде, понятие маршрутизации. В главе 4 в разделе «Модель OSU, изу-
чая сетевой уровень, мы познакомились с понятием «составная сеть», которую можно пред-
ставить как совокупность нескольких сетей (подсетей). Подсети в составной сети, которые мо-
гут быть как локальными, так и глобальными, соединяются между собой маршрутизаторами.
В пределах каждой подсети все узлы взаимодействуют по единой для них технологии, напри-
мер Ethernet, Token Ring. FDDI. frame relay. X 25. Однако ни одна из этих технологий не спо-
собна построить информационную связь между произвольно выбранными узлами, принад-
лежащими разным сетям. Именно эту задачу — организацию взаимодействия между любой
произвольной парой узлов в «большой» составной сети эффективно решают протоколы стека
TCP/IP.
Рисунок 5 - TCP/IP протокол в Windows
В главе 5 было дано описание структуры Интернета — самой известной и масштабной
сети, построенной на основе технологии TCP/IP. Читателю настоятельно рекомендуется еще
раз внимательно просмотреть этот материал.
Забегая вперед, мы хотим предупредить читателя, что в последней части книги, посвященной
технологиям WAN. мы еще не раз вернемся к протоколам TCP/IP. Мы рассмотрим особенно-
сти работы протокола IP «поверх» сетей ATM/FR. тесно связанную с IP технологию MPLS, ос-
новной протокол систем управления SNMP, а также защищенную версию протокола IP — про-
токол IPSec.
Часть V. Технологии глобальных сетей
Технология IP. которую мы рассматривали в предыдущей части книги, позволяет строить со-
ставные сети различного типа, как локальные, так и глобальные. Существуют также техноло-
гии, которые были разработаны специально для глобальных сетей. Эти технологии реализова-
ны в сетях Х.25, которые представляют сегодня только исторический интерес, а также в
активно применяемых сегодня сетях Frame Relay и ATM.
Рисунок 6 - сети Frame Relay
Объединяет все перечисленные тех-
нологии то. что они основаны на технике виртуальных каналов, которой посвящена глава 21.
Техника виртуальных каналов является альтернативой дейтаграммному способу продвижения
пакетов, на котором основаны сети Ethernet и IP. Конкуренция между этими двумя основными
принципами передачи данных существует давно, практически с момента появления первых
сетей с коммутацией пакетов. Коммерческие глобальные сети достаточно долго, вплоть до
революционного распространения Интернота в середине 90-х, отдавали предпочтение техни-
ке виртуальных каналов. Основная причина состоит в том, что эта техника обеспечивает гораз-
до более высокую степень контроля над соединениями между пользователями сети и путями
прохождения потоков информацией через узлы сети. В результате оператор получает возмож-
ность рационального распределения ресурсов между пользователями в соответствии с томи
услугами, на которые они подписались. Проблема обеспечения параметров QoS также проще
решается при применении виртуальных каналов. Безусловно, у этого подхода есть и недостат-
ки, основной из которых — большие затраты времени и труда на установление каждого вирту-
ального соединения.
Дейтаграммный метод взаимодействия узлов сети, напротив, отличаясь простотой связи лю-
бого узла сети с любым другим узлом, дает оператору весьма ограниченный контроль над
распределением ресурсов между пользователями. В современных сетях компромисс достига-
ется за счет сочетания обоих методов. В составной глобальной сети значительная часть обра-
зующих ее сетей работает на основе техники виртуальных каналов, то есть является сетями
Frame Relay или ATM. В то же время объединение этих сетей происходит на основе дейта-
граммного протокола IP. Такое многослойное построение WAN дает необходимый результат,
но приводит к достаточно сложной организации сети и частичному дублированию функций ка-
ждым из слоев. Например, протоколы маршрутизации работают как в ATM-сетях, так и на ле-
жащем выше уровне IP. Попытки более тесной интеграции дейтаграммного метода с методом
виртуальных каналов привели к созданию технологии MPLS. В этой технологии протоколы
маршрутизации стека TCP/IP используются для исследования топологии сети и нахождении
рациональных маршрутов, а продвигаются пакеты на основе техники виртуальных каналов.
Вопросы использования технологии IP для построения глобальных сетей рассматриваются
в главе 22.
Обеспечение высокоскоростного доступа к сетевой магистрали представляет собой сегодня
масштабную проблему. Действительно, скорость нужно повысить на миллионах линий связи,
соединяющих помещения пользователей с ближайшим центральными офисами операторов
связи. Поэтому традиционные для магистрали решения, основанные на использовании опти-
ческого волокна и требующие прокладки новых кабелей к домам и офисным зданиям, для
обеспечения массового доступа чаще всего экономически не оправданы. Более эффективными
являются технологии, в которых задействуется существующая кабельная инфраструктура (на-
пример. линии ADSL, работающие на абонентских окончаниях телефонной сети), или кабель-
ные модемы, использующие системы кабельного телевидения. Альтернативным решением яв-
ляется беспроводной доступ, как мобильный, так и фиксированный. В главе 23 изучаются
различные подходы к организации высокоскоростного доступа пользователей к сетевой маги-
страли.
Часть, а вместе с ней и книга, завершается главой 24, которая посвящена обеспечению без-
опасности транспортной системы сети. Здесь рассматриваются различные типы виртуальных
частных сетей (VPN), в частности подробно описываются сети, построенные на основе защи-
щенного протокола IP (IPSec), а также одна из наиболее популярных современных технологий
виртуальных частных сетей — технология MPLS. |
| Категория: Рефераты (курсы КП, ПК, ИТ и Сети) | Добавил: Legend (30.08.2011)
|
| Просмотров: 3491
| Рейтинг: 0.0/0 |
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ] |
|
