3. Определение Internet. Топология глобальных и локальных сетей (гвс, лвс). Функциональная модель Internet.
В настоящее время Интернет — это глобальная, межконтинентальная сеть, она объединяет десятки миллионов компьютеров и локальных сетей.
Интернет (англ. Internet) — всемирная система объединённых компьютерных сетей, построенная на использовании протокола IP и маршрутизации пакетов данных. Интернет образует глобальное информационное пространство, служит физической основой для Всемирной паутины и множества других систем (протоколов) передачи данных.
Интернет — это общедоступная сеть, открытая для любого пользователя, имеющего компьютер с модемом 1 и некоторое специальное программное обеспечение. К середине 2008 года число пользователей, регулярно использующих Интернет, составило около 1,5 млрд человек.
Основу Интернета составляют высокоскоростные телекоммуникационные магистральные сети 2. К магистральной сети через точки сетевого доступа NAP (Network Access Point) подсоединяются автономные системы, каждая из которых уже имеет свое административное управление, свои внутренние протоколы маршрутизации. Примерами таких автономных систем могут служить сеть EUNet, охватывающая страны центральной Европы, сеть RUNet (Рунет), объединяющая университеты России, и т. п. Автономные сети формируют компании-провайдеры, предоставляющие услуги доступа в Интернет.
Основные ячейки Интернета — это локальные вычислительные сети. Но существуют и локальные компьютеры, самостоятельно подключенные к Интернету. Компьютеры сетевые или локальные, непосредственно подключенные к Интернету, называются хост-компьютерами. Если некоторая локальная сеть подключена к Интернету, то и каждая рабочая станция этой сети также имеет выход в Интернет через хост-компьютер сети. В качестве хоста может использоваться web-сервер или сервер-шлюз (часто именуемый прокси-сервером) — рабочая станция, имеющая специализированное программное обеспечение для непосредственной работы в Интернете, например программы EasyProxy, WinProxy, WinGate2.. Каждый подключенный к Интернету компьютер имеет свой адрес, по которому его может найти абонент из любой точки света.
Структура сети Интернет — типичная клиент-серверная, то есть имеются компьютеры, в основном получающие информацию из сети — «клиенты», а есть компьютеры, снабжающие клиентов информацией — «серверы» (серверы также накапливают ее, но основная их функция — отдавать). Важной особенностью Интернета является то, что он, объединяя различные сети, не создает при этом никакой иерархии — все компьютеры, подключенные к сети, равноправны.
Топология глобальных сетей
Глобальная (WAN — Wide Area Network) — сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей. Иногда – объединение локальных сетей.
Она объединяет компьютеры, которые называются хостами. Хосты соединяются коммуникационными подсетями, для краткости называемые подсетями. Задачей подсети является передача сообщений от хоста к хосту и, таким образом в глобальных сетях коммуникативный аспект отделен от прикладного, что значительно увеличивает структуризацию сети, а следовательно, упрощает ее разработку и обслуживание.
Подсеть в свою очередь состоит из компонентов двух типов: линий связи и маршрутизаторов. Задачей маршрутизаторов является определение маршрута передаваемого информационного пакета.
Если какие-либо два маршрутизатора не соединены напрямую, то они общаются через промежуточные маршрутизаторы. Тогда переданный пакет получается каждым промежуточным маршрутизатором целиком, хранится на нем до тех пор, пока не освободится требуемая линия связи, а затем передается дальше. Подсети, работающие по такому принципу, называются подсетями с промежуточным хранением. На сегодняшний день все подсети глобальных сетей за исключением тех, которые используют спутники связи, являются подсетями с промежуточным хранением.
В глобальных сетях обычно используется коммутация пакетов. Ниже представлен алгоритм работы коммутации пакетов:
1) Приложение, выполняемое на передающем хосте, дает запрос на пересылку сообщения приложению, выполняемому на принимающем хосте.
2) Передающий хост осуществляет разбивку сообщения на пакеты, каждый из которых имеет порядковый номер.
3) Пакеты друг за другом направляются в линию связи и по отдельности передаются по подсети.
4) Маршрутизаторы подсети определяют оптимальный маршрут прохождения пакетов. Решение о выборе маршрута маршрутизаторами осуществляется на локальном уровне согласно алгоритму маршрутизации. При этом предпринимается попытка проложить оптимальный путь, учитывая степень загруженности линий связи.
5) Принимающий хост собирает пакеты и реконструирует начальное сообщение.
Топология глобальной вычислительной сети
Расширение локальных сетей, как базовых, так и комбинированных топологий, из-за удлинения линий связи приводит к необходимости их расчленения и создания распределенных сетей, в которых компонентами служат не отдельные компьютеры, а отдельные локальные сети, иногда называемыми „сегментами“ [6]. Узлами коммутации таких сетей являются активные концентраторы (К) и мосты — устройства, коммутирующие линии связи (в том числе разного типа) и одновременно усиливающие проходящие через них сигналы. Мосты кроме этого еще и управляют потоками данных между сегментами сети. При соединении компьютеров или сетей (локальных или распределенных), удаленных на большие расстояния, используются каналы связи и устройства коммутации, называемые 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 сигналов, протоколов и т.п.), передаваемых по магистральному каналу связи, между маршрутизаторами и терминальными компонентами включаются устройства сопряжения (УС). При подключение к магистральному каналу вычислительных сетей или устройств (например, мэйнфреймов), которых невозможно согласовать с помощью стандартных устройств сопряжения, используются стандартные средства, называемые шлюзами. Терминальными абонентами называют отдельные компьютеры, локальные или распределенные сети, подключенные через УС к магистральному каналу. Таким образом, возникает глобальная вычислительная сеть. Глобальные сети могут объединяться между собой путем соединения через маршрутизаторы магистральных каналов, что в конечном итоге приводит к созданию мировой (действительно глобальной) информационно — вычислительной сети.
Типовая топология описанной выше глобальной вычислительной сети приведена на рисунке 4.6.
Рисунок 4.6 — Типовая топология глобальной информационно-вычислительной сети (ГВС)
Сетевые протоколы и уровни
Увеличение разнообразия различных архитектур связи побудило Международную организацию по стандартизации (МОС) направить значительные усилия на разработку стандарта архитектуры связи, который позволил бы системам открыто связываться между собой [11]. В 1983 году эти усилия увенчались успехом и была предложена базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем (ВОС). Она состоит из семи уровней, показанных на рисунке 4.7. Три нижних уровня представляют сетевые услуги. Протоколы, реализующие эти уровни должны быть предусмотрены в каждом узле сети. Четыре верхних уровня предоставляют услуги самим оконечным пользователям и таким образом связаны с ними, а не с сетью.
Уровень канала передачи данных и находящийся под ним физический уровень обеспечивают канал безошибочной передачи между двумя узлами в сети. Функция физического уровня заключается в гарантии того, что символы, поступающие в физическую среду передачи на одном конце канала, достигнут другого конца. При использовании этой нижестоящей услуги по транспортировке символов задача протокола канала состоит в обеспечении надежной передачи блоков данных по каналу.
Функция сетевого уровня состоит в том, чтобы установить канал для передачи данных по сети от узла передачи до узла назначения. Этот уровень предусматривает также управление потоком или перегрузками в целях предотвращения переполнения сетевых ресурсов, которое может привести к прекращению работы.
Транспортный уровень обеспечивает надежный, последовательный обмен данными между двумя оконечными пользователями. Для этой цели на транспортном уровне используется услуга сетевого уровня. Он также управляет потоком, чтобы гарантировать правильный прием блоков данных.
Существование сеанса между двумя пользователями означает необходимость установления и прекращения его, что делается на уровне сеанса. Этот уровень при необходимости управляет переговорами, чтобы гарантировать правильный обмен данными.
Уровень представления управляет и преобразует синтаксис блоков данных, которыми обмениваются оконечные пользователи, а протоколы прикладного уровня придают соответствующий смысл обмениваемой информации.
В сети с коммутацией пакетов блоками данных, передаваемых по сетевому маршруту от одного конца к другому, являются пакеты. Блоки или кадры данных, передаваемые по каналу связи через сеть, состоят из пакетов плюс управляющей информации в виде заголовков и окончаний, добавляемых к пакету непосредственно перед его отправлением из узла. В каждом принимающем узле управляющая информация отделяется от остальной части пакета, а затем вновь добавляется, когда этот узел в свою очередь передает пакет по каналу в следующий соседний узел. Этот принцип добавления управляющей информации к данным в архитектуре ВОС расширен и включает возможность добавления управляющей информации на каждом уровне архитектуры. Как это происходит, показано на рисунке 4.7.
Рисунок 4.7 — Блоки данных, применяемые в структуре
сети ВОС
На каждом уровне блок данных принимается от вышестоящего уровня, к данным добавляется управляющая информация, и блок передается нижестоящему уровню. Данный уровень не просматривает блок данных, который он получает от вышестоящего уровня. Следовательно, уровни самостоятельны и изолированы друг от друга. На принимающем компьютере производятся обратные операции.
На рисунке 4.8 показан пример конкретной многоуровневой архитектуры связи. Между источником и получателем информации включен промежуточный узел. Пакет, поступающий по физической среде, связывающей исходящий узел с промежуточным, направляется на сетевой уровень этого узла, на котором определяется следующая часть пути в составе маршрута через сеть.
Рисунок 4.8 — Семиуровневая архитектура ВОС