Понятие интерфейса и протокола компьютерных сетей

Вопрос 2. Стандартизация компьютерных сетей. Понятие интер­фейса и протокола компьютерных сетей. Сетевые протоко­лы. Понятие «открытой» системы. Модель osi.

По своей сущности компьютерные сети является совокупностью компьютеров и сетевого оборудования, соединенных каналами связи. Поскольку компьютеры и сетевое оборудование могут быть разных производителей, то возникает проблема их совместимости. Без принятия всеми производителя общепринятых правил построения оборудования создание компьютерной сети было бы невозможно. Поэтому разработка и создание компьютерных сетей может происходить только в рамках утвержденных стандартов.

В основу стандартизации компьютерных сетей положен принцип декомпозиции, т.е. разделения сложных задач на отдельные более простые подзадачи. Каждая подзадача имеет четко определенные функции и строго установленные связи между подзадачами. При более внимательном рассмотрении работы компьютера в сети можно выделить две основные подзадачи:

• взаимодействие программного обеспечения пользователя с физическим каналом связи (посредством сетевой карты) в пределах одного компьютера
• взаимодействие компьютера через канал связи с другим компьютером

Современное программное обеспечение компьютера имеет многоуровневую модульную структуру, т.е. программный код, написанный программистом и видимый на экране монитора (модуль верхнего уровня), проходит несколько уровней обработки, прежде чем превратится в электрический сигнал (модуль нижнего уровня), передаваемый в канал связи.

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются модули, лежащие на одном уровне, но в различных компьютерах называются протоколами.

В сетевых технологиях традиционно принято, что протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня, но в разных компьютерах, а интерфейсы – соседних уровней в одном компьютере.

Иерархически организованный набор протоколов для взаимодействия компьютеров в сети называется стеком коммуникационных протоколов.

Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней, как правило, реализуются комбинацией программно- аппаратных средств, а протоколы верхних уровней- чисто программными средствами.

Основой сети Интернет является стек проколов TCP/ IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol).

Протокол TCP — транспортный протокол, обеспечивающий гарантированную передачу данных независимо от их маршрута следования до принимающего узла.

Протокол IP (Internet Protocol) — это стандарт, описывающий систему адресации в сети Интернет.

Международная Организация по Стандартам (International Standards Organization, ISO) разработала модель, которая четко определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какую работу должен делать каждый уровень. Эта модель называется моделью взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) или моделью ISO/OSI:

• Прикладной уровень
• Уровень представления
• Сеансовый уровень
• Транспортный уровень
• Сетевой уровень
• Уровень соединения
• Физический уровень

Вопрос 3. Локальные компьютерные сети. Методы доступа в ло­кальных сетях. Оборудование локальных сетей.

Локальные сети (LAN, Local Area Networks) обеспечивают наивысшую скорость обмена информацией между компьютерами и типичная локальная сеть занимает пространство в одно или несколько зданий. Протяженность локальных компьютерных сетей составляет всего лишь несколько километров.

Сравнительно недавно появились городские сети или сети мегополисов (MAN, Metropolitan Area Networks). Такие сети предназначены для обслуживания территории крупного города – мегаполиса. В то время как локальные сети наилучшим образом подходят для разделения ресурсов на коротких расстояниях и на больших скоростях (до 100 Мбит), а глобальные сети обеспечивают работу на больших расстояниях и с низкой скоростью (56 и 64 Кбит/с и только на магистралях до 2 Мбит/с), то городские сети занимают промежуточное положение: имеют скорость до 45 Мбит/с и связывают локальные сети в масштабах города с возможностью выхода в глобальные сети.

Механизмы передачи данных в глобальных и локальных сетях существенно отличаются. Глобальные сети ориентированы на соединение, т.е. еще до начала передачи данных между компьютерами сети устанавливается соединение (коммутация каналов), которое подтверждается обменом компьютеров между собой специальными сигналами (кодами). В локальных сетях, как правило, используются методы, не требующие предварительной установки соединения – данные просто передаются в канал связи без подтверждения готовности их принять (коммутация пакетов). В локальных сетях каждый компьютер имеет сетевой адаптер, который достаточно просто соединяет его с каналом передачи. Глобальные сети содержат активные коммутирующие устройства, мощные маршрутизаторы для распределения сообщений и соответствующие развитые службы по обслуживанию сетевого оборудования.

Основные отличия между глобальными и локальными компьютерными сетями:

• Протяженность и качество связи, Локальные сети по определению отличаются от глобальных небольшими расстояниями между узлами сети. Это делает возможным использование в локальных сетях более качественных линий связи.
• Сложность методов передачи данных. В глобальных сетях используются более сложные методы передачи данных (установка соединений) и более сложное оборудование.
• Скорость передачи данных в локальных сетях (10, 16 и 100 Мб/с) существенно выше чем в глобальных (от 2, 4 Кбит/ с до 10 Мбит/с).
• Разнообразие услуг. В локальных сетях существует более широкий набор услуг (файловая система, печать и т.д)
• Масштабируемость. Локальные сети обладают плохой масштабируемостью из-за специфики методов передачи данных.

Следует отметить, что в настоящее время наблюдается конвергенция (сближение) локальных и глобальных компьютерных сетей.

Недостатки локальных сетей:

• сеть требует дополнительных, иногда значительных материальных затрат;
• сеть требует приема на работу специалиста (администратора сети);
• сеть ограничивает возможности перемещения компьютеров, подключенных к ней;
• сети представляют собой прекрасную среду для распространения компьютерных вирусов;
• сеть резко повышает опасность несанкционированного доступа к информации

Для соединения компьютеров и линий связи между собой в локальных сетях в настоящее время используются сетевые адаптеры, концентраторы и коммутаторы.

Сетевые адаптеры представляют собой отдельные платы и служат для соединения компьютера с кабельной системой.

Концентраторы во всех современных технологиях имеет несколько равноправных названий- концентратор, хаб (hub), повторитель. Основное назначение концентратора – это объединять между собой компьютеры в сегменты, а затем сегменты в единую сети.

Сегментом называе6тся обособленная группа компьютеров в сети.

Проблему соединения сегментов сетей и предотвращения распространения коллизий в настоящее время решают устройства коммутаторов.

Источник

Разберем основные понятия в компьютерных сетях, протокол, сервис и интерфейс

Рассмотрим понятия протоколы, интерфейсы и сервисы на примере транспортного уровня, стека протоколов TCP/IP.

Базовые понятия компьютерных сетей

Сети строятся в виде нескольких уровней организованными один над другим. И каждый уровень предоставляет сервис вышестоящему уровню. Сервис описывает, что полезного делает уровень.

Интерфейс, он находится внутри одного компьютера и задает набор примитивных операций, который верхний уровень должен вызвать для того, чтобы воспользоваться сервисом нижестоящего уровня.

Протокол это набор правил и соглашений, которыми пользуются уровни разных хостов, для взаимодействия друг с другом по сети.

Транспортный уровень TCP/IP

Рассмотрим пример для транспортного уровня (ТУ) стека протоколов tcp ip. В стеке протоколов, есть два протокола транспортного уровня, tcp и udp. Они используются, чтобы транспортные уровни различных хостов взаимодействовали друг с другом.

В качестве интерфейса ТУ используется интерфейс сокетов. С использованием интерфейса сокетов пишут программы, которые взаимодействуют с сетью на ТУ.

Зачем разделять понятия протокол и интерфейс

Это стандартная практика в информационных технологиях, описание и реализация должны быть отделены друг от друга. Так делается во многих языках программирования и других технологиях.

Изоляция решений

Причем, в компьютерных сетях у нас есть два вида изоляций решений. Изоляция решений (ИР) внутри одного компьютера и ИР при взаимодействии между компьютерами по сети.

Внутри компьютера

Когда мы работаем внутри одного компьютера, то есть пишем программы, которые будут работать с сетью, мы используем интерфейсы. На транспортном уровне это интерфейс сокетов. Реализация сетевого взаимодействия, которая выполнена в протоколах, скрыта от нас. Таким образом, если протоколы изменятся, то нам не придётся менять нашу программу.

Между компьютерами

С другой стороны, при взаимодействии между компьютерами, постоянными сохраняются протоколы. А интерфейсы и программы, которые находятся внутри компьютера, скрыты от других компьютеров и устройств. За счет этого, обеспечивается возможность взаимодействия по сети устройств, использующих разные операционные системы. Несмотря на значительные внутренние различия, в составе программ и интерфейсов, отлично взаимодействуют между собой, так как они используют один и тот же набор протоколов tcp ip.

Разделение интерфейса и протокола необходимо, чтобы отделять описание от реализации .

Зачем разделять интерфейс и сервис

Эти понятия важно различать, чтобы правильно проектировать сети, протоколы и сетевые технологии.

Сервис этот абстрактное описание того, что делает уровень. Оно позволяет сформулировать, чтобы мы хотели, чтобы уровень делал, не привязываясь ни к каким конкретным деталям реализации. Например, стек протоколов tcp ip предоставляет на транспортном уровне, два типа сервисов:

• Это надежная передача потока байт, которая реализуется протоколом tcp;
• Ненадёжная передача коротких сообщений, для реализации которой, используется протокол UDP.

Интерфейс ТУ в стеке протоколов TCP IP использует один сервис — сокеты. Через интерфейс мы можем получить доступ к сервисам двух уровней, для этого при создании сокетов нам нужно указать разные константы и вызывать некоторые разные операции. Например, при ненадежной доставки дейтаграмм ( блок информации ) нам не нужно устанавливать соединение.

Сервисы — абстрактное описание функций

Представим, что мы не ограничиваем себя текущей реализацией стека протоколов tcp ip, а подумаем, какие есть сервисы на транспортном уровне и чего бы нам еще хотелось.

Описание двух сервисов можно разбить на две части. Первое, обеспечивает сервис надежность или нет. Второе, тип передаваемых данных. Может передаваться поток байт или короткое сообщение. В стеке tcp ip выбрали всего две комбинации: надежная передача потока байт и ненадежная передача коротких сообщений.

Вполне допустимы две другие комбинации, ненадежная передача потока байт и надежная передача коротких сообщений. Если для ненадежной передачи потока байт сложно придумать подходящие примеры использования, то надежная доставка коротких сообщений очень полезный тип сервиса и этого сервиса в стеке протоколов tcp ip в настоящее время нет.

Многие приложения, которые используют протокол udp, например служба имён DNS, отправляет короткий запрос, ждет в течении некоторого времени ответа и если ответ не пришел, запрос отправляется снова.

p, blockquote 23,0,0,0,0 —> p, blockquote 24,0,0,0,1 —>

На самом деле это типовая ситуация, которая используется часто и кажется нерациональным перекладывать эту работу на приложения, если есть возможность предоставить такой тип сервиса прямо в стеке протоколов tcp/ip. Было разработано несколько протоколов ТУ, которые реализуют такой сервис, но к сожалению они не пользуются большой популярностью.

Источник