Способы передачи информации, коммутация в сетях

Передача данных в сетях производится следующими традиционными методами: коммутацией каналов, коммутацией сообщений и коммутацией пакетов.

Коммутация – это метод установления связи, который обеспечивает передачу информации из одной точки (узла сети) в другую между динамически меняющимися источниками и приемниками данных. Каналом связи называют физическую среду и аппаратные средства, осуществляющие передачу информации от одного узла коммутации к другому либо к адресату связи. Канал связи, оснащенный аппаратурой для передачи дискретной информации, называют каналом передачи данных (информационным каналом).

Коммутация пакетов предусматривает, что перед отправкой информации передаваемое сообщение подвергается в интерфейсных процессорах пакетированию – разбивается на пакеты ограниченной длины. Каждый пакет сопровождается служебной информацией (заголовком), где указываются адреса отправителя и получателя информации, номер пакета в сообщении и другая системная информация (например, о типе пакета – служебный или содержащий данные и т.п.). Пакеты являются независимыми единицами информации, передаваемыми по сети. По одному и тому же каналу в одно и то же время могут вперемежку передаваться пакеты, принадлежащие разным сообщениям. Пакеты одного сообщения могут передаваться адресату разными маршрутами. Это уменьшает время передачи, увеличивает надежность и защищенность. В пункте назначения интерфейсный процессор должен сформировать из полученных пакетов сообщение в его исходной форме. Общедоступные сети передачи данных обеспечивают коммутацию данных в виде пакетов.

 

Маршрутизация в сетях

Маршрутизация в сетях – это задача определения пути, по которому должна передаваться информация (сообщения или пакеты) от ее отправителя к получателю. Маршрутизация в сети имеет три первичные цели: обеспечить минимальные возможные задержки и максимальную пропускную способность сети; обеспечить минимальную стоимость передачи информации; обеспечить каждый пакет максимальной возможной защитой и надежностью.

При решении задачи маршрутизации в коммутаторах для передвижения данных через сеть к конечному получателю (адресату) используются как программные, так и аппаратные средства. Для определения оптимального пути передачи информации используются маршрутизаторы.

Тема 6. Интернет.

Компьютерные сети

Решать задачи общения, получения и передачи данных, совместного использования компьютерных ресурсов позволяют компьютерные сети. Компьютерная сеть - это комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих осуществлять связь между компьютерами.

Локальная компьютерная сеть (LAN - LocalAreaNetwork) формируется за счет соединения специальными кабелями нескольких компьютеров, имеющих сетевые платы и расположенных на небольшом удалении друг от друга. Локальные сети широко используются на мелких и средних предприятиях.

Глобальная компьютерная сеть или сеть дальней связи (WAN -WideAreaNetwork) соединяет компьютеры, удаленные на большие расстояния.

Локальные и глобальные сети могут соединяться между собой.

Интернет - это всемирная глобальная компьютерная сеть.

Или еще называют «сеть сетей», то есть общедоступное объединение многих компьютерных сетей с установленными правилами обмена информацией. Правила обмена задаются специальным программным обеспечением - набором сетевых протоколов TCP/IP (TransmissionControlProtocol/InternetProtocol - Протокол Управления Передачей/Межсетевой протокол).

В настоящее время широко развиваются корпоративные сети, получившие название Интранет. Это локальная или глобальная сеть, доступная в пределах одного предприятия, в которой обмен информацией происходит по правилам Интернет.

 

ИСТОРИЯ ИНТЕРНЕТА

Четвертого октября 1957 года произошло событие, которое предстояло изменить мир. Советский Союз успешно запустил первый искусственный спутник на орбиту Земли. Спутник-1 шокировал мир, в особенности США, у которых в разработке была собственная программа запуска спутников, но она еще не стартовала.

Это событие напрямую привело к созданию Агентства передовых исследовательских проектов Министерства обороны США — DARPA (DepartmentofDefence ARPA – AdvancedResearchProjectsAgency). На организацию возложили задачу исследований и разработки передовых идей и технологий, которые выходят за рамки текущих потребностей. Создание Интернета стало по всей видимости самым известным проектом этого Агентства (и совершенно точно самым используемым).

В 1960 году психолог и ученый в области компьютерных технологий Джозеф Ликлайдер (JosephLicklider) опубликовал работу «Симбиоз компьютера и человека» (Man-ComputerSymbiosis), в которой отчетливо выражена идея компьютеров, объединенных в сеть и использующихся для хранения и извлечения информации. В 1962 году Ликлайдер, возглавляя отдел обработки информации в ARPA, сформировал группу для дальнейших компьютерных исследований, которую покинул прежде, чем была сделана работа по реализации идей.

План создания компьютерной сети (получившей название ARPANET) был представлен в октябре 1967-го. А уже в декабре 1969 была создана и заработала первая компьютерная сеть, состоявшая из 4 машин. Основной проблемой в создании сети было объединение физически разделенных сетей без связки сетевых ресурсов постоянными соединениями. Техника, которая решила проблему, получила название Коммутация пакетов (packetswitching). Это решение предусматривает разбиение запросов данных на маленькие части (пакеты), которые могут быстро обрабатываться без блокирования с другими узлами сети. Данный принцип до сих пор используется в работе Интернета.

Концепция получила широкое применение. Другие сети зарождались, используя ту же самую технику коммутации пакетов. Например, X.25, разработанная Международным телекоммуникационным союзом, стала основной для первой университетской сети Великобритании — JANET (сеть позволяла британским университетам отправлять и принимать файлы и электронную почту). Американская общественная сеть CompuServe позволяла небольшим компаниям и гражданам получать повременно доступ к компьютерным ресурсам, а затем и к Интернету. Эти сети, несмотря на наличие большого числа соединений, были более частными и закрытыми, чем Интернет сегодня.

Распространение различных сетевых протоколов вскоре стало проблемой, когда начались попытки соединить разрозненные сети. Тем не менее, решение было на виду. Роберт Кан (RobertKahn) работая над проектом спутниковой пакетной сети для ARPA, начал определять ряд правил для более открытой сетевой архитектуры, которая должна была заменить текущий протокол, использовавшийся в ARPANET. Позднее к нему присоединился ВинтонСерф из Стэнфордского университета. Вдвоем они создали систему, которая маскирует различия между сетевыми протоколами, используя новый стандарт. В публикации черновика спецификации в декабре 1974 система названа как InternetTransmissionControlProgram (Программа контроля передачи данных в Интернете).

Эта спецификация уменьшила роль сети и перенесла ответственность за поддержание целостности передачи данных на компьютер хоста. В конечном счете стало возможным легкое присоединение всех сетей друг к другу. ARPA профинансировало разработку программного обеспечения, и в 1977 году была проведена успешная демонстрация трех различных сетей, которые взаимодействовали друг с другом. Спецификацию завершили, опубликовали и приняли к 1981 году; в 1982 году соединения ARPANET за пределами США были переведены на использование нового протокола TCP/IP. Так появился Интернет, который мы знаем.

Создание Всемирной паутины

В начале 90-х существовала система поиска и передачи информации — Gopher. Она предоставляла каталог ссылок на файлы, компьютерные ресурсы и другие каталоги. Эти каталоги могли пересекать границы компьютера и использовать Интернет для получения каталогов из других систем. Gopher был очень популярен в университетах, которые искали возможность предоставить информацию по всему студенческому городку, и в крупных организациях, где требовалось решение для централизованного хранения и управления информацией.

Gopher был создан в Университете Миннесоты. В феврале 1993 года Университет объявил, что начнет взимать лицензионные отчисления за право использования их реализации сервера Gopher. Как следствие, многие организации занялись поиском альтернативы.

У расположенной в Швейцарии Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN, ЦЕРН) такая альтернатива была. Тим Бернерс-Ли работал над системой управления информацией, в которой текст может содержать ссылки и отсылки к другим работам, позволяя читателю быстро перескакивать с документа на документ. Он создал сервер для публикации такого типа документов (которые называют гипертекстом), а также программу для их чтения, которую назвал «WorldWideWeb» («Всемирная паутина»). Первая версия программного обеспечения была выпущена в 1991 году, однако потребовались два события, которые привели к взрыву популярности и окончательной замене Gopher.

13 апреля 1993 года ЦЕРН выпустил исходный код WorldWideWeb в общественное достояние, что означало, что каждый может его использовать и создавать на его основе программное обеспечение без лицензионных отчислений.

Затем, позднее в этом же году, Национальный центр прикладных систем для суперкомпьютеров (NationalCenterforSupercomputingApplications) выпустил программу Mosaic, которая объединяла веб-браузер и Gopher-клиент. Изначально приложение было доступно только для машин под управлением ОС Unix и в форме исходного кода, но уже в декабре 1993 Mosaic поставлялся с установщиками (инсталляторами) для ОС AppleMacintosh и MicrosoftWindows. Mosaic очень быстро становился популярным, а вместе с ним и Веб.

Быстро росло и число веб-браузеров. Многие из них создавались в рамках исследовательских проектов в университетах и корпорациях. Например, норвежская телекоммуникационная компания Telenor создала первую версию браузера в 1994 году.

 

 

Возможности Интернет

Интернет предоставляет своим пользователям услуги двух видов

 

Информационные услуги: · Доступ к информации по любой области человеческой деятельности (наука, культура, обучение, коммерция и т.д.). · Оперативная информация (сводки новостей, курсы валют, программы телепередач, расписания движения транспорта и т.д.). · Архивные данные (библиотеки, компьютерные программы, музыка, живопись и т.д.). · Размещение в сети информации о себе. · И т.д.
Коммуникационные услуги: · Обмен текстовыми сообщениями между двумя пользователями сети или группой пользователей в отсроченном режиме. · Общение в режиме реального времени. · Совместная работа над документами. · Видеоконференции. · И т.д.

 

Важнейшей частью сетевых технологий является программное обеспечение, называемое протоколами обмена данными.

Протокол - это совокупность правил, регулирующих порядок совершения процедуры. ИЛИ Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколом.

Из того, что протокол представляет собой соглашение, принятое двумя заимодействующими объектами, в данном случае двумя работающими в сети компьютерами, совсем не следует, что он обязательно является стандартным. Но на практике при реализации сетей обычно используются стандартные протоколы. Это могут быть фирменные, национальные или международные стандарты.

В начале 80-х годов ряд международных организаций по стандартизации — ISO, ITU-T и некоторые другие — разработали модель, которая сыграла значительную роль в развитии сетей. Эта модель называется моделью ISO/OSI.

Модель взаимодействия открытых систем (OpenSystemInterconnection, OSI) определяет различные уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень.

Модель OSI была разработана на основании большого опыта, полученного при создании компьютерных сетей, в основном глобальных, в 70-е годы. Полное описание этой модели занимает более 1000 страниц текста.

Рассматривают 7 типов уровней:

1.Физический уровень (Physicallayer) имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи, таким, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или цифровой территориальный канал. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию, такую как крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме того, здесь стандартизируются типы разъемов и назначение каждого контакта.

2.Канальный уровень (DataLinklayer) является проверка доступности среды передачи. Другая задача канального уровня — реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами (frames)

3.Сетевой уровень (Networklayer) служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать различные принципы передачи сообщений между конечными узлами и обладать произвольной структурой связей.

4.Транспортный уровень (Transportlayer) обеспечивает приложениям или верхним уровням стека — прикладному и сеансовому — передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется.

Транспортный уровень — обеспечение доставки информации с требуемым качеством между любыми узлами сети:

· разбивка сообщения сеансового уровня на пакеты, их нумерация;

· буферизация принимаемых пакетов;

· упорядочивание прибывающих пакетов;

· адресация прикладных процессов;

· управление потоком.

5.Сеансовый уровень (Sessionlayer) обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации.

6.Представительный уровень (Presentationlayer) имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания.

Уровень представления — согласовывает представление (синтаксис) данных при взаимодействии двух прикладных процессов:

· преобразование данных из внешнего формата во внутренний;

· шифрование и расшифровка данных.

7.Прикладной уровень (Applicationlayer) — это в действительности просто набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют совместную работу, например с помощью протокола электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением (message).

Каждая сеть может использовать и использует свои протоколы обмена данными, однако, если она хочет войти в сообщество сетей Интернет, то должна использовать единый набор протоколов передачи данных - TCP/IP. Именно благодаря использованию единого протокола сеть Интернет так успешно функционирует и бурно развивается. В названии TCP/IP отражены имена двух главных сетевых протоколов (весь набор протоколов шире):

· IP (InternetProtocol) - межсетевой протокол (протокол маршрутизации, транспортный протокол). Определяет основные правила, которым должны следовать компьютеры для обмена данными: формат пакетов (IP-дейтаграмм), формат адресов компьютеров сети, маршрут пакета, правила обработки пакетов маршрутизаторами и компьютерами сети.

· TCP (TransmissionControlProtocol) - протокол контроля передачи данных. Обеспечивает надежность передачи данных. Интернет построен так, что пакеты следуют к месту назначения различными маршрутами и прибывают в конечную точку в другом порядке, нежели отправлялись, они могут теряться и дублироваться. Протокол TCP устраняет все возникающие проблемы и обеспечивает сборку всех пакетов в единое сообщение.

Каждый компьютер подключенный к Интернет, должен быть оснащен программным обеспечением TCP/IP.