Топологии
Вы узнали из предыдущей темы, что канальный уровень подготавливает сетевые данные для физической сети. Он должен знать логическую топологию сети, чтобы иметь возможность определить, что необходимо для передачи кадров с одного устройства на другое. В этом разделе объясняется, как канальный уровень связи данных работает с различными логическими топологиями сети.
Топология сети описывает расположение или взаимосвязь сетевых устройств, а также соединения между ними.
Существует два типа топологий, используемых при описании сетей LAN и WAN:
- Физическая топология – Этот термин относится к физическим соединениям и определяет, каким образом соединяются друг с другом оконечные устройства и устройства сетевой инфраструктуры, такие как маршрутизаторы, коммутаторы и точки беспроводного доступа. Топология может также включать определенное местоположение устройства, например номер комнаты и местоположение на стойке оборудования. Физическая топология чаще всего организована по схеме «точка-точка» или «звезда».
- Логическая топология – Термин, используемый для описания путей передачи кадров между узлами. Эта топология определяет виртуальные подключения с использованием интерфейсов устройств и схем IP-адресации уровня 3.
При управлении доступом данных к среде канальный уровень «видит» логическую топологию сети. Именно логическая топология влияет на выбор типа кадрирования в сети и управления доступом к среде.
На рисунке отображается образец физической топологии для небольшой выборки сети.
Топология физической сети показывает шесть комнат, каждая из которых выделена светло-желтым прямоугольником, с различными сетевыми устройствами и кабелями. С левой стороны находится серверная комната с надписью комната 2158. Он содержит маршрутизатор с маркировкой R1, установленный на полке 1 стойки 1 с шестью кабельными соединениями. Кабель в верхней части подключается к облаку с надписью Интернет. Кабель слева подключается к коммутатору с надписью S1, установленному на полке 2 стойки 1. S1 подключен к трем серверам: веб-серверу, установленному на полке 1 стойки 2, почтовому серверу, установленному на полке 2 стойки, и файловому серверу, установленному на полке 3 стойки 2. Кабель, подключенный к нижней части R1, подключается к коммутатору с пометкой S2 установлен на стойке 1 полка 3. S2 имеет два соединения, ведущие к принтеру и ПК в ИТ-офисе с пометкой комната 2159. R1 имеет три кабеля справа, подключенных к трем коммутаторам, расположенным в комнате 2124. Верхний коммутатор имеет маркировку S3 и установлен на полке 1 стойки 1. Средний переключатель имеет маркировку S4 и установлен на стойке 1 полка 2. Нижний выключатель имеет маркировку S5 и установлен на стойке 1 полка 3. S3 имеет кабель слева подключен к ноутбуку в комнате класса 1 комната 2125. S4 имеет кабель слева подключен к ноутбуку в комнате класса 2 комната 2126. S5 имеет кабель слева подключен к ноутбуку в комнате класса 3 комната 2127.
На следующем рисунке показан пример logical топологии для той же сети.
В логической топологии сети отображаются устройства, метки портов и схема сетевой адресации. В середине изображения находится маршрутизатор с надписью R1. Порт с надписью G0/0/0 подключается к облаку в верхней части помеченного Интернета. Порт с надписью G0/2/0 подключается слева к коммутатору с надписью S1 на порту G0/1. S1 подключен к трем серверам. S1 и серверы подсвечены светло-желтым кругом с сетью 192.168.10.0/24, написанной вверху. Порт F0/1 на S1 подключается к веб-серверу. Порт F0/2 на S1 подключается к почтовому серверу. Порт F0/3 на S1 подключается к файловому серверу. Порт G0/0/1 на R1 соединяется внизу к коммутатору с надписью S2. S2 подключается к принтеру и ПК, все из которых выделены в светло-желтый круг с сетью 192.168.11.0/24, написанной внизу. Справа от R1 расположены три дополнительных соединения, каждое из которых подключается к коммутатору на порту G0/1, который затем подключается к ноутбуку на порту F0/1. Каждый коммутатор и ноутбук выделены желтым цветом, а сетевой адрес отображается. Порт G0/0/1 R1 подключается вверху к коммутатору с меткой S3 в сети 192.168.100.0. Порт G0/1/0 R1 соединяется посередине с коммутатором S4 в сети 192.169.101.0. Порт G0/1/1 на R1 подключается внизу к коммутатору с надписью S5 в сети 192.168.102.0. R1 подключается к Интернету по интерфейсу G0/0/0.
27. Топология глобальной вычислительной сети
Расширение локальных сетей как базовых, так и комбинированных топологий из-за удлинения линий связи приводят к необходимости их разделения и создания распределенных сетей, в которых компонентами служат не отдельные компьютеры, а отдельные локальные сети (иногда называемые сегментами). Узлами коммутации таких сетей являются активные концентраторы (К) и мосты (Мст) – устройства, передающие линии связи и одновременно усиливающие проходящие через них сигналы. Мосты еще и управляют потоками данных между сегментами сети.
При соединении компьютеров или сетей, удаленных на большие расстояния, используются каналы связи и устройства коммутации, которые называются маршрутизаторами (М) и шлюзами (Ш). Маршрутизаторы взаимодействуют друг с другом и соединяются между собой каналами связи, образуя распределенный магистральный канал связи. Для согласования параметров данных (форматов, уровней сигнала, протоколов и т.д.), передаваемых по магистральному каналу связи, между маршрутизаторами и терминальными абонентами включаются устройства сопряжения (УС). Терминальными абонентами называют отдельные компьютеры, локальные или распределительные сети, подключенные через маршрутизаторы к магистральному каналу.
При подключении к магистральному каналу ВС, которые невозможно согласовать с помощью стандартных устройств сопряжения, используют шлюзы. Таким образом возникает глобальная сеть.
Глобальные сети могут объединяться между собой через маршрутизаторы магистральных каналов, что приводит к созданию мировой информационно-вычислительной сети. Разработка сетей осуществляется на основе базовой эталонной модели – стандарт 7498. Международной организацией стандартов в 1979 г. было достигнуто соглашение базовой модели – это модель взаимодействия открытых систем ВОС, которая состоит их 7 уровней:
1. Физический – установка, поддержка и разъединение физического канала. 2. Канальный – управление передачей кадров, контроль данных, обеспечение прозрачности и проверка состояния информационной системы. 3. Сетевой – управление коммуникационными ресурсами, маршрутизация пакетов. 4. Транспортный – управление информационными потоками, организация логических каналов между процессами. 5. Сеансовый – организация поддержки и окончания сеансов связи. 6. Представительный – генерация и интерпретация команд взаимодействия процессов. 7. Прикладной – вычислительные, информационно-поисковые и справочные процессы.
Основными понятиями модели являются: система, прикладной процесс, протоколы и уровни.
28. Глобальная сеть internet: структура, характеристика и способы работы
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/интернет-протокола (TCP/IP) или его последующих расширений других IP-совместимых протоколов;
- 3) обеспечивает, использует или делает доступной, на общественной или частной основе, высокоуровневые сервисы, надстроенные над коммуникационной и иной связанной инфраструктурой.
Структура и способы подключения к INTERNET:
- Пользователе подключаются к сети через компьютеры специальных организаций, которые называются ПРОВАЙДЕРАМИ.
- В настоящее время существует два способа подключения к глобальной сети: 1) подключение при помощи телефонного канала или модемная связь; 2) подключение через выделенную линию.
Подключение с помощью мобильного телефона:
- 1. WAP – протокол беспроводных приложений;
- 2. GPRS – это технология беспроводной пакетной передачи данных, обеспечивающая постоянный доступ к ИНТЕРНЕТУ. Существует три класса: Класс А, Класс В, Класс С.
Подключение по выделенной линии:
Это канал связи, который напрямую связывает компьютер с провайдером.
Выделенная линия может быть организованна различными способами:
- А) обычная телефонная пара;
- Б) витая пара;
- В) коаксильный кабель;
- Г) оптоволокно.
14. Топологии глобальной сети
Глобальные сети (WAN) — сетевая инфраструктура, которая охватывает обширную географическую область. Управление глобальными сетями обычно осуществляется операторами связи (SP) или Интернет-провайдерами (ISP).
- WAN связывают локальные сети в обширных географических областях, таких как города, регионы, страны или континенты.
- Управление глобальными сетями обычно осуществляется различными операторами связи.
- Глобальные сети обычно обеспечивают более низкоскоростные соединения между локальными сетями.
Глобальные сети часто подключены с помощью следующих физических топологий.
- Двухточечная топология («точка-точка»): это простейшая топология, которая представляет собой постоянное соединение между двумя конечными устройствами. Именно по этой причине данная топология наиболее распространена в глобальной сети.
- Топология hub-and-spoke (звезда): версия топологии типа «звезда» для глобальной сети, в которой центральный узел подключает филиалы с помощью двухточечных соединений.
- Полносвязная (mesh) топология: эта топология предоставляет высокую доступность, но требует, чтобы каждая конечная система была связана с каждой другой системой. Поэтому административные и физические расходы могут быть весьма значительными. Каждый канал является двухточечным каналом для другого узла. Варианты этой топологии включают в себя сильносвязную (partial mesh) топологию, к которой подключены некоторые, но не все оконечные устройства.
На рисунке показаны три наиболее распространённые физические топологии глобальной сети.
29. Протоколы транспортного уровня
Протокол передачи данных — набор соглашений интерфейса логического уровня, которые определяют обмен данными между различными программами. Эти соглашения задают единообразный способ передачи сообщений и обработки ошибок при взаимодействии программного обеспечения разнесённой в пространстве аппаратуры, соединённой тем или иным интерфейсом. Транспортный уровень отвечает за установление временного сеанса связи и передачу данных между двумя приложениями.
- Транспортный протокол — протокол управления передачей (TCP): управляет отдельными сеансами связи между серверами и клиентами в Интернете. TCP делит сообщения HTTP на более мелкие части, называемые сегментами. Эти сегменты передаются между веб-сервером и клиентскими процессами, запущенными на узле назначения. TCP также отвечает за управление размером и скоростью, с которой происходит обмен сообщениями между сервером и клиентом.
Как уже упоминалось ранее, TCP считается надёжным транспортным протоколом, а это значит, что он использует процессы, которые обеспечивают надёжную передачу данных между приложениями с помощью подтверждения доставки. Передача с использованием TCP аналогична отправке пакетов, которые отслеживаются от источника к получателю. Если заказ службы Federal Express разбивается на несколько отправок, заказчик может зайти на веб-сайт компании и просмотреть порядок доставки. TCP использует следующие три основные операции для обеспечения надёжности:
- отслеживание переданных сегментов данных
- подтверждение полученных данных
- повторная отправка всех неподтвержденных данных
TCP разбивает сообщение на фрагменты меньшего размера, которые называются сегментами. Этим сегментам присваиваются порядковые номера, после чего они передаются IP-протоколу, который собирает их в пакеты. TCP отслеживает количество сегментов, отправленных на тот или иной узел тем или иным приложением. Если отправитель не получает подтверждения в течение определённого периода времени, то TCP рассматривает эти сегменты как утраченные и повторяет их отправку. Повторно отправляется только утраченная часть сообщения, а не все сообщение целиком. Протокол TCP на принимающем узле отвечает за повторную сборку сегментов сообщений и их передачу соответствующему приложению. Протокол передачи файлов (FTP) и протокол передачи гипертекста (HTTP) — это примеры приложений, которые используют TCP для доставки данных. Такие процессы обеспечения надёжности повышают нагрузку на сетевые ресурсы, что связано с необходимостью подтверждения, отслеживания и повторной отправки данных. Для поддержки перечисленных выше процессов между отправляющими и получающими узлами пересылаются дополнительные управляющие данные. Эта контрольная информация содержится в заголовке TCP.