Общепринятые правила по которым взаимодействуют компьютеры это

Обновлено: 04.07.2024

5. ПОНЯТИЕ «ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА». МОДЕЛЬ OSI

5.1. Основные понятия

Универсальный тезис о пользе стандартизации, справедливый для всех отраслей, в компьютерных сетях приобретает особое значение. Суть сети — это соединение разного оборудования, а значит, проблема совместимости является одной из наи­более острых . Без принятия всеми производителями общепринятых правил пост­роения оборудования развитие сетей было бы невозможно.

В компьютерных сетях идеологической основой стандартизации является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. Именно на основе этого подхода была разработана стандартная семиуровневая модель взаи­модействия открытых систем, ставшая своего рода универсальным языком сетевых специалистов.

Организация взаимодействия между устройствами в сети является сложной зада­чей. Как известно, для решения сложных задач используется универсальный при­ем — декомпозиция, то есть разбиение одной сложной задачи на несколько более простых задач-модулей. Процедура декомпозиции включает в себя четкое определение функций каждого модуля, решающего отдельную задачу, и интер­фейсов между ними.

При декомпозиции часто используют многоуровневый подход. Все множество модулей разбивают на уровни. Уровни образуют иерар­хию, то есть имеются вышележащие и нижележащие уровни (рис. 10). Множе­ство модулей, составляющих каждый уровень, сформировано таким образом, что для выполнения своих задач они обращаются с запросами только к модулям не­посредственно примыкающего нижележащего уровня. С другой стороны, результа­ты работы всех модулей, принадлежащих некоторому уровню, могут быть переданы только модулям соседнего вышележащего уровня. Такая иерархическая деком­позиция задачи предполагает четкое определение функции каждого уровня и интерфейсов между уровнями. Интерфейс определяет набор функций, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему . В результате иерархической декомпозиции достигается относительная независимость уровней, а значит, и воз­можность их легкой замены.


Рис. 10. Многоуровневый подход — создание иерархии задач

Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организа­ции взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных прото­колов.

Протоколы реализуются не только компьютерами, но и другими сетевыми уст­ройствами — концентраторами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами и т. д. Действительно, в общем случае связь компьютеров в сети осуществляется не напрямую, а через различные коммуникационные устройства. В зависимости от типа устройства в нем должны быть встроенные средства, реализующие тот или иной набор протоколов.

Из того, что протокол является соглашением, принятым двумя взаимодействую­щими объектами, в данном случае двумя работающими в сети компьютерами, совсем не следует, что он обязательно является стандартным. Но на практике при реализации сетей стремятся использовать 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 взаимодействия открытых систем ( Open System Interconnection , OSI) или моделью OSI. Она определя­ет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень.

В модели OSI (рис. 11) средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимо­действия сетевых устройств.


Рис. 11. Модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI


В модели OSI различаются два основных типа протоколов. В протоколах с ус­тановлением соединения ( connection-oriented ) перед обменом данными отправитель и получатель должны сначала установить соединение и, возможно, выбрать некоторые параметры протокола, которые они будут использовать при обмене данными. После завершения диалога они должны разорвать это соединение.

Модель OSI, как это следует из ее названия ( Open System Interconnection ), описы­вает взаимосвязи открытых систем. Что же такое открытая система?

В широком смысле открытой системой может быть названа любая система (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), которая построена в соответствии с открытыми специ­фикациями.

Если две сети построены с соблюдением принципов открытости, то это дает следующие преимущества:

  • возможность построения сети из аппаратных и программных средств различных производителей, придерживающихся одного и того же стандарта;
  • 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 международная сеть Internet . Эта сеть развивалась в полном соответствии с требованиями, предъявляемыми к от­крытым системам. В разработке ее стандартов принимали участие тысячи специа­листов-пользователей этой сети из различных университетов, научных организаций и фирм-производителей вычислительной аппаратуры и программного обеспече­ния, работающих в разных странах. В результате сеть Internet сумела объединить в себе самое разнообразное оборудование и программное обеспечение огромного числа сетей, разбросанных по всему миру.

В самом простом случае взаимодействие компьютеров может быть реализовано с помощью тех же самых средств, которые используются для взаимодействия компьютера с периферией, например, черед последовательный интерфейс RS-232C.

В отличие от взаимодействия компьютера с периферийным устройством, когда программа работает, как правило, только с одной стороны - со стороны компьютера, в случае взаимодействия двух компьютеров происходит взаимодействие двух программ, работающих на каждом из компьютеров.

Программа, работающая на одном компьютере, не может получить непосредственный доступ к ресурсам другого компьютера - его дискам, файлам, принтеру. Она может только «попросить» об этом программу, работающую на том компьютере, которому принадлежат эти ресурсы.

Рассмотрим случаи, когда пользователю, работающему с текстовым редактором на персональном компьютере А, нужно прочитать часть некоторого файла, расположенного на диске персонального компьютера В (рис. 1). Предположим, что мы связали эти компьютеры по кабелю связи через СОМ-порты (такое соединение часто называют нуль-модемным). Пусть для определенности компьютеры работают под управлением MS-DOS, хотя принципиального значения в данном случае это не имеет.


Драйвер СОМ-порта вместе с контроллером СОМ-порта работают совместно с контроллером и драйвером СОМ-порта другого компьютера. Вместе они обеспечивают передачу по кабелю между компьютерами одного байта информации.

Таким образом, в распоряжении программ компьютеров А и В имеется средство для передачи одного байта информации. Но рассматриваемая в нашем примере задача значительно сложнее, так как нужно передать не один байт, а определенную часть заданного файла.

Приложение В, приняв запрос, выполняет его, то есть считывает требуемую область файла с диска с помощью средств локальной ОС в буферную область своей оперативной памяти, а далее с помощью драйвера СОМ-порта передает считанные данные по каналу связи в компьютер А, где они и попадают к приложению А.

Описанные функции приложения А могла бы выполнить сама программа текстового редактора, но включать эти функции в состав каждого приложения - текстовых редакторов, графических редакторов, систем управления базами данных и других приложений, которым нужен доступ к файлам, - не очень рационально (хотя существует большое количество программ, которые действительно самостоятельно решают все задачи по межмашинному обмену данными.

На стороне же компьютера В должен работать другой модуль - сервер, постоянно ожидающий прихода запросов на удаленный доступ к файлам, расположенным на диске этого компьютера. Сервер, приняв запрос из сети, обращается к локальному файлу и выполняет с ним заданные действия, возможно, с участием локальной ОС.

Программные клиент и сервер выполняют системные функции по обслуживанию запросов приложений компьютера А на удаленный доступ к файлам компьютера В. Чтобы приложения компьютера В могли пользоваться файлами компьютера А, описанную схему нужно симметрично дополнить клиентом для компьютера В и сервером для компьютера А.

Схема взаимодействия клиента и сервера с приложениями и операционной системой приведена на рис. 2. Несмотря на то, что мы рассмотрели очень простую схему аппаратной связи компьютеров, функции программ, обеспечивающих доступ к удаленным файлам, очень похожи на функции модулей сетевой операционной системы, работающей в сети с более сложными аппаратными связями компьютеров.





1. Расскажите, как два компьютера взаимодействуют между собой?

2. Почему сетевые функции нецелесообразно включать в состав прикладных программ (например, текстового редактора)?


Тип урока: урок с применением современных компьютерных технологий.

Вид: комбинированный урок.

Наглядность: презентация “Компьютерные сети”

1. Ввод проблемы.

2. Самостоятельная творческая работа учащихся.

3. Изложение нового материала.

4. Лабораторная работа в локальной сети компьютерного класса.

6. Подведение итогов.

• Как можно передать информацию от компьютера к компьютеру?

• Какой случай наиболее удобный?

• Можно ли объединить компьютеры в сеть?

• Что необходимо, чтобы сеть работала?

Творческое задание 1.

• У вас в компьютерном классе находится 16 компьютеров. Придумайте различные способы соединения их в сеть.

• Найдите способ, обеспечивающий самый короткий маршрут передачи информации между любыми двумя абонентами.

1. Последовательное, по общей шине - все компьютеры подключены к одному кабелю (рисунок1).

2. Последовательное кольцом - каждый компьютер, соединён друг с другом, сигнал, несущий информацию идёт по кругу (рисунок2).

3. Соединение звездой - используется отдельный кабель для каждого компьютера, проложенный от центрального устройства (рисунок3).

4. Древовидное соединение- имеется один центральный сервер для всей сети и несколько файловых серверов для разных рабочих групп (рисунок4).

Творческое задание 2. Рассмотрите достоинства и недостатки таких объединений.

Критерии оценки сети Шинная Кольцевая Звезда Древовидная

Экономические затраты на кабель

Возможность нелегального подключения

Возможность подключения абонента без остановки работы сети

Возможность обмена информацией без сервера

Влияет ли поломка компьютера абонента на работу сети?

Локальные сети - это соединение 3-х и более компьютеров друг с другом на небольшом расстоянии с помощью кабелей.

• передача информации между компьютерами;

• совместный доступ к программам и данным;

• совместное использование оборудования.

Для соединения компьютеров между собой, нужны:

• сетевые платы для каждого компьютера;

• сетевое программное обеспечение.

• Как соединить компьютеры, находящиеся в пределах одной области?

• Какие каналы связи используются для соединения?

• Как соединить компьютеры по всему миру?

В качестве линий связи используются выделенные каналы (телефонные, кабельные, спутниковые) или коммутируемые телефонные линии. Самый распространённый способ подключения – это IP подключение: постоянное (по выделенной линии) или сеансовое (по коммутируемой линии). IP означает Internetwork Protocol – Международный сетевой протокол. Сетевой протокол – это программа, содержащая набор правил, устанавливающих тип используемых данных, стандарты связи, правила обработки ошибок. Для передачи по сети файл разбивается на несколько частей – пакетов. Каждый пакет передаётся независимо от остальных. На конечном пункте в компьютере все пакеты собираются в один файл. Чтобы сеть, состоящая из равноправных компьютеров, работала, каждому компьютеру присваивается имя. Все правила кодирования и пересылки файлов записываются в сетевом протоколе IP. Для объединения сетей, работающих по протоколу IP и сетей, работающих по другим протоколам, необходимо было создать специальный межсетевой протокол. Этот протокол был создан в 1974 году и назван TCP. Протокол TCP обеспечивал передачу пакетов между компьютером – отправителем и компьютером- приемником; этот протокол позволял также досылать потерянные пакеты. В 1982 году эти два протокола объединили в один и назвали TCP/IP, он и стал стандартным протоколом объединения сети – Интернет. Сетевой протокол записывается в компьютер в виде специальной программы.

Проблемы соединения сетей.

Когда происходит объединение сетей, работающих по разным протоколам, возникает необходимость для перевода данных из формата, принятого в одной сети в формат, принятый в другой. Компьютеры и программы, выполняющие эту функцию, называются шлюзами.

Если объединяются две сети, использующие одинаковые протоколы, то оборудование, стоящее между ними называют мостами.

Серьёзной проблемой при работе в сети является защита информации от несанкционированного доступа. Для этих целей используется брандмауэр.

Брандмауэр – аппаратно – программное средство (межсетевой экран), которое предотвращает несанкционированный доступ в защищаемую сеть.

В качестве линий связи используются выделенные каналы (телефонные, кабельные, спутниковые) или коммутируемые телефонные линии, в этом случае используется модем.

Модем преобразует двоичный код компьютера в аналоговый электрический сигнал телефонной сети при передачи информации (модуляция) и производит обратное преобразование (демодуляция) во время приёма информации. Основной характеристикой модема является скорость передачи – приёма информации, которая измеряется в битах в секунду – бит/с.

Что такое Интернет? Кому принадлежит Всемирная Сеть и кто за нее платит?

Интернет представляет собой распределенную децентрализованную систему, т.е. в нем нет центральных/главных узлов. Правила его функционирования стандартизованы и общедоступны. С технической точки зрения, Интернет состоит из большого числа менее крупных сетей, которые также неоднородны. Глобальная сеть охватывает значительную географическую территорию: область, страну или даже целый континент. Она объединяет машины, выполняющие пользовательские приложения, которые называются хостами. Хост – компьютеры постоянно находятся во включённом состоянии, постоянно готовы к приёму- передаче информации. Формально Интернет никому в отдельности не принадлежит. Оплата расходов по поддержанию в рабочем состоянии старых каналов ложится на конечных пользователей. Расходы по прокладке новых каналов - правительство, крупные телекоммуникационные компании, инвестиционные фонды. Службы Интернет используют архитектуру клиент-сервер, т.е. если Вы – пользователь, клиентская программа на Вашем компьютере должна подключиться к серверу и послать ему запрос на получение информации. Программа на сервере, в свою очередь, вышлет эту информацию и, будет ожидать следующего запроса и т.д.

• Закрепление изложенного материала. Просмотр презентации «Компьютерные сети»

• Практическая работа в локальной сети компьютерного класса.

Задание 1. Настройте общий доступ к папке.

• Перейдите на один из дисков своего компьютера и создайте папку с произвольным именем, которую вы хотите сделать доступной из локальной сети.

• Щелкните на значке папки правой кнопкой мыши и в появившемся меню выберите пункт Свойства.

• В открывшемся окне Свойства папки перейдите к вкладке Доступ.

• В разделе Сетевой совместный доступ и безопасность установите флажок рядом с пунктом Открыть общий доступ к этой папке и введите в поле Сетевой ресурс сетевое имя вашей папки.

• Если вы хотите открыть пользователям сети полный доступ к данной папке, установите флажок рядом с пунктом Разрешить изменение файлов по сети. Если флажок сброшен, пользователи смогут обращаться к папке в режиме “только чтение”.

• Щелкните на кнопке ОК, чтобы сохранить внесенные вами изменения. Папка, к которой открыт сетевой доступ, будет отображаться в окне Проводника с помощью специальной метки в виде изображения открытой ладони.

Задание 2. Тест. Установите соответствие между столбцами и перешлите файл по локальной сети учителю:

1. Хост 1. Часть электронного адреса.

2. Брандмауэр 2. Соглашение о том, как взаимодействуют компьютеры друг с другом.

3. Интернет 3. Аппаратно – программное средство, которое предотвращает несанкционированный доступ в защищаемую сеть.

4. Звезда 4. Всемирная глобальная компьютерная сеть.

5. Протокол 5. Высокопроизводительный компьютер, обеспечивающий информационные услуги в сети.

6. Домен 6.Компьютер, предоставляющий услуги другим компьютерам.

7. Сервер 7. Соединение компьютеров, когда используется отдельный кабель для каждого компьютера, проложенный от центрального устройства.

По итогам работы учитель высылает по локальной сети оценки каждому ученику:

Современные корпоративные информационные системы по своей природе всегда являются распределенными системами. Рабочие станции пользователей, серверы приложений, серверы баз данных и прочие сетевые узлы распределены по большой территории. В крупной компании офисы и площадки соединены различными видами коммуникаций, использующих различные технологии и сетевые устройства. Главная задача сетевого администратора — обеспечить надежную, бесперебойную, производительную и безопасную работу всей этой сложной системы.

Будем рассматривать сеть как совокупность программных, аппаратных и коммуникационных средств, обеспечивающих эффективное распределение вычислительных ресурсов. Все сети можно условно разделить на 3 категории:

  • локальные сети (LAN, Local Area Network);
  • глобальные сети (WAN, Wide Area Network);
  • городские сети (MAN, Metropolitan Area Network ).

Глобальные сети позволяют организовать взаимодействие между абонентами на больших расстояниях. Эти сети работают на относительно низких скоростях и могут вносить значительные задержки в передачу информации. Протяженность глобальных сетей может составлять тысячи километров. Поэтому они так или иначе интегрированы с сетями масштаба страны.

Городские сети позволяют взаимодействовать на территориальных образованиях меньших размеров и работают на скоростях от средних до высоких. Они меньше замедляют передачу данных, чем глобальные, но не могут обеспечить высокоскоростное взаимодействие на больших расстояниях. Протяженность городских сетей находится в пределах от нескольких километров до десятков и сотен километров.

Локальные сети обеспечивают наивысшую скорость обмена информацией между компьютерами. Типичная локальная сеть занимает пространство в одно здание. Протяженность локальных сетей составляет около одного километра. Их основное назначение состоит в объединении пользователей (как правило, одной компании или организации) для совместной работы.

Механизмы передачи данных в локальных и глобальных сетях существенно отличаются. Глобальные сети ориентированы на соединение — до начала передачи данных между абонентами устанавливается соединение ( сеанс ). В локальных сетях используются методы, не требующие предварительной установки соединения, — пакет с данными посылается без подтверждения готовности получателя к обмену.

Кроме разницы в скорости передачи данных, между этими категориями сетей существуют и другие отличия. В локальных сетях каждый компьютер имеет сетевой адаптер , который соединяет его со средой передачи. Городские сети содержат активные коммутирующие устройства, а глобальные сети обычно состоят из групп мощных маршрутизаторов пакетов, объединенных каналами связи. Кроме того, сети могут быть частными или сетями общего пользования.

Сетевая инфраструктура строится из различных компонентов, которые условно можно разнести по следующим уровням:

  • кабельная система и средства коммуникаций;
  • активное сетевое оборудование;
  • сетевые протоколы;
  • сетевые службы;
  • сетевые приложения.

Каждый из этих уровней может состоять из различных подуровней и компонентов. Например, кабельные системы могут быть построены на основе коаксиального кабеля ("толстого" или тонкого"), витой пары (экранированной и неэкранированной), оптоволокна. Активное сетевое оборудование включает в себя такие виды устройств, как повторители ( репитеры ), мосты, концентраторы , коммутаторы, маршрутизаторы. В корпоративной сети может быть использован богатый набор сетевых протоколов: TCP/IP , SPX/IPX, NetBEUI, AppleTalk и др.

Основу работы сети составляют так называемые сетевые службы (или сервисы). Базовый набор сетевых служб любой корпоративной сети состоит из следующих служб:

Самый верхний уровень функционирования сети — сетевые приложения .

Сеть позволяет легко взаимодействовать друг с другом самым различным видам компьютерных систем благодаря стандартизованным методам передачи данных , которые позволяют скрыть от пользователя все многообразие сетей и машин.

Все устройства, работающие в одной сети, должны общаться на одном языке – передавать данные в соответствии с общеизвестным алгоритмом в формате, который будет понят другими устройствами. Стандарты – ключевой фактор при объединении сетей.

Для более строгого описания работы сети разработаны специальные модели. В настоящее время общепринятыми моделями являются модель OSI ( Open System Interconnection ) и модель TCP/IP (или модель DARPA ). Обе модели будут рассмотрены в данном разделе ниже.

Прежде чем определить задачи сетевого администрирования в сложной распределенной корпоративной сети, сформулируем определение термина " корпоративная сеть " (КС). Слово " корпорация " означает объединение предприятий, работающих под централизованным управлением и решающих общие задачи. Корпорация является сложной, многопрофильной структурой и вследствие этого имеет распределенную иерархическую систему управления. Кроме того, предприятия, отделения и административные офисы, входящие в корпорацию, как правило, расположены на достаточном удалении друг от друга. Для централизованного управления таким объединением предприятий используется корпоративная сеть .

Основная задача КС заключается в обеспечении передачи информации между различными приложениями, используемыми в организации. Под приложением понимается программное обеспечение , которое непосредственно нужно пользователю, например, бухгалтерская программа , программа обработки текстов, электронная почта и т.д. Корпоративная сеть позволяет взаимодействовать приложениям, зачастую расположенным в географически различных областях, и обеспечивает доступ к ним удаленных пользователей. На рис. 1.1 показана обобщенная функциональная схема корпоративной сети.

Обязательным компонентом корпоративной сети являются локальные сети , связанные между собой.

В общем случае КС состоит из различных отделений, объединенных сетями связи. Они могут быть глобальными ( WAN ) или городскими ( MAN ).

Итак, сформулируем задачи сетевого администрирования в сложной распределенной КС:

Несмотря на то, что планированием и монтажом больших сетей обычно занимаются специализированные компании-интеграторы, сетевому администратору часто приходится планировать определенные изменения в структуре сети — добавление новых рабочих мест, добавление или удаление сетевых протоколов, добавление или удаление сетевых служб, установка серверов, разбиение сети на сегменты и т.д. Данные работы должны быть тщательно спланированы, чтобы новые устройства, узлы или протоколы включались в сеть или исключались из нее без нарушения целостности сети, без снижения производительности, без нарушения инфраструктуры сетевых протоколов, служб и приложений.

Данные работы могут включать в себя — замену сетевого адаптера в ПК с соответствующими настройками компьютера, перенос сетевого узла (ПК, сервера, активного оборудования) в другую подсеть с соответствующим изменениями сетевых параметров узла, добавление или замена сетевого принтера с соответствующей настройкой рабочих мест.

Данная задача включает в себя выполнение таких работ — планирование и настройка базовых сетевых протоколов корпоративной сети, тестирование работы сетевых протоколов, определение оптимальных конфигураций протоколов.

Корпоративная сеть может содержать большой набор сетевых служб. Кратко перечислим основные задачи администрирования сетевых служб:

Сетевой администратор должен уметь обнаруживать широкий спектр неисправностей — от неисправного сетевого адаптера на рабочей станции пользователя до сбоев отдельных портов коммутаторов и маршрутизаторов, а также неправильные настройки сетевых протоколов и служб.

В задачу сетевого администрирования входит анализ работы сети и определение наиболее узких мест, требующих либо замены сетевого оборудования, либо модернизации рабочих мест, либо изменения конфигурации отдельных сегментов сети.

Мониторинг сетевых узлов включает в себя наблюдение за функционированием сетевых узлов и корректностью выполнения возложенных на данные узлы функций.

Мониторинг сетевого трафика позволяет обнаружить и ликвидировать различные виды проблем: высокую загруженность отдельных сетевых сегментов, чрезмерную загруженность отдельных сетевых устройств, сбои в работе сетевых адаптеров или портов сетевых устройств, нежелательную активность или атаки злоумышленников (распространение вирусов, атаки хакеров и др.).

Защита данных включает в себя большой набор различных задач: резервное копирование и восстановление данных, разработка и осуществление политик безопасности учетных записей пользователей и сетевых служб (требования к сложности паролей, частота смены паролей), построение защищенных коммуникаций (применение протокола IPSec, построение виртуальных частных сетей, защита беспроводных сетей), планирование, внедрение и обслуживание инфраструктуры открытых ключей (PKI).

Читайте также: