Основные проблемы построения сетей. Основные аппаратные и программные компоненты компьютерных сетей.

Сети с коммутацией каналов и сети с коммутацией пакетов.

 

Существует два фундаментальных подхода к организации ядра сети: коммутация каналов и коммутация пакетов. При коммутации каналов происходит резервирование на время сеанса связи необходимых ресурсов (буферов, диапазонов частот) на всем сетевом пути. При коммутации пакетов ресурсы запрашиваются при необходимости и выделяются по требованию.

На рис. 1.5 приведена типичная структура сети с коммутацией каналов. В этой сети четыре коммутатора соединены между собой линиями связи. Каждая из линий способна одновременно поддерживать п каналов связи. Хосты (персональные компьютеры, рабочие станции и т. п.) напрямую соединены с одним из коммутаторов. Между парами хостов устанавливается выделенное сквозное соединение (конечно, «конференционные» соединения, позволяющие общаться одновременно множеству абонентов, в подобных сетях также возможны, но мы оставим эти «экзотические» ситуации за пределами нашего рассмотрения, чтобы не усложнять общую картину). Таким образом, чтобы хост А имел возможность передавать пакеты хосту В, необходимо зарезервировать одну полосу частот на каждой из двух линий связи, соединяющих хосты А и В. Поскольку каждая линия связи способна поддерживать одновременно п каналов связи, ширина полосы канала связи составляет 1 /п часть от полосы пропускания линии связи.

На рис. 1.7 приведена структура простой сети с коммутацией пакетов. Здесь и далее пакеты представлены в виде трехмерных брусков. Ширина бруска соответствует длине пакета. В данном примере все пакеты имеют одну и ту же длину.

Предположим, что хосты А и В посылают пакеты хосту Е, при этом связь хостов А и В с первым маршрутизатором осуществляется с помощью линий связи Ethernet со скоростью 10 Мбит/с. Маршрутизатор направляет пакеты в линию связи со скоростью 1,5 Мбит/с. Если линия перегружена, пакеты ожидают ее освобождения в очереди.

При одновременной передаче пакетов хостами А и В никакой синхронизации между хостами нет и нельзя заранее предсказать порядок передачи пакетов. Эту особенность называют статистическим мультиплексированием. Статистическое мультиплексирование по сути противоположно временному разделению в технологии коммутации пакетов, когда за каждым каналом связи закреплен определенный слот в каждом временном кадре.

Теперь давайте подсчитаем время, необходимое для пересылки пакета длиной L бит между хостами при коммутации пакетов. Предположим, что число линий связи между хостами равно Q, при этом каждая линия связи обеспечивает скорость передачи R бит/с. Для простоты расчета примем, что задержки ожидания и распространения в сети отсутствуют и времени на установление соединения не требуется. Сначала происходит передача пакета по первой линии связи, время которой составляет L/R с; далее аналогичным образом пакет пересылается по Q – 1 линии связи, и общее время пересылки составляет QL/R с.

 

Эталонная модель TCP/IP.

 

Стек протоколов TCP/IP (англ. TransmissionControlProtocol/InternetProtocol — протокол управления передачей) — набор сетевых протоколов разных уровней модели сетевого взаимодействия DOD, используемых в сетях. Протоколы работают друг с другом в стеке (англ. stack, стопка) — это означает, что протокол, располагающийся на уровне выше, работает «поверх» нижнего, используя механизмы инкапсуляции. Например, протокол TCP работает поверх протокола IP.

Стек протоколов TCP/IP основан на модели сетевого взаимодействия DOD и включает в себя протоколы четырёх уровней:

· прикладного (application),

· транспортного (transport),

· сетевого (network),

· канального (datalink).

Протоколы этих уровней полностью реализуют функциональные возможности модели OSI. На стеке протоколов TCP/IP построено всё взаимодействие пользователей в IP-сетях. Стек является независимым от физической среды передачи данных.

Уровень сетевого доступа. На этом уровне выполняются те же процессы, что на двух нижних уровнях OSI.

— Физический уровень. На физическом уровне определеныэлектрические, механические, процедурные и функциональныехарактеристики активации, поддержания и отключения физическогоканала между конечными системами. Технические характеристикифизического уровня определяют такие параметры, как уровнинапряжения, синхронизация изменения напряжения, физическуюскорость передачи данных, максимальное расстояние передачи данных,физические подключения и другие аналогичные характеристики.

— Канальный уровень. На канальном уровне определяется формат
данных для передачи и методы контроля доступа к сети.

Уровень Интернета. На этом уровне обеспечивается маршрутизация данныхот источника к месту назначения. Для этого определяется формат пакета и схемаадресации, данные перемещаются с канального уровня на транспортный, пакетыданных маршрутизируются на удаленный хост, выполняется фрагментацияи восстановление пакетов данных.

Транспортный уровень. Транспортный уровень является центральнымв архитектуре TCP/IP. Он предоставляет услуги обмена данными приложениям,которые работают на хостах в сети.

Прикладной уровень. На прикладном уровне выполняются приложениядля передачи файлов, поиска и устранения неисправностей сети и работыс Интернетом. Этот уровень поддерживает прикладные программныеинтерфейсы (API), благодаря которым программы, написанные дляопределенной операционной системы, могут получать доступ к сети.

Модель OSIи стек протоколов TCP/IP были разработаны разными организациями
примерно в одно и то же время в качестве методов организации и соединения
компонентов, участвующих в передаче данных. Уровни стека протоколов TCP/IP
соответствуют уровням модели OSI.

■ Уровень сетевого доступа стека TCP/IP примерно соответствует физическомуи канальному уровням модели OSIи, в основном, отвечает за взаимодействиес сетевым оборудованием и доступ к средам передачи данных.

■ Уровень Интернета в стеке TCP/IP почти в точности соответствует сетевомууровню модели OSIи отвечает за адресацию и маршрутизацию междусетевыми устройствами.

■ Транспортный уровень TCP/IP, подобно транспортному уровню модели OSI,позволяет приложениям хоста получать доступ к сетевому уровню либо

в режиме негарантированной доставки, либо в режиме надежной доставки.

■ Прикладной уровень стека протоколов TCP/IP работает с приложениями,которые обмениваются данными с более низкими уровнями, и соответствует отдельным прикладному, сессионному уровнями и представительскомууровням в модели OSI. Дополнительные уровни модели OSIобеспечиваютдополнительную организацию функций, связанных с приложениями.

 

Служба WWW. Понятие CGI, использование CGI для организации обмена по разным прикладным протоколам, базы данных с Web-интерфейсом.

 

Служба WWW

WorldWideWeb (всемирная сеть, WWW или 3W) представляет собой информационную систему, базирующуюся на использовании гипертекста.Основу службы составляет сеть WWW-серверов, на которых размещены гипертекстовые документы, объединенные перекрестными ссылками. WWW- браузер (WWW-клиент) последовательно считывает документы с различных серверов. При этом части одного документа могут храниться на различных серверах. WWW-браузер самостоятельно анализирует гипертекстовый документ и формирует запросы на получение требуемого фрагмента с необходимого сервера. Таким образом, появляется возможность организовывать огромные хранилища структурированной информации, поиск и обновление которой осуществляется с минимальными затратами, кроме этого отсутствует необходимость в дублировании документов. Именно с началом использования службы WWW значительно упростился поиск и использование информации. Основным форматом для представления гипертекстовых документов является HTML.

CGI (от англ. CommonGatewayInterface — «общий интерфейс шлюза») — стандарт интерфейса, используемого для связи внешней программы с веб-сервером. Программу, которая работает по такому интерфейсу совместно с веб-сервером, принято называть шлюзом, хотя многие предпочитают названия «скрипт» (сценарий) или «CGI-программа».

Сам интерфейс разработан таким образом, чтобы можно было использовать любой язык программирования, который может работать со стандартными устройствами ввода/вывода. Такими возможностями обладают даже скрипты для встроенных командных интерпретаторов операционных систем, поэтому в простых случаях могут использоваться даже командные скрипты.

Все скрипты, как правило, помещают в каталог cgi (или cgi-bin) сервера, но это необязательно: скрипт может располагаться где угодно, но при этом большинство веб-серверов требуют специальной настройки. В веб-сервере Apache, например, такая настройка может производиться при помощи общего файла настроек httpd.conf или с помощью файла.htaccess в том каталоге, где содержится этот скрипт.

CGI является одним из наиболее распространённых средств создания динамических веб-страниц.Динамические страницы обычно обрабатывают и выводят информацию из базы данных. Наиболее популярные на данный момент технологии для генерации динамических страниц:PHP, JSP и JavaServlet, ASP.NET.

Рис 3-Работа Web – клиента с СУБД по принципу "Login - Logout"

Принцип поддержания постоянного соединения обычно предполагает проверку паролей пользователей и применяется в системах, где важным является разграничение прав доступа к информации. Такой принцип применяется в системах электронной почты.При таком подходе Web – сервер вынужден на протяжении всего сеанса работы с базой данных хранить информацию о подключенном пользователе.

Рис.4. Принцип работы CGI – расширения (скрипта).

Преимуществами CGI - скриптов являются их относительная независимость от платформы и высокая надежность. Под "надежностью" следует понимать безопасность работы HTTP - сервера: при ошибке в CGI - скрипте процесс скрипта будет аварийно завершен, а процесс HTTP - сервера не пострадает. Существенным недостатком CGI - скриптов является их относительно низкое быстродействие, что связано с накладными расходами на запуск процессов CGI - скрипта. Для каждого Web – клиента HTTP – сервер запускает новый процесс CGI – расширения. После отработки запроса каждый CGI – процесс завершается.

 

Обратный DNS-запрос

DNS используется в первую очередь для преобразования символьных имён в IP-адреса, но он также может выполнять обратный процесс. Для этого используются уже имеющиеся средства DNS. Дело в том, что с записью DNS могут быть сопоставлены различные данные, в том числе и какое-либо символьное имя. Существует специальный домен in-addr.arpa, записи в котором используются для преобразования IP-адресов в символьные имена. Например, для получения DNS-имени для адреса 11.22.33.44 можно запросить у DNS-сервера запись 44.33.22.11.in-addr.arpa, и тот вернёт соответствующее символьное имя. Обратный порядок записи частей IP-адреса объясняется тем, что в IP-адресах старшие биты расположены в начале, а в символьных DNS-именах старшие (находящиеся ближе к корню) части расположены в конце.

Записи DNS

Наиболее важные категории DNS записей:

· Запись A (addressrecord) или запись адреса связывает имя хоста с адресом IP. Например, запрос A-записи на имя referrals.icann.org вернет его IP адрес — 192.0.34.164

· Запись CNAME (canonicalnamerecord) или каноническая запись имени (псевдоним) используется для перенаправления на другое имя

· Запись MX (mailexchange) или почтовый обменник указывает сервер(а) обмена почтой для данного домена.

· Запись PTR (pointer) или запись указателя связывает IP хоста с его каноническим именем. Запрос в домене in-addr.arpa на IP хоста в reverse форме вернёт имя (FQDN) данного хоста (см. Обратный DNS-запрос). Например, (на момент написания), для IP адреса 192.0.34.164: запрос записи PTR 164.34.0.192.in-addr.arpa вернет его каноническое имя referrals.icann.org.

· Запись NS (nameserver) указывает на DNS-серверы для данного домена.

· Запись SOA (StartofAuthority) указывает, на каком сервере хранится эталонная информация о данном домене.

Протокол FTP.

 

FileTransferProtocol (FTP) - сетевой протокол, предназначенный для передачи файлов в компьютерных сетях. Протокол FTP позволяет подключаться к серверам FTP, просматривать содержимое каталогов и загружать файлы с сервера или на сервер, кроме того, возможен режим передачи файлов между серверами.

Функции протокола FTP

- решение задач разделения доступа к файлам на удаленных хостах

- прямое или косвенное использование ресурсов удаленных компьютеров

- обеспечение независимости клиента от файловых систем удаленных хостов

- эффективная и надежная передачи данных.

Схемаработы FTP.

Простейшая схема работы протокола FTP представлена на рисунке 7. В FTP соединение инициируется интерпретатором протокола пользователя. Управление обменом осуществляется по каналу управления в стандарте протокола TELNET. Команды FTP генерируются интерпретатором протокола пользователя и передаются на сервер. Ответы сервера отправляются пользователю также по каналу управления. В общем случае пользователь имеет возможность установить контакт с интерпретатором протокола сервера и отличными от интерпретатора протокола пользователя средствами.

Рис.7. Простейшая схема работы протокола FTP

 

Команды FTP определяют параметры канала передачи данных и самого процесса передачи. Они также определяют и характер работы с удаленной и локальной файловыми системами.

Сессия управления инициализирует канал передачи данных. При организации канала передачи данных последовательность действий другая, отличная от организации канала управления. В этом случае сервер инициирует обмен данными в соответствии с согласованными в сессии управления параметрами.

Канал данных устанавливается для того же хоста, что и канал управления, через который ведется настройка канала данных. Канал данных может быть использован как для приема, так и для передачи данных.

 

Алгоритм работы протокола FTP:

Сервер FTP использует в качестве управляющего соединение на TCP порт 21, который всегда находится в состоянии ожидания соединения со стороны пользователя FTP.

После того как устанавливается управляющее соединение модуля “Интерпретатор протокола пользователя” с модулем сервера — “Интерпретатор протокола сервера”, пользователь (клиент) может отправлять на сервер команды. FTP-команды определяют параметры соединения передачи данных: роль участников соединения (активный или пассивный), порт соединения (как для модуля “Программа передачи данных пользователя”, так и для модуля “Программа передачи данных сервера”), тип передачи, тип передаваемых данных, структуру данных и управляющие директивы, обозначающие действия, которые пользователь хочет совершить (например, сохранить, считать, добавить или удалить данные или файл и другие).

После того как согласованы все параметры канала передачи данных, один из участников соединения, который является пассивным (например, “Программа передачи данных пользователя”), становится в режим ожидания открытия соединения на заданный для передачи данных порт. После этого активный модуль (например, “Программа передачи данных сервера”) открывает соединение и начинает передачу данных.

После окончания передачи данных, соединение между “Программой передачи данных сервера” и “Программой передачи данных пользователя” закрывается, но управляющее соединение “Интерпретатора протокола сервера” и “Интерпретатора протокола пользователя” остается открытым. Пользователь, не закрывая сессии FTP, может еще раз открыть канал передачи данных.

Основу передачи данных FTP составляет механизм установления соединения между соответствующими портами и выбора параметров передачи. Каждый участник FTP-соединения должен поддерживать порт передачи данных по умолчанию. По умолчанию “Программа передачи данных пользователя” использует тот же порт, что и для передачи команд (обозначим его “U”), а “Программа передачи данных сервера” использует порт L-1, где “L”- управляющий порт. Однако, участниками соединения используются порты передачи данных, выбранные для них “Интерпретатором протокола пользователя”, поскольку из управляющих процессов участвующих в соединении, только “Интерпретатор протокола пользователя” может изменить порты передачи данных как у “Программы передачи данных пользователя”, так и у “Программы передачи данных сервера”.

Пассивная сторона соединения должна до того, как будет подана команда “начать передачу”, “слушать” свой порт передачи данных. Активная сторона, подающая команду к началу передачи данных, определяет направление перемещения данных.

После того как соединение установлено, между “Программой передачи данных сервера” и “Программой передачи данных пользователя” начинается передача. Одновременно по каналу “Интерпретатор протокола сервера” — “Интерпретатор протокола пользователя” передаются уведомления о получении данных. Протокол FTP требует, чтобы управляющее соединение было открыто, пока по каналу обмена данными идет передача. Сессия FTP считается закрытой только после закрытия управляющего соединения.

Как правило, сервер FTP ответственен за открытие и закрытие канала передачи данных. Сервер FTP должен самостоятельно закрыть канал передачи данных в следующих случаях:

Сервер закончил передачу данных в формате, который требует закрытия соединения.

· Сервер получил от пользователя команду “прервать соединение”.

· Пользователь изменил параметры порта передачи данных.

· Было закрыто управляющее соединение.

· Возникли ошибки, при которых невозможно возобновить передачу данных.

 

Протокол SMTP.

 

SMTP (англ. SimpleMailTransferProtocol — простой протокол передачи почты) — это сетевой протокол, предназначенный для передачи электронной почты в сетях TCP/IP.

SMTP используется для отправки почты от пользователей к серверам и между серверами для дальнейшей пересылки к получателю. Для приёма почты почтовый клиент должен использовать протоколы POP3 или IMAP.

Данные передаются при помощи TCP, при этом обычно используется порт 25 или 587. При передаче сообщений между серверами обычно используется порт 25.

Чтобы доставить сообщение до адресата, необходимо переслать его почтовому серверу домена, в котором находится адресат. Для этого обычно используется запись типа MX (англ. MaileXchange — обмен почтой) системы DNS. Если MX запись отсутствует, то для тех же целей может быть использована запись типа A. Некоторые современные реализации SMTP-серверов для определения сервера, обслуживающего почту в домене адресата, также могут задействовать SRV-запись.

Сервер SMTP — это конечный автомат с внутренним состоянием. Клиент передает на сервер строку команда<пробел>параметры<перевод строки>. Сервер отвечает на каждую команду строкой, содержащей код ответа и текстовое сообщение, отделенное пробелом. Код ответа — число от 100 до 999, представленное в виде строки, трактующийся следующим образом:

· 2ХХ — команда успешно выполнена

· 3XX — ожидаются дополнительные данные от клиента

· 4ХХ — временная ошибка, клиент должен произвести следующую попытку через некоторое время

· 5ХХ — неустранимая ошибка

Текстовая часть ответа носит справочный характер и предназначен для человека, а не программы.

Изначально SMTP не поддерживал единой схемы авторизации. В результате этого спам стал практически неразрешимой проблемой, так как было невозможно определить, кто на самом деле является отправителем сообщения — фактически можно отправить письмо от имени любого человека. В настоящее время производятся попытки решить эту проблему при помощи спецификаций SPF, Sender ID, YahooDomainKeys. Единой спецификации на настоящий момент не существует.

 

Протокол доставки POP3.

 

POP3 (англ. PostOfficeProtocolVersion 3) — это сетевой протокол, используемый для получения сообщений электронной почты с сервера. Обычно используется в паре с протоколом SMTP.

Рис. 10. Схема «Клиент-сервер по протоколу POP3»

Описание протокола РОРЗ

Рассмотрим представленную на Рис. 10. схему «Клиент-сервер по протоколу POP3». Конструкция протокола РОРЗ обеспечивает возможность пользователю обратиться к своему почтовому серверу и изъять накопившуюся для него почту. Пользователь может получить доступ к РОР-серверу из любой точки доступа к Интернет. При этом он должен запустить специальный почтовый агент (UA), работающий по протоколу РОРЗ, и настроить его для работы со своим почтовым сервером. Итак, во главе модели POP находится отдельный персональный компьютер, работающий исключительно в качестве клиента почтовой системы (сервера). Подчеркнем также, что сообщения доставляются клиенту по протоколу POP, а посылаются по-прежнему при помощи SMTP. То есть на компьютере пользователя существуют два отдельных агента-интерфейса к почтовой системе - доставки (POP) и отправки (SMTP). Разработчики протокола РОРЗ называет такую ситуацию "раздельные агенты" (split UA). Концепция раздельных агентов кратко обсуждается в спецификации РОРЗ.

В протоколе РОРЗ оговорены три стадии процесса получения почты: авторизация, транзакция и обновление. После того как сервер и клиент РОРЗ установили соединение, начинается стадия авторизации. На стадии авторизации клиент идентифицирует себя для сервера. Если авторизация прошла успешно, сервер открывает почтовый ящик клиента и начинается стадия транзакции. В ней клиент либо запрашивает у сервера информацию (например, список почтовых сообщений), либо просит его совершить определенное действие (например, выдать почтовое сообщение). Наконец, на стадии обновления сеанс связи заканчивается. Далее перечислены команды протокола РОРЗ, обязательные для работающей в Интернет реализации минимальной конфигурации.

Команды протокола POP версии 3 (для минимальной конфигурации )

USER Идентифицирует пользователя с указанным именем

PASS Указывает пароль для пары клиент-сервер

QUIT Закрывает TCP-соединение

STAT Сервер возвращает количество сообщений в почтовом ящике плюс размер почтового ящика

LIST Сервер возвращает идентификаторы сообщений вместе с размерами сообщений (параметром команды может быть идентификатор сообщения)

RETR Извлекает сообщение из почтового ящика (требуется указывать аргумент-идентификатор сообщения)

DELE Отмечает сообщение для удаления (требуется указывать аргумент - идентификатор сообщения)

NOOP Сервер возвращает положительный ответ, но не совершает никаких действий

LAST Сервер возвращает наибольший номер сообщения из тех, к которым ранее уже обращались

RSET Отменяет удаление сообщения, отмеченного ранее командой DELE

В протоколе РОРЗ определено несколько команд, но на них дается только два ответа: +ОК (позитивный, аналогичен сообщению-подтверждению АСK) и -ERR (негативный, аналогичен сообщению "не подтверждено" NAK). Оба ответа подтверждают, что обращение к серверу произошло и что он вообще отвечает на команды. Как правило, за каждым ответом следует его содержательное словесное описание. В RFC 1225 есть образцы нескольких типичных сеансов РОРЗ. Сейчас мы рассмотрим несколько из них, что даст возможность уловить последовательность команд в обмене между сервером и клиентом.

Авторизация пользователя

После того как программа установила TCP-соединение с портом протокола РОРЗ (официальный номер 110), необходимо послать команду USER с именем пользователя в качестве параметра. Если ответ сервера будет +ОК, нужно послать команду PASS с паролем этого пользователя:

CLIENT: USER kcope ERVER: +ОК CLIENT: PASS secret SERVER: +ОКkcope'smaildrop has 2 messages (320 octets) (Впочтовомящикеkcopeесть 2 сообщения (320 байтов)...)

Транзакции РОРЗ

После того как стадия авторизации окончена, обмен переходит на стадию транзакции. В следующих примерах демонстрируется возможный обмен сообщениями на этой стадии.

Команда STAT возвращает количество сообщений и количество байтов в сообщениях:

CLIENT: STAT

SERVER: +ОК 2 320

Команда LIST (без параметра) возвращает список сообщений в почтовом ящике и их размеры:

CLIENT: LIST

SERVER: +ОК 2 messages (320 octets)

SERVER: 1 120

SERVER: 2 200

SERVER:....

Команда NOOP не возвращает никакой полезной информации, за исключением позитивного ответа сервера. Однако позитивный ответ означает, что сервер находится в соединении с клиентом и ждет запросов:

CLIENT: NOOP

SERVER: +ОК

Следующие примеры показывают, как сервер POP3 выполняет действия. Например, команда RETR извлекает сообщение с указанным номером и помещает его в буфер местного UA:

CLIENT: RETR 1 SERVER: +OK 120 octets SERVER: <the POPS server sends the entire message here> (РОРЗ-сервервысылаетсообщениецеликом) SERVER:......

Команда DELE отмечает сообщение, которое нужно удалить:

CLIENT: DELE 1

SERVER: +OK message 1 deleted... (сообщение 1 удалено) CLIENT: DELE 2 SERVER: -ERRmessage 2 alreadydeletedсообщение 2 ужеудалено)

Команда RSET снимает метки удаления со всех отмеченных ранее сообщений:

CLIENT: RSET

SERVER: +OK maildrop has 2 messages (320 octets)

(в почтовом ящике 2 сообщения (320 байтов))

Как и следовало ожидать, команда QUIT закрывает соединение с сервером:

CLIENT: QUIT SERVER: +OK dewey POP3 server signing off CLIENT: QUIT SERVER: +OK dewey POP3 server signing off (maildrop empty) CLIENT: QUIT SERVER: +OK dewey POP3 server signing off (2 messages left)

Обратите внимание на то, что отмеченные для удаления сообщения на самом деле не удаляются до тех пор, пока не выдана команда QUIT и не началась стадия обновления. В любой момент в течение сеанса клиент имеет возможность выдать команду RSET, и все отмеченные для удаления сообщения будут восстановлены.

 

Протоколы передачи данных (протокол PPP, протокол HDLC)

 

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.

High-LevelDataLinkControl (HDLC) — бит-ориентированный протокол канального уровня сетевой модели OSI, разработанный ISO.

HDLC может быть использован в соединениях с множественным доступом, но в настоящее время в основном используется в соединениях точка-точка с использованием асинхронного сбалансированного режима (ABM).

Типы станций

Первичная (ведущая) станция (Primaryterminal) ответственна за управление каналом и восстановление его работоспособности. Она производит кадры команд. В соединениях точка-многоточка поддерживает отдельные связи с каждой из вторичных станций.

Вторичная (ведомая) станция (Secondaryterminal) работает под контролем ведущей, отвечая на её команды. Поддерживает только 1 сеанс связи.

Комбинированная станция (Combinedterminal) сочетает в себе функции как ведущей, так и ведомой станций. Производит и команды и ответы. Только соединения точка-точка.

Каждая из станций в каждый момент времени находится в одном из 3 логических состояний:

1. Состояние логического разъединения (LDS — LogicalDisconnectState)

Если вторичная станция находится в режиме нормального разъединения (NDM), то она может принимать кадры только после получения явного разрешения от первичной. Если же в асинхронном режиме разъединения (ADM), то вторичная станция может самовольно инициировать передачу.

2. Состояние инициализации (IS — InitializationState)

Используется для передачи управления на удалённую комбинированную станцию и для обмена параметрами между удалёнными станциями.

3. Состояниепередачиинформации (ITS — Information Transfer State)

Всем станциям разрешено вести передачу и принимать информацию. Станции могут находиться в режимах NRM, ARM, ABM.

HDLC поддерживает три режима логического соединения, отличающиеся ролями взаимодействующих устройств:

Режим нормального ответа (NormalResponseMode, NRM) требует инициации передачи в виде явного разрешения на передачу от первичной станции. После использования канала вторичной станцией (ответа на команду первичной), для продолжения передачи она обязана ждать другого разрешения. Для выбора права на передачу первичная станция проводит круговой опрос вторичных. Используется в основном в соединениях точка-многоточка.

Режим асинхронного ответа (AsynchronousResponseMode, ARM) даёт возможность вторичной станции самой инициировать передачу. В основном используется в соединениях типа кольцо и многоточечных с неизменной цепочкой опроса, так как в этих соединениях одна вторичная станция может получить разрешение на передачу от другой вторичной и в ответ начать передачу. То есть разрешение на передачу передаётся по типу маркера (token). За первичной станцией сохраняются обязанности по инициализации линии, определению ошибок передачи и логическому разъединению. Позволяет уменьшить накладные расходы, связанные с началом передачи.

Асинхронный сбалансированный режим (AsynchronousBalancedMode, ABM) используется комбинированными станциями. Передача может быть инициирована с любой стороны, может происходить в полном дуплексе. В режиме ABM оба устройства равноправны и обмениваются кадрами, которые делятся на кадры-команды и кадры-ответы.

Для обеспечения совместимости между станциями, которые могут менять свой статус(тип), в протоколе HDLC предусмотрены 3 конфигурации канала:

Несбалансированная конфигурация (UN — UnbalancedNormal) обеспечивает работу 1 первичной и одной или нескольких вторичных станций в (симплексном)полудуплексном и полнодуплексном режимах, с коммутируемым или некоммутируемым каналом.

Симметричная конфигурация (UA — UnbalancedAsynchronous) обеспечивает взаимодействие двух двухточечных несбалансированных станций. Используется 1 канал передачи, в который мультиплексируются и команды и ответы. В данное время не используется.

Сбалансированная конфигурация (BA — BalancedAsynchronous) состоит из 2 комбинированных станций. Передача в(симплексном) полудуплексном и полнодуплексном режимах, с коммутируемым или некоммутируемым каналом. Каждая станция несёт одинаковую ответственность за управление каналом.

PPP (англ. Point-to-PointProtocol) — двухточечный протокол канального уровня (DataLink) сетевой модели OSI. Обычно используется для установления прямой связи между двумя узлами сети, причем он может обеспечить аутентификацию соединения, шифрование и сжатие данных. Используется на многих типах физических сетей: нуль-модемный кабель, телефонная линия, сотовая связь и т. д.

Часто встречаются подвиды протокола PPP такие, как Point-to-PointProtocoloverEthernet (PPPoE), используемый для подключения по Ethernet, и иногда через DSL; и Point-to-PointProtocolover ATM (PPPoA), который используется для подключения по ATM AdaptationLayer 5 (AAL5), который является основной альтернативой PPPoE для DSL.PPP представляет собой целое семейство протоколов: протокол управления линией связи (LCP), протокол управления сетью (NCP), протоколы аутентификации (PAP, CHAP), многоканальный протокол PPP (MLPPP).

LinkControlProtocol (LCP) обеспечивает автоматическую настройку интерфейсов на каждом конце (например, установка размера пакетов) и опционально проводит аутентификацию. Протокол LCP работает поверх PPP, то есть начальная PPP связь должна быть до работы LCP.

PPP позволяет работать нескольким протоколам сетевого уровня на одном канале связи. Другими словами, внутри одного PPP-соединения могут передаваться потоки данных различных сетевых протоколов (IP, Novell IPX и т. д.), а также данные протоколов канального уровня локальной сети. Для каждого сетевого протокола используется NetworkControlProtocol (NCP) который его конфигурирует (согласовывает некоторые параметры протокола).

Так как в PPP входит LCP протокол, то можно управлять следующими LCP параметрами:

1. Аутентификация. RFC 1994 описывает ChallengeHandshakeAuthenticationProtocol (CHAP), который является предпочтительным для проведения аутентификации в PPP, хотя PasswordAuthenticationProtocol (PAP) иногда еще используется. Другим вариантом для аутентификации является ExtensibleAuthenticationProtocol (EAP).

2. Сжатие. Эффективно увеличивает пропускную способность PPP соединения, за счет сжатия данных в кадре. Наиболее известными алгоритмами сжатия PPP кадров являются Stacker и Predictor.

3. Обнаружение ошибок. Включает Quality-Protocol и помогает выявить петли обратной связи посредством MagicNumbers RFC 1661.

4. Многоканальность. Multilink PPP (MLPPP, MPPP, MLP) предоставляет методы для распространения трафика через несколько физических каналов, имея одно логическое соединение. Этот вариант позволяет расширить пропускную способность и обеспечивает балансировку нагрузки.

 

Основные проблемы построения сетей. Основные аппаратные и программные компоненты компьютерных сетей.

 

Выделяют три основных группы проблем построения вычислительных сетей.

1. Первая группа проблем связана с эффективностью взаимодействия отдельных частей распределённой системы. Включает в себя следующие проблемы:

1.1. Проблема реализации сетевых ОС (Windows 9x, NT, …) и сетевых приложений, обеспечивающих распределённую обработку данных.

1.2. Проблема транспортировки сообщений между компьютерами (данные могут при транспортировке не пройти, исказиться и т. п.).

1.3. Проблема безопасности и защиты информации от несанкционированного доступа.

2. Вторая группа проблем – проблемы физической передачи данных. Также включает в себя три основные проблемы:

2.1. Проблема выбора способа кодирования.

Данные в компьютере представляются в виде двоичных кодов (последовательностей нулей и единиц). Кодирование – это представление данных в виде электрических или оптических сигналов. Существуют различные способы кодирования данных:

а) Потенциальное кодирование (единице соответствует один уровень напряжения, а нулю – другой и вычисляется разность потенциалов)

1 0 1 0 1 0 0

 

б) Импульсное кодирование (для представления двоичных цифр используются импульсы различной полярности в зависимости от изменения напряжения)

 

 

в) Модуляция – специфический способ представления данных. При модуляции дискретная информация представляется синусоидальным сигналом той частоты, которую хорошо передаёт имеющаяся линия связи. Это аналоговый способ кодирования. Цифровое кодирование применяется на каналах высокого качества, а аналоговое – в том случае, когда канал вносит сильные искажения в передаваемые сигналы.

2.2. Проблема синхронизации передатчика одного компьютера с приёмником другого. Эта проблема может решаться двумя способами:

а) с помощью обмена тактовыми синхроимпульсами по отдельной линии (тактовые синхроимпульсы – это импульсы, идущие в одно и то же время на разных компьютерах);

б) с помощью периодической синхронизации заранее обусловленными кодами или импульсами определённой формы.

2.3. Проблема искажения данных. Решение: вычисление контрольной суммы и передача её по линиям связи после каждого байта или после некоторого блока байтов.

3. Третья группа проблем – это проблемы объединения нескольких компьютеров. Включает в себя две основные проблемы:

3.1. Проблема выбора топологии сети. Объединяя в сеть несколько компьютеров, необходимо решить, каким образом соединить их друг с другом, т. е. выбрать топологию.