Сетевые технологии: терминология, устройства

Компьютерная сеть
Сеть – это соединение между двумя и более компьютерами, позволяющее им разделять ресурсы.

Классификация по масштабу
Локальная сеть (Local Area Network)
Глобальные сети (Wide Area Network)
Региональные сети (Metropolitan Area Network)

Классификация сетей по наличию сервера
Одноранговые сети
Сети с выделенным сервером (Server-based)

Одноранговые сети
Преимущеста
легки в установке и настройке;
отдельные машины не зависят от выделенного сервера;
пользователи в состоянии контролировать свои собственные ресурсы;
недорогой тип сетей в приобретении и эксплуатации;
не нужно никакого дополнительного оборудования или программного обеспечения, кроме операционной системы;
нет необходимости нанимать администратора сети;
удобно для малых сетей.

Одноранговые сети (2)
Недостатки
применение сетевой безопасности одновременно только к одному ресурсу;
пользователи должны помнить столько паролей, сколько имеется разделенных ресурсов;
необходимо производить резервное копирование отдельно на каждом компьютере, чтобы защитить все совместные данные;
падение производительности при получении доступа к ресурсу на компьютере, на котором этот ресурс расположен;
не существует централизованной организационной схемы для поиска и управления доступом к данным.

Сети с выделенным сервером
Сервер – машина (компьютер), чьей основной задачей является реакция на клиентские запросы.
Серверы не требует постоянного управления, необходимо лишь обслуживание для установки программ и настройки.

Сети с выделенным сервером (2)
Преимущества
централизованное управление учетными записями пользователей, безопасностью и доступом, что упрощает сетевое администрирование;
более мощное оборудование означает и более эффективный доступ к ресурсам сети;
пользователям для входа в сеть нужно помнить только один пароль, что позволяет им получать доступ ко всем ресурсам, на которые есть права;
такие сети лучше масштабируются (растут) с ростом числа клиентов.

Сети с выделенным сервером (3)
Недостатки
неисправность сервера может сделать сеть неработоспособной, возможны потери сетевых ресурсов;
такие сети требуют квалифицированного персонала для сопровождения сложного специализированного программного обеспечения;
стоимость сети увеличивается, благодаря потребности в специализированном оборудовании, программном обеспечении и облуживании.

Сетевые устройства
Сетевые адаптеры (сетевые карты)
Повторители и усилители
Концентраторы
Мосты
Маршрутизаторы
Шлюзы

Сетевой адаптер
(Network Interface Card, NIC)
Назначение
Периферийное устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами.
Решает задачи надежного обмена двоичными данными, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, по внешним линиям связи.
Работает под управлением драйвера операционной системы.

Сетевой адаптер (2)
Функции
Оформление передаваемой информации в виде кадра (frame) определенного формата.
Получение доступа к среде передачи данных.
Кодирование последовательности бит кадра последовательностью электрических сигналов при передаче данных и декодирование при их приеме.
Преобразование информации из параллельной формы в последовательную и обратно.
Синхронизация битов, байтов и кадров.

Сетевой адаптер (3)
Виды
Различаются также по типу сетевой технологии - Ethernet, Token Ring, FDDI (Fiber Distributed Data Interface) и т.п.
Может поддерживать как одну, так и одновременно несколько различных сред передачи.
В случае, когда сетевой адаптер поддерживает только одну среду передачи данных, а необходимо использовать другую, применяются трансиверы и конверторы.

Повторители и усилители
Повторители (repeaters)
используются в сетях с цифровым сигналом для борьбы с затуханием (ослаблением) сигнала.
Когда репитер получает ослабленный сигнал, он очищает этот сигнал, усиливает и посылает следующему сегменту.
Усилители (amplifier)
имеют схожее назначение, используются для увеличения дальности передачи в сетях, использующих аналоговый сигнал.

Концентратор
Концентратор (HUB)
представляет собой сетевое устройство, служащее в качестве центральной точки соединения и связующей линии в сетевой конфигурации «звезда».
Типы концентраторов:
пассивные (passive);
активные (active);
интеллектуальные (intelligent)
переключение пакетов (packet switching),
перенаправление трафика (traffic routing).

Мост (bridge)
Устройство, используемое для соединения сетевых сегментов.
Можно рассматривать как усовершенствование повторителей, так как они уменьшают загрузку сети:
Учитывают адрес (MAC address) компьютера-получателя
Мосты могут соединять сегменты, которые используют разные типы носителей (10BaseT, 10Base2), а также с разными схемами доступа к носителю (Ethernet, Token Ring).

Маршрутизатор (router)
Сетевое коммуникационное устройство, связывающее два и более сетевых сегментов (или подсетей).
Он функционирует подобно мосту, но для фильтрации трафика он использует не адрес сетевой карты компьютера, а информацию о сетевом адресе, передаваемую в относящейся к сетевому уровню части пакета.
Использует таблицу маршрутизации, чтобы определить, куда направить пакет.

Шлюз (gateway)
Представляет собой метод осуществления связи между двумя и более сетевыми сегментами.
Позволяет взаимодействовать несходным системам в сети (Intel и Macintosh).
Другой функцией шлюзов является преобразование протоколов.
Например, шлюз может получить протокол IPX/SPX, направленный клиенту, использующему протокол TCP/IP, на удаленном сегменте.
Шлюз преобразует исходный протокол в требуемый протокол получателя.

Типы сетевой топологии
Bus (шина);
Ring (кольцо);
Star (звезда);
Mesh (ячейка).

Bus (шина)

Кольцо (Ring)

Звезда (Star)

Ячейка (Mesh)

Звезда на шине (Star Bus)

Гибридная ячейка (Hybrid Mesh)

Модель OSI
Open Systems Interconnection (OSI) Model – эталонная модель взаимодействия открытых систем
Стандарт ISO
Взгляд на компьютерную сеть с точки зрения измерений
«Стек OSI»
7 уровней
"All people seem to need data processing"

Модель OSI (2)

Модель OSI (3)
Горизонтальная модель
протоколы,
механизм взаимодействия программ и процессов на различных машинах
Вертикальная модель
услуги, оказываемые соседними уровнями друг другу на одной машине
В горизонтальной модели двум программам требуется общий протокол для обмена данными.
В вертикальной - соседние уровни обмениваются данными с использованием интерфейсов API.

7. Прикладной уровень (уровень приложений, application layer)
Обеспечивает взаимодействие пользовательских приложений с сетью.
Позволяет приложениям использовать сетевые службы:
удалённый доступ к файлам и базам данных,
пересылка электронной почты.
Формирует запросы к уровню представления.

7. Прикладной уровень (2)
Протоколы :
RDP (Remote Desktop Protocol),
HTTP (HyperText Transfer Prоtocоl),
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol),
SNMP (Simple Network Management Protocol),
POP3 (Post Office Protocol Version 3),
FTP (File Transfer Protocol),
TELNET (TErminaL NETwork).

6. Уровень представления (Presentation)
Преобразование форматов:
данные приложений, полученные с прикладного уровня, преобразуются в формат для передачи по сети,
полученные из сети данные преобразуются в формат приложений.
Кодирование/декодирование данных.
Шифрование/дешифрование данных
Secure Sockets Layer — SSL
Формирует запросы к сеансовому уровню.

5. Сеансовый уровень (Session)
Обеспечивает поддержание сеанса связи, позволяя приложениям взаимодействовать между собой длительное время.
Сеансы передачи составляются из запросов и ответов, которые осуществляются между приложениями.
Актуально для приложений, в которых требуется использование удалённого вызова процедур.
Формирует запросы к транспортному уровню.

5. Сеансовый уровень (2)
Протоколы:
H.245 (Call Control Protocol for Multimedia Communication),
ISO-SP (OSI Session Layer Protocol (X.225, ISO 8327)),
L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol),
PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol),
NetBIOS (Network Basic Input Output System),
RPC (Remote Procedure Call Protocol),
SMPP (Short Message Peer-to-Peer).

4. Транспортный уровень (Transport)
Предназначен для обеспечения надёжной передачи данных от отправителя к получателю.
Уровень надёжности зависит от выбранного транспортного протокола.
Формирует запросы к сетевому уровню.

4. Транспортный уровень (2)
Протоколы:
DCCP (Datagram Congestion Control Protocol),
FCP (Fiber Channel Protocol),
NBF (NetBIOS Frames protocol),
NCP (NetWare Core Protocol),
SCTP (Stream Control Transmission Protocol),
SPX (Sequenced Packet Exchange),
TCP (Transmission Control Protocol),
UDP (User Datagram Protocol).

3. Сетевой уровень (Network)
Обеспечивает возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным подсетям (сегментам).
Протоколы маршрутизации позволяют выбирать оптимальные маршруты через связанные между собой подсети.
Выполняет коммутацию пакетов.
Отслеживание неполадок и «заторов» в сети.
Использует данные канального уровня.

3. Сетевой уровень (2)
Протоколы :
IP/IPv4/IPv6 (Internet Protocol),
IPX (Internetwork Packet Exchange, протокол межсетевого обмена),
X.25 (частично этот протокол реализован на уровне 2),
IPsec (Internet Protocol Security),
ICMP (Internet Control Message Protocol),
IGMP (Internet Group Management Protocol),
RIP (Routing Information Protocol),
OSPF (Open Shortest Path First).

2. Канальный уровень (Data Link)
Предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками.
Создание, передача и прием кадров данных.
Полученные с физического уровня данные он упаковывает в кадры, проверяет на целостность, если нужно, исправляет ошибки (формирует повторный запрос поврежденного кадра).

2. Канальный уровень (2)
Протоколы
Ethernet
Token ring
FDDI (Fiber Distributed Data Interface)
X.25 (частично этот протокол реализован на уровне 3)
Point-to-Point Protocol (PPP)

1. Физический уровень (Physical)
Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и, соответственно, их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов
манчестерский код
Осуществляет интерфейс между сетевым носителем и сетевым устройством.
Устройства: сетевые адаптеры, концентраторы, повторители сигнала.

Модель OSI: сравнение уровней
Физический, канальный и сетевой являются «сетезависимыми» уровнями.
Сеансовый, уровень представления и прикладной - ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения сети.
Транспортный уровень является промежуточным