Учебно-методическое пособие представляет собой первую часть конспекта лекций по дисциплине «Компьютерные сети и системы» (стр. 6 из 28)
Существуют четыре основные физические топологии сетей: шина, кольцо, звезда и ячеистая. Иногда эти топологии комбинируются для получения гибридной топологии (рис.7).
Шинная топология – самая простая и наиболее часто использовавшаяся в начале развития сетей. Основной недостаток шинной топологии состоит в том, что обрыв кабеля в каком-либо месте приводит к выходу из строя всей сети.
В кольцевой топологии узлы сети соединяются друг с другом по кольцу.
В топологии звезды каждый узел соединен с центром – соединительным модулем или концентратором, который действует как центральный узел связи всей сети.
Ячеистая топология – это наиболее отказоустойчивая топология. Каждый узел сети напрямую соединяется с остальными. Основное преимущество такой сети состоит в том, что она продолжает работать при отказе любого узла и обрыве любого кабеля (при обрыве кабеля данные могут быть перенаправлены по другому пути). Частным случаем ячеистой топологии является полносвязная топология, в которой каждый узел связан независимы линиями со всеми другими узлами сети. Этот вариант топологии является громоздким и неэффективным.
Гибридная/смешанная топология – это комбинация нескольких различных топологий. Гибридная топология наиболее популярна в глобальных сетях и сетях предприятий, в которых часто имеется основное/"становое" кольцо, к которому посредством маршрутизаторов подключаются остальные сети в форме звезды.
Во всех физических топологиях (за исключением полносвязной) возникает проблема совместного использования линий связи несколькими узлами сети.
В логической шине информация, передаваемая одним узлом, одновременно доступна всем узлам, подключенным к одному сегменту. Логическая шина реализуется на физической топологии шины (Ethernet на коаксиальном кабеле), звезды (Ethernet на витой паре) др.
В логическом кольце информация передается последовательно от узла к узлу по кольцу и реализуется на физической топологии шины (Arcnet), кольца или звезды (Token Ring).
Аналогично определяются другие логические топологии.
Организация взаимодействия между устройствами в сети является сложной задачей. Как известно, для решения сложных задач используется универсальный прием – декомпозиция, т.е. разбиение сложной задачи на несколько более простых подзадач/модулей.
При декомпозиции часто используется многоуровневый подход, заключающийся в следующем. Все множество модулей разбивается на уровни. Уровни образуют иерархию, т.е. имеются нижележащие и вышележащие уровни. Модули одного уровня сформированы таким образом, что они обращаются с запросами только к модулям нижележащего уровня. С другой стороны, результаты работы модулей некоторого уровня могут быть переданы только модулям вышележащего уровня.
Подобная послойная декомпозиция задачи предполагает четкое определение функций модулей каждого уровня и интерфейсов между уровнями. Интерфейс определяет набор функций, которые нижележащий уровень предоставляет соседнему вышележащему уровню. В результате иерархической декомпозиции достигается относительная независимость уровней, а значит, и возможность их легкой замены и модификации.
Средства сетевого взаимодействия также можно представить в виде иерархии модулей. При этом модули самого нижнего уровня могут, например, решать все вопросы, связанные с надежной передачей электрических сигналов между двумя соседними узлами сети. Модули более высоких уровней организуют транспортировку сообщений в пределах всей сети, пользуясь для этого средствами нижнего уровня. А на самом верхнем уровне будут работать модули, предоставляющие доступ к различным сетевым службам: файловой, печати и др.
Стеки протоколов и интерфейсы взаимодействия в сети
Многоуровневое представление средств сетевого взаимодействия имеет свою специфику, связанную с тем, что в обмене сообщениями всегда участвуют две стороны, следовательно, возникает необходимость обеспечить согласованную работу двух иерархий модулей (на стороне передатчика и стороне приемника).
При передаче сообщений оба участника сетевого обмена должны принять множество соглашений. Например, они должны согласовать уровни и форму электрических сигналов, способ определения длины сообщений, договориться о методах контроля достоверности и т.д. Другими словами соглашения должны быть приняты для всех уровней по отдельности, начиная от самого низкого – уровня передачи битов – до самого высокого, предоставляющего сервис для пользователей сети.
На рис.7 показана модель взаимодействия двух узлов сети A и B. С каждой стороны средства взаимодействия представлены четырьмя уровнями. Соответственно, процедура взаимодействия этих узлов может быть описана в виде набора правил взаимодействия одинаковых уровней на участвующих сторонах. Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне разных узлов, называются протоколом.
Рис.8. Протоколы и интерфейсы взаимодействия для двух узлов сети.
Модули, реализующие соседние уровни в одном узле, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами и с помощью стандартизованных форматов сообщений. Правила взаимодействия между соседними уровнями в одном узле сети принято называть интерфейсом. Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемых данным уровнем соседнему уровню.
В сущности, протокол и интерфейс выражают одно и то же понятие, но традиционно в сетях за ними закреплены разные границы действия: протоколы определяют правила взаимодействия модулей одинаковых уровней в разных узлах, а интерфейсы – соседних модулей в одном узле.
Естественно, что средства каждого уровня должны отрабатывать, во-первых, свой протокол, а во-вторых, интерфейсы с соседними уровнями.
Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации связи узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов.
Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней - как правило, чисто программными средствами.
Протоколы реализуются не только компьютерами, но и другими сетевыми устройствами – концентраторами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами и др., так как в общем случае связь в сети осуществляется не напрямую, а через различные коммуникационные устройства. В зависимости от типа коммуникационного устройства, в него должны быть встроены средства, реализующие тот или иной набор протоколов.
В широком смысле открытой системой может быть названа любая система (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные средства), которая построена в соответствии с открытыми спецификациями.
Под термином "спецификация" в вычислительной технике понимают формализованное описание аппаратных и программных компонентов, способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, условий эксплуатации, ограничения и другие характеристики. В общем случае не всякая спецификация является стандартом. В свою очередь под открытыми спецификациями понимаются опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в результате достигнутого согласия всех заинтересованных сторон.
Модель OSI, рассматриваемая ниже, касается только одного аспекта открытости, а именно, открытости средств взаимодействия между устройствами, связанными в вычислительную сеть. Если две сети построены с соблюдением принципа открытости, то это дает следующие преимущества:
· возможность построения сети из программных и аппаратных средств различных производителей;
· возможность безболезненной замены отдельных компонентов сети другими, более совершенными, что позволяет сети развиваться с минимальными затратами;
· возможность легкого сопряжения одной сети с другой;
· простота освоения и обслуживания сети.
Ярким примером открытой системы является глобальная сеть Internet. В разработке ее стандартов принимали участие тысячи специалистов. Само название стандартов, определяющих работу сети Internet – Request For Comments (RFС), что можно перевести как "запрос на комментарии", - показывает гласный и открытый характер принимаемых стандартов.
Модель взаимодействия открытых систем OSI
Модель OSI (Open System Interconnect - соединение открытых систем) - наиболее известный стандарт начала 80-х годов, предлагающий разработчикам сетей набор правил и указаний для разработки средств взаимодействия открытых систем. Модель OSI была разработана на основании большого опыта, полученного при создании компьютерных сетей, в основном глобальных, в 70-е годы.
Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые ОС, системными утилитами, системными аппаратными средствами, и не включает средства взаимодействия приложений конечных пользователей. Свои собственные протоколы взаимодействия приложения реализуют, обращаясь к системным средствам. Поэтому необходимо различать уровень взаимодействия приложений и прикладной уровень модели OSI. Следует также иметь в виду, что приложение может взять на себя функции некоторых верхних уровней модели OSI.
Модель OSI основана на уровневых протоколах, что обеспечивает: