АРХИТЕКТУРА КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ И ПРОТОКОЛЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ СЕТИ
Первоначально локальные вычислительные сети (ЛВС) были созданы для сравнительно небольшого количества компьютеров — около 30 для малых и 100 для больших Ethernet-CtTtVi. Однако потребности человека очень скоро переросли эти ограничения.
Для поддержки вычислительных систем большего размера были разработаны специальные устройства, которые позволили объединять две и более ЛВС и образовывать сетевые комплексы, по сути являющиеся «сетями сетей», т.е. позволяющие компьютерам одной сети взаимодействовать с компьютерами другой.Строго говоря, ЛВС, или сегмент сети, — это группа компьютеров, соединенных между собой кабелем таким образом, что сообщение, посланное одной рабочей станцией, достигает всех остальных даже в том случае, если среда этой сети или сегмента состоит из нескольких участков. Например, в типичной ЛВС Ethernet IOBaseTвсе компьютеры связаны с концентратором при помощи кабелей разной длины. Независимо от этого конструкция в целом остается сегментом сети или ЛВС. Отдельные ЛВС могут быть связаны друг с другом посредством использования различных типов устройств, одни из которых просто расширяют ЛВС, а другие непосредственно связаны с формированием интерсети. К числу таких устройств относятся, в частности, повторители, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы.
Повторитель представляет собой полностью электрическое устройство, которое увеличивает максимальную протяженность кабеля ЛВС путем усиления сигнала, проходящего через такое устройство. Концентраторы, используемые в сетях, основанных на топологии «звезда», иногда называются многопортовыми повторителями, поскольку сами по себе имеют способность к усилению сигнала. Автономные повторители могут применяться в сетях, созданных с использованием коаксиального кабеля, для уве-
личения протяженности этих сетей. Употребление повторителя C целью расширения сегмента сети не разделяет последний физически на две ЛВС и не образует сетевого комплекса.
Мост выполняет функцию усиления сигнала, как и повторитель, но вместе с тем имеет способность избирательно отфильтро- иывать пакеты по их адресам. Пакеты, приходящие на вход моста, пропускаются на выход только в том случае, если они адресованы компьютеру, находящемуся по другую сторону моста. Поскольку мосты не препятствуют прохождению широковещательных сообщений, они также не делят ЛВС на сегменты и не создают интерсети.
Коммутатор — устройство, которое во многих случаях абсолютно устраняет необходимость наличия среды передачи данных. Коммутатор является многопортовым повторителем, как и концентратор, однако вместо работы на чисто электрическом уровне он считывает адрес назначения каждого входящего пакета и передает его только через тот порт, с которым соединен компьютер- адресат. Коммутаторы могут функционировать на разных уровнях, объединяя сети с другими сетями или сетевыми комплексами.
Маршрутизатор — устройство, соединяющее различные ЛВС и формирующее интерсеть. Равно как и мост, маршрутизатор пропускает только информацию, предназначенную для сегмента, с которым он соединен. Однако в отличие от повторителей и мостов маршрутизаторы препятствуют прохождению широковещательных сообщений. Они могут объединять и сети различных типов (например, Ethernet и Token Ring), в то время как мосты и повторители могут интегрировать только однотипные сети или сетевые сегменты.
Взаимодействие компьютеров в сети регламентируется протоколами — формальными наборами правил и соглашений, определи ющими, каким образом устройства в сети обмениваются данными. Протоколы описывают любой момент взаимодействия — от характеристик сигналов, передаваемых по кабелям, до языков запросов, позволяющих обмениваться сообщениями приложениям, исполняемым на разных компьютерах. Компьютеры сети используют множество протоколов, которое называется «стек» и простирается от пользовательского интерфейса программы до физического интерфейса сети. Традиционно стек делится на семь уровней, функции которых определяются эталонной моделью взаимодействия открытых систем (OSI — Open System Interconnection) — документом, описывающим как отдельные функции каждого уровня, так и их совместное применение для обеспечения взаимодействия компьютеров сети.
Эталонная сетевая модель (OSI) представляет собой некое теоретическое построение, разделяющее взаимодействие в сети на семь уровней (рис.
1.3.4). Каждый компьютер в сети использует набор протоколов для выполнения функций, назначенных каждому уровню. Совокупность уровней называется стеком протоколов (сетевым стеком). На вершине стека расположено приложение, делающее запросы к ресурсам, расположенным в сети. Внизу стека находится среда передачи данных (кабель), объединяющая компьютеры в сеть на физическом уровне.
Рис. 1.3.4. Эталонная модель OSI
Физический уровень выполняет процедуры управления аппаратурой передачи данных и подключенным к ней каналами связи.
Канальный уровень реализует процесс передачи информации по информационному каналу (логическому каналу, установленному между двумя ЭВМ, соединенными физическим каналом). На этом уровне обеспечивается управление потоком данных в виде кадров, в которые упаковываются информационные пакеты, обнаруживаются ошибки передачи, реализуется алгоритм восстановления информации в случае обнаружения сбоев или потери данных.
Сетевой уровень отвечает за маршрутизацию пакетов в комму- иикационной сети и связь между сетями (межсетевое взаимодействие).
Транспортный уровень обеспечивает интерфейс между процессами и сетью: устанавливает логические каналы между процессами и обеспечивает передачу по этим каналам информационных пакетов.
Сеансовый уровень реализует установление и поддержку сеанса связи между двумя абонентами через коммуникационную сеть.
Представительский уровень определяет синтаксис (представление) данных в модели. На этом уровне обеспечивается представление данных в кодах и форматах, принятых в данной системе.
Прикладной уровень обеспечивает поддержку прикладных процессов конечных пользователей. Здесь определяется круг прикладных задач, реализуемых в данной сети, содержатся все необходимые элементы сервиса для прикладных программ пользователей.
Ранние сетевые технологии были частными решениями отдельных производителей, однако с течением времени на первый план выступила совместимость и разработчики вынуждены были разработать и принять соглашения о стандартах сетевых протоколов.
Большинство из этих соглашений опирается на большое количество технических и технологических стандартов.В настоящее время стандартные протоколы для широкого использования разрабатываются специальными международными организациями или группами, такими, как:
• Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE — Institute of Electrical and Electronic Engineers) — североамериканская организация, опубликовавшая рекомендации рабочей группы 802 (IEEE 802 working group), содержавшие стандарты, определившие протоколы, известные в настоящее время как Ethernet и Token Ring, и ряд других;
• Международная организация по стандартизации (ISO — International Organization for Standardization) — всемирное объединение организаций по выработке стандартов, включающее более 100 государств. Разработала эталонную модель OSf
• Проблемная группа проектирования сети Интернет (IETF— Internet Engineering Task Force) — группа разработчиков и консультантов, созданная специально для выработки стандартов интернет-технологий, включая протокол TCP/IP;
• Ассоциация производителей средств связи/Ассоциация электронной промышленности (TIA/EIA — Telecommunications Industry Association/Electronic Industry Association) — две организации, объединившиеся для разработки и публикации стандартов электронных устройств и передачи данных, таких, как электрические характеристики среды передачи данных (EIА/TIA- 232) и правила телекоммуникационной проводки в коммерческих зданиях (Commercial Building Telecommunications Wiring Standards), определяющие, как должны прокладываться кабели для информационных сетей.