Сетевые связи. Основы связи. Элементы коммуникации. Сообщение связи. Сетевые компоненты: устройства, медиа, сервисы

Тип работы: Материал
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 38 страниц
В избранное:

Лекция №1
Введение. Сетевые связи. Основы связи. Элементы коммуникации. Сообщение связи. Сетевые компоненты: устройства, медиа, сервисы.
Компьютерная сеть -- это совокупность компьютеров, которые могут обмениваться между собой информацией.
Компоненты компьютерной сети:
компьютер;
линии связи (коммуникационное оборудование) -- техника, которая реализует возможность обмена информацией (провода, устройства, иногда -- компьютер, выполняющий функцию коммуникационного оборудования);
операционная система, в особенности, модули ОС, реализующие сетевое взаимодействие;
распределенные приложения -- программы, которые работают одновременно на разных компьютерах, например, WWW.
Сервер -- компьютер или программа, предоставляющая некоторые услуги.
Выделенный сервер -- это компьютер, служащий только для обслуживания клиентских машин. Доступ к нему обычно получают администраторы системы для выполнения задач управления, мониторинга и поддержки работоспособности. Часто они выполняют только какую-то одну задачу.
Клиент -- это компьютер или программа, запрашивающая услуги.
Клиенты бывают толстыми, тонкими и сверхтонкими.
Сетевые связи. Основы связи. Электрическая связь (телекоммуникация) - передача или прием знаков, сигналов, голосовой информации, письменного текста, изображений, звуков по проводной, радио, оптической и другим электромагнитным системам. (Закон Республики Казахстан о связи)
Электросвязь (Telecommunication) -- это любое излучение, передача иили прием электрических сигналов, которые представляют знаки, голосовую информацию, письменный текст, изображения, звуки или сообщения любого рода по радиосистеме, проводной, оптической и другим электромагнитным системам". (Рекомендация ITU-T G.701).
Таким образом, электросвязь это - телекоммуникация.
Информация - сведения о каких-либо процессах, событиях, фактах или предметах.
Сообщение - форма выражения (представления) информации, удобная для передачи.
Сигнал - физический процесс, отображающий передаваемое сообщение. Отображение сообщения обеспечивается изменением какой-либо физической величины, характеризующей процесс. Эта величина является информационным параметром сигнала.
Телекоммуникационные системы.
Определение телекоммуникационной системы:

Рисунок 17.1 - Типичная телекоммуникационная система

Система электросвязи - совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающая передачу сообщений.
Канал связи - совокупность технических средств (преобразователей) и среды распространения, обеспечивающих передачу сигнала на расстояние, рисунок 17.2.

Рисунок 17.2 - Канал связи

Канал связи является - одноканальной телекоммуникационной системой.
Многоканальная телекоммуникационная система обеспечивает передачу многих сообщений по одной линии связи, рисунок 17.3.

Рисунок 17.3 - Многоканальная телекоммуникационная система

Преобразование сигналов в ТКС осуществляется в преобразователе сигналов, структура преобразователя сигналов приведена на рисунке 17.4.

Рисунок 17.4 - Преобразователь сигналов

Передающий преобразователь сигнала включает кодер источника, кодер канала и модулятор.
Приемный преобразователь сигнала включает декодер источника, декодер канала и демодулятор.
Кодер источника осуществляет сжатие информации.
Декодер источника выполняет восстановление информации из сжатого сигнала.
Кодирование источника позволяет устранить избыточность, имеющуюся в исходном сообщении.
Кодер канала вводит дополнительную избыточность с целью повышения помехоустойчивости
Декодер канала выполняет удаление избыточности из полученного сигнала и его исправление в случае необходимости
Кодирование канала позволяет повысить помехоустойчивость передаваемых сообщений.
Модулятор изменяет спектр сигнала с целью его передачи по конкретной линии связи
Демодулятор осуществляет перенос спектра принятого сигнала в первичную полосу. Модуляция позволяет решать несколько задач:
-повышение помехоустойчивости;
-уплотнение линий связи (создание нескольких каналов связи на одной линии связи)
-повышение скорости передачи сигналов
Для модуляции используются различные методы:
-аналоговые (амплитудная, частотная, фазовая);
-цифровые (различные методы манипуляции, многопозиционные методы модуляции - КАМ, ОФМ и т.д.);
Принцип формирования ИКМ сигналов.
В основу принципа формирования ИКМ сигналов используется теорема Котельникова (Шеннона): любой аналоговый (непрерывный), сигнал может быть дискретизирован, и восстановлен на противоположном конце, если частота дискретизации будет в два раза превышать верхнею частоту этого сигнала.
Дискретизированные импульсы соответствуют амплитуде мгновенных значений этого сигнала. Эти преобразования называются импульсно-амплитудной модуляцией. Мгновенные значения сигнала содержатся на огибающей АИМ сигнала. Между выборками, передающим в каждом периоде один раз, свободные временные позиции занимаются для передачи выборок других каналов. Таким образом, дискреты передаются один за другим циклически в виде временно уплотнённых АИМ сигналов.
Применение импульсно-кодовой модуляции обеспечивает высокую помехозащищённость передаваемой информации. В процессе ИКМ каждому дискретному значению сигнала присваивается определённое кодовое слово.
При амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) по закону модулирующего сигнала изменяется амплитуда импульсов, а длительность и частота следования остаются постоянными. Преобразование сигналов из аналоговой в цифровую форму существенно увеличивает их помехозащищённость при передаче, так как приёмник должен регистрировать два состояния передаваемого сигнала, или его наличие (приём единицы), или его отсутствие (приём нуля).
Квантование.
Любая техника обработки сообщений и систем передачи имеет конечную разрешающую способность, поэтому нет никакой необходимости передавать всё бесконечное множество амплитудных значений непрерывных сигналов, его можно ограничить конечным множеством. Эти разрешённые для передачи амплитудные значения сигналов называются уровнями квантования, выбор их количества определяет качество передачи электрических сигналов. Полученный при дискретизации АИМ сигнал подвергается квантованию по уровню. Разность между двумя соседними разрешенными для передачи уровнями называется шагом квантования.
Разность между истинным значением отсчёта сигнала и его квантованным значением называется ошибкой или шумом квантования.
Кодирование.
Квантование и кодирование представляют собой единый непрерывный процесс. При нелинейном кодировании для обеспечения помехозащищённости требуется 128 положительных и 128 отрицательных уровней, а кодовая группа восьми разрядная.
Кодирование осуществляется в симметричном коде, при котором шкала кодирования имеет от 0 до 128 положительных уровней и столько же отрицательных. Первый разряд восьмиразрядной кодовой комбинации определяет полярность амплитуды кодируемого сигнала; 2,3,4 разряды определяют вершину сегмента, в области которого расположен сигнал; 5,6,7,8 разряды определяют уровни в сегменте.
Сеть связи (или телекоммуникационная сеть) -- это технологическая система, которая состоит из линий и каналов связи, узлов, оконечных станций и предназначена для обеспечения пользователей электрической связью с помощью абонентских терминалов, подключаемых к оконечным станциям.
Инфокоммуникационная сеть (ранее применялись также термины "информационная сеть", "компьютерная сеть" и др.) -- это технологическая система, которая включает в себя, кроме сети связи, средства хранения, обработки и поиска информации и предназначена для обеспечения пользователей электрической связью и доступом к необходимой им информации.
Архитектура сети -- совокупность физических, логических и структурных элементов сети, связей между ними и правил их взаимодействия. Архитектура отображается иерархическим многоуровневым описанием сети в виде моделей, каждая из которых выделяет существенные элементы своего уровня абстрагирования.
Иерархичность -- расположение частей и элементов целого в порядке от высшего к низшему. Используя иерархичность сеть можно расчленять на отдельные подсети (сегменты) низшего порядка. Сеть можно рассматривать как подсеть, т.е. как подсистему или элемент системы более высокого порядка и как самостоятельную систему, включающую подсистемы (сегменты) более низкого порядка. Сеть состоит из совокупности пунктов (узлов) и соединяющих их линий. Взаимное расположение пунктов и линий характеризует связность сети и ее способность обеспечить обмен между пунктами
Топология сети
Физическая топология отражает размещение пунктов сети и и соединяющих их линий в пространстве.
Логическая топология дает представление о путях, по которым может быть организовано взаимодействие между источниками и потребителями.
Выбор топологии сети является первой задачей, решаемой при ее построении и определяется требованиями надежности и экономичности связи.
Точка - точка (Point-to-Point) -- соединение между парой телекоммуникационных устройств.
Радиальная (звезда) -- используется при ограниченном числе абонентских пунктов, расположенных на небольшой территории;
Полносвязная (Каждый с каждым) - Высокая надежность, отличается оперативностью и высоким качеством передачи сообщений. На практике применяется при небольшом числе узлов.
Радиально-узловая - Такую структуру имели городские телефонные сети, если емкость сети не превышала 80...90 тысяч абонентов.
Кольцо - характеризует сеть, в которой к каждому пункту присоединены только две линии.
Кольцевая топология широко используется в ЛВС, в транспортных сетях, а также в сетях абонентского доступа, организуемых с использованием оптических кабелей.
Двойное кольцо - характеризует сеть, в которой к каждому пункту присоединены только две пары линий.
Двойное кольцо образуется парами физических соединений между смежными пунктами, причем информационный поток направляется в двух противоположных направлениях, одно из которых используется как основное, а второе - как резервное.
Положительные стороны топологии Двойное кольцо - высокая надежность. При повреждении тракта передачи на последнем узле происходит переключение информационного потока на резервный тракт, который обеспечивает передачу информации в обратном направлении.
Основу теории и техники электросвязи составляет передача на расстояние различного рода сообщений (информации).
Под информацией понимают совокупность сведений о каких-либо предметах, событиях, процессах чьей-либо деятельности и т.д. Форма представления информации называется сообщением. Это может быть речь или музыка, рукописный или машинописный текст, чертежи, рисунки, телевизионное изображение.
Для передачи по каналам связи каждое сообщение преобразуется в электрический сигнал.
Сигнал - физический процесс, отображающий передаваемое сообщение (физический носитель сообщения). Физическая величина изменением, которой обеспечивается отображение сообщений, называется информационным или представляющим параметром сигнала.
Перенос сообщений из одной точки пространства в другую осуществляет система электросвязи. Система электросвязи (телекоммуникационная система) - комплекс технических средств, обеспечивающий передачу сообщений от источника к получателю на расстояние (рисунок 1.1).
Система электросвязи в целом решает две задачи:
1) доставка сообщений - функции системы электросвязи;
2) формирование и распознавание сообщений - функции оконечного оборудования.
Трактом передачи называют совокупность приборов и линий, обеспечивающих передачу сообщений между пользователями.
Канал передачи (связи) - часть тракта передачи между двумя любыми точками. В канал передачи не входят оконечные устройства.

Рисунок 1.1 - Структурная схема системы электросвязи (телекоммуникационной системы)
Принцип передачи сигналов электросвязи показан на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Принцип передачи сигналов электросвязи

На входе и на выходе тракта передачи сообщений включаются оконечные устройства, обеспечивающие преобразование сообщений в электрические сигналы и обратное преобразование. Данные устройства называются первичными преобразователями и сформированные ими сигналы также называются первичными. Например, при передаче речи первичным преобразователем является микрофон, при передаче изображения - электронно-лучевая трубка, при передаче телеграммы - передающая часть телеграфного аппарата.
Источник сообщения формирует сообщение a(t), которое преобразуется в электрический сигнал s(t). В системе электросвязи происходят вторичные преобразования сигналов и они транспортируются в форме, отличной от первоначальной.
Сеть электросвязи (телекоммуникационная сеть) - совокупность линий (каналов) связи коммутационных станций, оконечных устройств, на определенной территории, обеспечивающая передачу и распределение сообщений (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Обобщенная структурная схема сети электросвязи (телекоммуникационной сети)
На входе и на выходе сети связи включаются оконечные устройства, обеспечивающие преобразование сообщений в электрические сигналы и обратное преобразование. Оконечные устройства соединяются с коммутационной станцией абонентскими линиями. Коммутационные станции между собой связаны соединительными линиями. Коммутационные станции осуществляют соединение входящих линий с исходящими линиями по соответствующему адресу.
В общем виде, сообщение, передаваемое от источника к получателю состоит из двух частей: адресной и информационной. По содержимому адресной части коммутационная станция определяет направление связи и осуществляет выбор конкретного получателя сообщения. Информационная часть содержит само сообщение.
Совокупность процедур и процессов, в результате выполнения которых обеспечивается передача сообщений, называется сеансом связи, а набор правил в соответствии, с которыми организуется сеанс связи, называется протоколом.
Компоненты сети
End Devices - Конечные устройства
Первым рассмотренным устройством будет конечное устройство или End Device. Именно эти конечные устройства обмениваются информацией между собой. Иногда информацию с конечного устройства запрашивает пользователь, а иногда такие устройства сами обмениваются данными без вмешательства пользователя. Так что же это за устройства?
Компонент сети End Devices или конечные устройства (их также называют хостами или узлами), это обычные компьютеры, ноутбуки, мобильные телефоны, всевозможные смартфоны и коммуникаторы, планшеты, сервера, и даже компьютеризированные холодильники. Другими словами, конечные устройства - это те устройства, которые инициализируют процесс передачи данных, то есть именно они начинают передавать или запрашивать данные у други х конечных устройств.
Примером служат все перечисленные выше устройства: на компьютере мы можем начать передачу файла на сервер, или наоборот, скачивать данные с сайта (сервера); в дороге нас сопровождает ноутбук, с помощью которого мы пересылаем почту нашим друзьям и коллегам по работе (загружаем письма на почтовые сервера); с помощью мобильного телефона звоним домой или договариваемся о встрече (по сути, когда мы нажимаем на кнопку Вызов или Позвонить, мы инициализируем звонок, начинаем передачу цифровых данных на сервер сотового оператора); смартфоны всячески помогают нам в общении (мессенджеры, видео) с друзьями и обмене фотками, загружают свежие прогнозы погоды; на планшет мы с сервера (магазина) загружаем игры и приложения, но перед загрузкой мы отправляем запрос серверу, чтобы он начал передавать нам файлы; сервера всегда передают нам те данные, которые мы запросили, будь то новые письма, погода, файлы и т.д.; холодильники думаю, сумеют сами заказать овощей в интернет-магазине. Кстати, читать эту статью и вообще серфить в интернете, это тоже процесс передачи запросов на сервер и приема ответов в виде веб-страниц.
Network Media (medium) - Сетевые среды.
Если поставить 2 компьютера рядом друг с другом, то конечно же они не смогут обмениваться данными между собой. Их требуется чем-то соединить. Вот для этого к нам на помощь и приходит media.
Компонент сети Media - это среды передачи данных, то есть в том, или по чему передаются данные. Network Media - это металлические провода (медная витая пара, телефонный кабель), стекло (стекловолокно), или даже воздух (Bluetooth, Wi-Fi, 3G, LTE). Под воздухом следует понимать среды передачи данных без участия проводов, то есть беспроводные.
Вот теперь мы можем поставить два компьютера относительно рядом и соединить их либо проводом (например, медной витой парой или стекловолокном), либо с помощью беспроводной связи.

Следует оговориться, что для соединения кабелем (витой парой, стекловолокном или другими кабелями) или беспроводной связью (IR, Bluetooth, Wi-Fi) требуется специальный сетевой адаптер или модем ССЫЛКА ССЫЛКА ССЫЛКА ССЫЛКА ССЫЛКА. Теоретически, модем можно отнести к другим устройствам, не конечным, но пока мы можем считать их частью конечных устройств (например, в недалеком прошлом, модем в ноутбуке (или домашнем компьютере) являлся частью материнской платы, которая в свою очередь является одной из самых важных частей в конечном устройстве).
В предыдущем абзаце я упомянул о каких-то других устройствах, отличных от конечных, пора рассказать и об этих важных сетевых устройствах.
Intermediary Devices - Промежуточные устройства
Соединив два компьютера между собой посредством провода, у нас не остается места для третьего. Конечно, для третьего и даже четвертого компьютеров можно добавить дополнительные сетевые карты (сетевые адаптеры) в каждый компьютер, но это не решит вопрос о надежном подключении ста компьютеров сеть, или даже тысячи компьютеров.
Вот тут-то мы начинаем задумываться о различных топологиях сети, но на данный момент лучше гибридной топологии ничего не придумали. В каждой гибридной топологии есть элемент от топологии звезды - некоторое связующее устройство или промежуточное устройство.
Компонент сети Intermediary Devices или Промежуточные устройства, это такие устройства, которые объединяют конечные устройства в локальные (или глобальные) сети передачи данных.
К промежуточным устройствам относятся: хабы (hubs), свитчи (switches, коммутаторы), роутеры (routers, маршрутизаторы), модемы (modems), беспроводные точки доступа (Wireless Access Point) и файерволы (firewalls, брендмауеры).
Главное отличие у промежуточных устройств от конечных устройств заключается в том, что оно (промежуточное устройство) не инициализирует передачу данных, то есть не начинает первым отправку сообщений другим устройствам.
Еще одна оговорка: хоть маршрутизаторы обмениваются информацией (таблицами маршрутизации) между собой, цель этого процесса - поддержание актуальных сведений для обработки пакетов от конечных устройств, то есть они служат конечным устройствам.
А теперь про модемы, они присутствуют как в конечных устройствах (причем, как часть конечных устройств), так и отдельно. Я считаю, что обычные модемы (или карты расширения беспроводной связи) в ноутбуках, это часть конечного устройства, и поэтому относится к конечным устройствам. А внешние модемы, которые используются для преобразования оптоволоконной среды в пригодную для маршрутизатора, являются отдельными промежуточными устройствами.
Итак, улучшим нашу сеточку. Объединим все наши компьютеры (допустим 10 штук) в локальную сеть, соединив их все с одним коммутатором. Готово, сеть построена.

Допустим, у нас есть две такие сети, из коммутатора и десяти компьютеров, соединим коммутаторы с маршрутизатором, и вот у нас уже 2 отдельные сети объединены в одну большую.

На этом этапе физическая часть компонентов сети заканчивается и начинается программная часть.
Services and Processes - Сервисы (сетевые услуги) и процессы
Наряду с физическими устройствами важными компонентами компьютерной сети являются программные средства, сервисы и программные процессы.
Services and Processes или Сервисы и Процессы, это специальные сетевые программы, работающие на сетевых устройствах.
Сервисы. Ниже перечислю примеры популярных сервисов.
Когда мы заходим на веб-сайт, мы (точнее, наш браузер) сначала отправляем запрос на веб-сервер, где хранятся файлы запрашиваемого сайта, и уже специальный сервис (программный HTTP-сервер) обрабатывает запрос и отправляет к нам назад файл веб-страницы, которую (веб-страницу) мы и видим в браузере.
Еще популярный пример, это e-mail или электронная почта. Даже для того, чтобы проверить почту, наш почтовый клиент отправляет запрос к сервису MAIL-серверу, а он уже отвечает на запрос сообщением об имеющихся новых письмах.
Процессы. Процессы, в отличие от сервисов для нас невидимы, но они (процессы) гораздо более значимы для нас и нашей сети. Именно процессы функционирует и днем и ночью на маршрутизаторах, коммутаторах, беспроводных точках доступа и прочем сетевом оборудовании.
Постоянно функционирующие программы (или процессы) обрабатывают все наши посланные запросы к серверам, следят за сохранностью переданной информации, обеспечивают сетевую безопасность и многое другое, без чего функционирование сети невозможно.
Заключение.Основные компоненты сети: конечные устройства (end devices), промежуточные устройства (intermediary devices), среды передачи данных (media) и программные средства, такие как сервисы (services) и процессы (processes).
Конечные устройства: сервера, домашние компьютеры, телефоны и т.п.
Промежуточные устройства: маршрутизаторы (routers), коммутаторы (switches), беспроводные точки доступа (Wireless Access Point), некоторые модемы (modems).
Среды передачи данных: металл, стекло, пластик, радио волны и излучения.
Сервисы: веб-сервер, mail-сервер, ftp-сервер.
Процессы: специальные служебные сетевые процессы, работающие на сетевом оборудовании.
Все устройства и медиа (среды передачи данных) - это физические, аппаратные или как еще называют - железные (hardware) компоненты сети.
Сервисы (сетевые услуги) и процессы - это программные компоненты сети (software), работающие явно и не явно, то есть отвечающие на наши запросы (явно) и обрабатывающие переданные сетевые сообщения, такие как пакеты и фреймы.

Лекция №2

Уровни сети
Модели OSI
Рассмотрим каждый уровень Модели OSI подробнее.
1 уровень. Физический (physical). Единицей нагрузки (PDU) здесь является бит. Кроме единиц и нулей физический уровень не знает ничего. На этом уровне работают провода, патч панели, сетевые концентраторы (хабы, которые сейчас уже сложно найти в привычных нам сетях), сетевые адаптеры. Именно сетевые адаптеры и ничего более из компьютера. Сам сетевой адаптер принимает последовательность бит и передает её дальше.
2 уровень. Канальный (data link). PDU - кадр (frame). На этом уровне появляется адресация. Адресом является MAC адрес. Канальный уровень ответственен за доставку кадров адресату и их целостность. В привычных нам сетях на канальном уровне работает протокол ARP. Адресация второго уровня работает только в пределах одного сетевого сегмента и ничего не знает о маршрутизации - этим занимается вышестоящий уровень. Соответственно, устройства, работающие на L2 - коммутаторы, мосты и драйвер сетевого адаптера.
3 уровень. Сетевой (network). PDU пакет (packet). Наиболее распространенным протоколом (дальше не буду говорить про "наиболее распространенный" - статья для новичков и с экзотикой они, как правило, не сталкиваются) тут является IP. Адресация происходит по IP-адресам, которые состоят из 32 битов. Протокол маршрутизируемый, то есть пакет способен попасть в любую часть сети через какое-то количество маршрутизаторов. На L3 работают маршрутизаторы.
4 уровень. Транспортный (transport). PDU сегмент (segment)датаграмма (datagram). На этом уровне появляются понятия портов. Тут трудятся TCP и UDP. Протоколы этого уровня отвечают за прямую связь между приложениями и за надежность доставки информации. Например, TCP умеет запрашивать повтор передачи данных в случае, если данные приняты неверно или не все. Так же TCP может менять скорость передачи данных, если сторона приема не успевает принять всё (TCP Window Size).
Следующие уровни "правильно" реализованы лишь в RFC. На практике же, протоколы описанные на следующих уровнях работают одновременно на нескольких уровнях модели OSI, поэтому нет четкого разделения на сеансовый и представительский уровни. В связи с этим в настоящее время основным используемым стеком является TCPIP, о котором поговорим чуть ниже.
5 уровень. Сеансовый (session). PDU данные (data). Управляет сеансом связи, обменом информации, правами. Протоколы - L2TP, PPTP.
6 уровень. Представительский (presentation). PDU данные (data). Преставление и шифрование данных. JPEG, ASCII, MPEG.
7 уровень. Прикладной (application). PDU данные (data). Самый многочисленный и разнообразный уровень. На нем выполняются все высокоуровненвые протоколы. Такие как POP, SMTP, RDP, HTTP и т.д. Протоколы здесь не должны задумываться о маршрутизации или гарантии доставки информации - этим занимаются нижестоящие уровни. На 7 уровне необходима лишь реализации конкретных действий, например получение html-кода или email-сообщения конкретному адресату.

Модульность модели OSI позволяет проводить быстрое нахождение проблемных мест. Ведь если нет пинга (3-4 уровни) до сайта, нет смысла копаться в вышележащих слоях (TCP-HTTP), когда не отображается сайт. Абстрагировавшись от других уровней проще найти ошибку в проблемной части. По аналогии с автомобилем - мы ведь не проверяем свечи, когда проткнули колесо.
Модель OSI является эталонной моделью - эдаким сферическим конем в вакууме. Разработка её велась очень долго. Параллельно с ней разрабатывался стек протоколов TCPIP, акивно применяемый в сетях в настоящее время. Соответственно, можно провести аналогию между TCPIP и OSI.

Лекция №3
Протоколы модели TCP IP.
Согласно терминологии TCPIP элементы сетевого уровня называются подсетями (subnetworks). Идеология TCPIP допускает, чтобы в качестве подсетей выступали реальные сети с их собственными стеками протоколов, узлами, шлюзами и т. п.
Реализация протоколов TCPIP оказалась наиболее удачной в версиях BSD4.2 и BSD4.3 операционной системы UNIX. Эта реализация является эталоном для всех последующих.
Рассмотрим теперь эталонную модель, использовавшуюся в компьютерной сети ARPANET, которая является бабушкой нынешних сетей, а также в ее наследнице, всемирной сети Интернет.
ARPANET была исследовательской сетью, финансируемой Министерством обороны США. В конце концов она объединила сотни университетов и правительственных зданий при помощи выделенных телефонных линий. Когда впоследствии появились спутниковые сети и радиосети, возникли большие проблемы при объединении с ними других сетей с помощью имеющихся протоколов. Понадобилась новая эталонная архитектура. Таким образом, возможность объединять различные сети в единое целое являлась одной из главных целей с самого начала. Позднее эта архитектура получила название эталонной модели TCPIP в соответствии со своими двумя основными протоколами.
Поскольку Министерство обороны беспокоилось, что ценные хосты, маршрутизаторы и межсетевые шлюзы могут быть мгновенно уничтожены, другая важная задача состояла в том, чтобы добиться способности сети сохранять работоспособность при возможных потерях подсетевого оборудования, так, чтобы при этом связь не прерывалась. Другими словами, Министерство обороны требовало, чтобы соединение не прерывалось, пока функционируют приемная и передающая машины, даже если некоторые промежуточные машины или линии связи внезапно вышли из строя. Кроме того, от архитектуры нужна была определенная гибкость, поскольку предполагалось использовать приложения с различными требованиями, от переноса файлов до передачи речи в реальном времени.
Стеки протоколов

Стеки протоколов
Какие протоколы есть, где участвуют, какие функции нижележащих протоколов используют и какие функции предоставляют вышележащим:
IP -- реализует обмен информации дейтаграммами (IP-пакетами), для адресации узлов сети используется адрес длиной 4 байта; обеспечивает в случае необходимости фрагментацию IP-сегментов; не гарантирует правильность доставки IP-сегментов адресату и, вообще, саму доставку; не имеет средств управления интенсивностью передачи IP-сегментов посылающей стороной (flow control); не гарантирует правильную последовательность IP-сегментов на принимающей стороне.
Пакеты сетевого протокола IP могут содержать код, указывающий, какой именно протокол следующего уровня нужно использовать, чтобы извлечь данные из пакета. Это число -- уникальный IP-номер протокола. ICMP и IGMP имеют номера, соответственно, 1 и 2. Как система узнает, кому отдать пришедший пакет выше? Ведь на верхнем уровне может быть несколько протоколов. На межсетевом уровне эту проблему решает IP-код верхнего протокола, на транспортном - номер порта.
UDP (IP идентификатор 17) (служба ненадежной, но быстрой, передачи) - протокол передачи датаграмм без установления соединения. Также его называют протоколом ненадёжной передачи, в смысле невозможности удостовериться в доставке сообщения адресату, а также возможного перемешивания пакетов. Однако UDP-датаграммы имеют поле контрольная сумма сообщения, что гарантирует правильность доставки сообщения, в случае, если оно дошло до адресата.
TCP (IP идентификатор 6) (служба надежной передачи данных, устанавливающей логическое соединение) - гарантированный транспортный механизм с предварительным установлением соединения, предоставляющий приложению надёжный поток данных, дающий уверенность в безошибочности получаемых данных, перезапрашивающий данные в случае потери и устраняющий дублирование данных. TCP позволяет регулировать нагрузку на сеть, а также уменьшать время ожидания данных при передаче на большие расстояния. Более того, TCP гарантирует, что полученные данные были отправлены точно в такой же последовательности.
TCP и UDP используют для определения протокола верхнего уровня число, называемое портом. Существует список стандартных портов TCP и UDP.
HTTP - протокол TCP-порт 80 или 8080.
Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей является стандартизация коммуникационных протоколов. В настоящее время в сетях используется большое количество стеков коммуникационных протоколов. Наиболее популярны следующие стеки: TCPIP, IPXSPX, NetBIOSSM, DECnet, SNA, OSI.
Все эти стеки, кроме SNA на нижних уровнях -- физическом и канальном, -- используют одни и те же хорошо стандартизованные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и ряд других, которые позволяют задействовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим протоколам. Эти протоколы часто не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. В частности, функции сеансового и представительного уровня, как правило, объединены с прикладным уровнем.
Такое несоответствие связано с тем, что модель OSI появилась как результат обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не наоборот.
Приведены основные используемые в сетях Windows 2000 стеки протоколов. Для функционирования Windows 2000 достаточно стека TCP IP -- стандарта передачи в сети Интернет. Поддерживаются также стек IPXSPX -- стек маршрутизируемых протоколов, появившийся в сетях NetWare, Microsoft -- версия которого называется NWLink, а также NetBIOSSMB -- стек небольших и быстрых, но немаршрутизируемых протоколов.
Принципы работы служб прикладного уровня
Сетевая служба - это набор функций, которые уровень выполняет для вышележащего уровня (например, коррекция ошибок).
Набор свойств и функций, которыми обладает определенный сетевой уровень, называется сетевой службой.
Каждый сетевой уровень запрашивает определенную сетевую службу от нижележащего уровня. Протокол уровня определяет структуру данных и формат пакета для выполнения запрашиваемой сетевой службы.
Номер порта - это целое число, которое используется для идентификации процесса, выполняющегося на данном компьютере.
Cетевой адрес процесса - это пара IP адрес: номер порта (например, 127.0.0.1: 80). От 1 до 1023 - хорошо известные номера портов, от 1023 до 65 535 - другие.
По сетевому номеру сообщения, полученного по сети, ОС узнает какому процессу его передать.

Cетевое взаимодействие процессов

Процесс обращается к службам транспортного уровня: TCP и UDP. Клиентская сторона приложения (службы). Серверная сторона приложения (службы). Протокол. Клиенты и серверы - программы, т.е. процессы. На одном компьютере могут быть запущено несколько клиентов или несколько серверных процессов. Клиентская программа формирует запрос, посылает его на сервер, сервер обрабатывает и возвращает ответ.
Примеры служб и протоколов. WWW (HTTP, 80), E-mail (SMTP, 25; POP3, 110; IMAP, 143), DNS (DNS, 53), FTP (FTP, 21,20), Telnet (Telnet, 23); SSH (SSH, 22), синхронизация часов (NTP, 123), передача мультимедиа (RTSP, 554), совместный доступ к файлам (SMB, 445 или NFS, 2049), DNS (Domain Name System), NTP (Network Time Protocol), RTSP (потоковый протокол реального времени (Real Time Streaming Protocol)), SMB (server message block) (см. Samba), NFS (network file system).
Прикладной уровень
Службы разрешения имен
Файл hosts.txt - файл статического сопоставления имен компьютеров и их ip-адресов.
Служба разрешения имен NetBIOS и ее реализация в Windows - WINS (Windows Internet Naming Service).
Файл lmhosts - файл статического сопоставления NetBIOS-имен и ip-адресов.
DNS' (Domain Name System) - стандартная служба разрешения имен в Интернет.
Файлы hosts и lmhosts находятся в C:\WINDOWS\system32\drivers\etc\

Лекция №4 Е-mail сервисы

Электро́нная по́чта (англ. email, e-mail [iˈmeɪl], от англ. electronic mail) -- технология и служба по пересылке и получению электронных сообщений (называемых письма, электронные письма или сообщения) между пользователями компьютерной сети (в том числе -- Интернета).
Э лектронная почта по составу элементов и принципу работы практически повторяет систему обычной (бумажной) почты, заимствуя как термины (почта, письмо, конверт, вложение, ящик, доставка и другие), так и характерные особенности -- простоту использования, задержки передачи сообщений, достаточную надёжность и, в то же время, отсутствие гарантии доставки.
Достоинствами электронной почты являются: легко воспринимаемые и запоминаемые человеком адреса вида имя_пользователя@имя_домена (например somebody@example.com); возможность передачи как простого текста, так и форматированного, а также произвольных файлов (текстовые документы, медиафайлы, программы, архивы и т. д.[[1]]); независимость серверов (в общем случае они обращаются друг к другу непосредственно); достаточно высокая надёжность доставки сообщения; простота использования человеком и программами, высокая скорость передачи сообщений.
Недостатки электронной почты: наличие такого явления, как спам (массовые рекламные и вирусные рассылки); возможные задержки доставки сообщения (до нескольких суток); ограничения на размер одного сообщения и на общий размер сообщений в почтовом ящике (персональные для пользователей).
В настоящее время любой начинающий пользователь может завести свой бесплатный электронный почтовый ящик, достаточно зарегистрироваться на одном из интернет-порталов.
Маршрутизация почты
Почтовый сервер, получив почту (из локального источника или от другого сервера) проверяет, существуют ли специфичные правила для обработки почты (правила могут основываться на имени пользователя, на домене в адресе, на содержимом письма и т. д.), если специфичных правил не обнаружено, то проверяется, является ли почтовый домен локальным для сервера (то есть является ли сервер конечным получателем письма). Если является, то письмо принимается в обработку. Если же домен письма не является локальным, то применяется процедура маршрутизации почты (являющаяся основой для передачи писем между различными серверами в Интернете).
При маршрутизации используется только доменная часть адреса получателя (то есть часть, находящаяся после символа @). Для домена получателя ищутся все MX-записи. Они сортируются в порядке убывания приоритета. Если адрес почтового сервера совпадает с одним из узлов, указанных в MX-записях, -- все записи с приоритетом, меньшим приоритета узла в MX-записи (а также MX-запись самого узла), отбрасываются, а доставка осуществляется на первый отвечающий узел (узлы пробуются в порядке убывания приоритета). Это сделано на случай, если почтовый сервер отправителя является релеем почтового сервера получателя. Если MX-запись для домена не найдена, то делается попытка доставить почту по A-записи, соответствующей домену.
Если же записи о домене нет, то формируется сообщение о невозможности доставки (bounce message). Это сообщение формируется с MAIL FROM: (RFC 5321), в поле To указывается отправитель исходного письма, в поле From -- e-mail вида MAILER-DAEMON@имя сервера. Под именем сервера понимается имя хоста в Интернет, который сгенерировал уведомление. MAIL FROM: позволяет защитить почтовые сервера от бесконечного хождения сообщений об ошибке между серверами -- если сервер обнаруживает, что не может доставить письмо с пустым обратным адресом, то он уничтожает его. Сообщение о невозможности доставки также может формироваться через некоторое время. Это происходит в случае, если обнаруженная проблема определяется, как временная, но истекает время нахождения сообщения в очереди (RFC 5321, раздел 4.5.4.1. Sending Strategy).
Если сеть имеет различные DNS-серверы (например, внешние -- в Интернете и локальные -- в собственных пределах), то возможна ситуация, когда внутренние DNS-серверы в качестве наиболее приоритетного получателя указывают на недоступный в Интернете сервер, куда и перенаправляется почта с релея, указанного как узел-получатель для Интернета. Подобное разделение позволяет осуществлять маршрутизацию почты по общим правилам между серверами, не имеющими выхода в Интернет.
Протоколы получения почты
После попадания почты на конечный сервер он осуществляет временное или постоянное хранение принятой почты. Существует две различные модели работы с почтой: концепция почтового хранилища (ящика) и почтового терминала.
POP3
В концепции почтового хранилища почта на сервере хранится временно, в ограниченном объёме (аналогично почтовому ящику для бумажной почты), а пользователь периодически обращается к ящику и забирает письма (то есть почтовый клиент скачивает копию письма к себе и удаляет оригинал из почтового ящика). На основании этой концепции действует протокол POP3.
IMAP
Концепция почтового терминала подразумевает, что вся корреспонденция, связанная с почтовым ящиком (включая копии отправленных писем), хранится на сервере, а пользователь обращается к хранилищу (иногда его по традиции также называют почтовым ящиком) для просмотра корреспонденции (как новой, так и архива) и написания новых писем (включая ответы на другие письма). На этом принципе действует протокол IMAP и большинство веб-интерфейсов бесплатных почтовых служб. Подобное хранение почтовой переписки требует значительно бо́льших мощностей от почтовых серверов, в результате во многих случаях происходит разделение между почтовыми серверами, пересылающими почту, и серверами хранения писем.

Лекция №5
Сегментация TCP и UDP. Определение статических маршрутов в сети.

Сегментация
Первая задача, которую решают оба этих протокола -- сегментация данных. Когда программист пишет очередную программу, или разрабатывает новый протокол уровня приложений, он передаёт данные теми порциями, которыми ему удобно. Например, пользователь запрашивает по протоколу FTP файл размером 10 МБ, FTP сервер начинает отправку файла. При этом у сети есть ряд ограничений на объём передаваемой информации.
Наиболее важное из них -- это MTU (Maximum transmission unit) -- характеристика уровня Data Link, означающая максимальный размер фрейма, который можно передать по сети. Естественно, что 10 мегабайтный файл не получится передать одним куском, нужно разбиение его на отдельные сегменты. Так же естественно, что программист не захочет заниматься такой ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.