Лекция по компьютерным сетям "Основы сетей передачи данных"

Характеристики физических каналов

Предложенная нагрузка — это поток данных, поступающий от пользователя на вход сети. Предложенную нагрузку можно характеризовать скоростью поступления данных в сеть.
Скорость передачи данных — это фактическая скорость потока данных, прошедшего через сеть.
Емкость канала связи, называемая также пропускной способностью, представляет собой максимально возможную скорость передачи информации по каналу.

Типы физических каналов

Дуплексный канал обеспечивает одновременную передачу информации в обоих направлениях.
Полудуплексный канал также обеспечивает передачу информации в обоих направлениях, но не одновременно, а по очереди. То есть в течение определенного периода времени информация передается в одном направлении, а в течении следующего периода — в обратном.
Симплексный канал позволяет передавать информацию только в одном направлении.

Адресация узлов сети

Адреса можно классифицировать следующим образом:
уникальный адрес используется для идентификации отдельных интерфейсов;
групповой адрес идентифицирует сразу несколько интерфейсов;
данные, направленные по широковещательному адресу, должны быть доставлены всем узлам сети;
в новой версии протокола определен адрес произвольной рассылки, где данные, посланные по адресу, должны быть доставлены не всем адресам данной группы, а любому из них.

Адресация узлов сети

Адреса могут быть числовыми (например, 129.26.255.255 или 81.la.ff.ff) и символьными (site.domen.ru, willi-winki).
Символьные адреса (имена) предназначены для запоминания людьми и поэтому обычно несут смысловую нагрузку.
Интерфейс – формально определенная логическая и физическая границы между взаимодействующими независимыми объектами.
Физический интерфейс определяется набором электрических связей и характеристиками сигналов.
Логический интерфейс – набор информационных сообщений и правил обмена данными.

Адресация узлов сети

Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках некоторой схемы адресации, называется адресным пространством.

Коммутация

Коммутация – это соединение конечных узлов через сеть транзитных узлов.
коммутация пакетов (данные разделяются на небольшие порции(пакеты), которые самостоятельно перемещаются по сети благодаря наличию адреса конечного узла в заголовке пакета).
Маршрут –последовательность узлов, лежащих на пути от отправителя к получателю.

В данной сети узлы 2 и 4, непосредственно между собой не связанны и вынуждены передавать данные через транзитные узлы, например, узлы 1 и 5.
Узел 1 должен выполнить передачу данных между своими интерфейсами А и В, а узел 5 — между интерфейсами F и В.
В данном случае маршрутом является последовательность: 2-1-5-4,
где 2 — узел-отправитель, 1 и 5 — транзитные узлы, 4 — узел-получатель.

Коммутация

Информационным потоком называется непрерывная последовательность данных, объединенных набором общих признаков.
Весь поток входящих в транзитный узел данных разделяется на подпотоки, каждый из которых передается на интерфейс, соответствующий маршруту продвижения данных.

Задачи коммутации

определение потоков и соответствующих маршрутов;
фиксация маршрутов в таблицах сетевых устройств;
распознавание потоков и передача данных между интерфейсами одного устройства;
мультиплексирование/демультиплексирование потоков;
разделение среды передачи данных.

Классификация методов коммутации

Дейтаграммная передача в коммутируемых сетях

Дейтаграммный способ передачи данных основан на том, что все передаваемые пакеты обрабатываются независимо друг от друга (каждый пакет рассматривается сетью как независимая единица передачи – дейтаграмма).
Функционирует на основе таблиц коммутации, содержащих набор адресов назначения и адресную информацию, определяющую следующий по маршруту (транзитный или конечный) узел.
В одной и той же сетевой технологии могут быть задействованы разные способы передачи данных.
Пример: Для передачи данных между отдельными сетями, составляющими Интернет, используется дейтаграммный протокол IP.
Недостатки: При таком методе нет гарантии доставки пакета (доставка с максимальными усилиями).

Логическое соединение в коммутируемых сетях

Процедура обработки данных определяется не для отдельного пакета, а для всего множества пакетов, передаваемых в рамках каждого логического соединения.
Пакеты, принадлежащие одному и тому же соединению, имеющие одни и те же адреса отправления и назначения, могут перемещаться по разным независимым друг от друга маршрутам.
Пример: протокол TCP устанавливает логические соединения без фиксации маршрута.

Виртуальный канал в коммутируемых сетях

Если в число параметров соединения входит маршрут, то все пакеты, предаваемые в рамках данного соединения, должны проходить по указанному пути.
Такой единственный заранее проложенный фиксированный маршрут, соединяющий конечные узлы в сети с коммутацией пакетов, называют виртуальным каналом.
Функционируют на основе таблиц коммутации, которые гораздо короче, чем в дейтаграммных сетях (содержат записи не обо всех возможных адресах назначения, а только о виртуальных каналах) и каждый пакет помечается меткой (идентификатор виртуального канала).
Пример: сети АТМ и Frame Relay поддерживают виртуальные каналы и входят в состав Интернета.

Маршрутизация

Задача маршрутизации включает в себя две подзадачи:
определение маршрута;
оповещение сети о выбранном маршруте.
Определить маршрут — это значит выбрать последовательность транзитных узлов и их интерфейсов, через которые надо передавать данные, чтобы доставить их адресату.

Маршрутизация

Между парой взаимодействующих сетевых интерфейсов существует множество путей.
Выбор останавливают на одном оптимальном маршруте. В качестве критериев оптимальности могут выступать:
пропускная способность;
загруженность каналов связи;
количество промежуточных транзитных узлов;
надежность каналов и транзитных узлов

Маршрутизация

Маршрут может определяться эмпирически («вручную») администратором сети. Однако эмпирический подход к определению маршрутов мало пригоден для большой сети со сложной топологией.
В этом случае используются автоматические методы определения маршрутов. Для этого конечные узлы и другие устройства сети оснащаются специальными программными средствами.

Маршрутизация

Для передачи, трафика между конечными узлами А и С существуют два альтернативных маршрута: А-1-2-3-С и А-1-3-С. По топологии выбор очевиден — маршрут А-1-3-С, который имеет меньше транзитных узлов.

Каналы 1-2 и 2-3 обладают пропускной способностью 100 Мбит/с, а канал 1-3 — только 10 Мбит/с. Если мы хотим, чтобы информация передавалась по сети с максимально возможной скоростью, то нам нужно выбрать маршрут А-1-2-3-С, хотя он и проходит через большее количество промежуточных узлов.

Мультиплексирование и демультиплексирование

Мультиплексирование – это объединение нескольких отдельных потоков в общий (суммарный, агрегированный).
Демультиплексирование – это разделение суммарного потока на несколько составляющих его потоков.

Масштабируемость и расширяемость

Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается.
Расширяемость означает возможность добавления отдельных компонентов сети (пользователей, компьютеров, приложений, служб), наращивания длины сегментов кабелей и замены существующей аппаратуры более мощной.

Ethernet – пример стандартной сетевой технологии

Топология. В стандарте Ethernet строго зафиксирована топология — общая шина.






Способ коммутации. В технологии Ethernet используется дейтаграммная коммутация пакетов.

Ethernet – пример стандартной сетевой технологии

Полудуплексный способ передачи. Разделяемая среда Ethernet представляет собой полудуплексный канал передачи. Сетевой адаптер выполняет операции передачи данных и их приема попеременно.
Адресация. Каждый сетевой адаптер, имеет уникальный аппаратный адрес (так называемый МАС-адрес).

Словарь

Компьютерная сеть
Мэйнфрейм
Коммутация
Коммутация каналов
Коммутация пакетов
Сетевые технологии
Конвергенция сетей
Локальная сеть
Глобальная сеть
Сетевая плата
Концентратор
Коммутатор
Витая пара
Сервер
Модем
Протокол
Мост
Виртуальный канал
Топология
Архитектура сети
Модель OSI
МодельTCP/IP
Стек протоколов
Доменная система имен (DNS)

Шлюз
Брандмауэр
Маршрутизатор
Хост-машина
Провайдер
Адресное пространство
Информационный поток
Маршрут
Маршрутизация
Мультиплексирование
Демультиплексирование
Мультиплексор
Демультиплексор
Разделяемая среда передачи данных
Масштабируемость
Расширяемость
Дейтаграмма
Локальный адрес
Сетевой адрес
Символьный адрес
URL-адрес
Групповые адреса
Маска подсети
Технология CIDR
Шифрование
Аутентификация
Авторизация
Аудит