Модель взаимодействия открытых сетей

МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ

Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection, OSI), предложенная Международной организацией по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO) . Модель ISO/ OSI предполагает, что все сетевые приложения можно подразделить на семь уровней, для каждого из которых созданы свои стандарты и общие модели. В результате задача сетевого взаимодействия делиться на меньшие и более легкие задачи, обеспечивается совместимость между продуктами разных производителей и упрощается разработка приложений за счёт создания отдельных уровней и использования уже существующих реализаций.

Рисунок 1. Семиуровневая модель

Теоретически, каждый уровень должен взаимодействовать с аналогичным уровнем удаленного компьютера. На практике каждый из них, за исключением физического, взаимодействует с выше – и нижележащими уровнями – представляет услуги вышележащему и пользуется услугами нижележащего. В реальной ситуации на одном компьютере независимо друг от друга иногда выполняется несколько реализаций одного уровня. Например, компьютер может иметь несколько сетевых адаптеров стандарта Ethernet или адаптеры стандартов Ethernet и Token-Ring и.т.д.

Рассмотрим подробнее каждый из семи уровней и их применение.

Физический уровень

Физический уровень описывает физические свойства (например, электромеханические характеристики) среды и сигналов, переносящих информацию. Это физические характеристики кабелей и разъемов, уровни напряжений и электрического сопротивления и.т.д., в том числе, например, спецификация кабеля «неэкранированная витая пара» (unshielded twisted pair, UTP)

Канальный уровень

Канальный уровень обеспечивает перенос данных по физической среде. Он поделен на два подуровня: управления логическим каналом (logical link control, LLC) и управления доступом к среде (media access control, MAC). Такое деление позволяет одному уровню LLC использовать различные реализации уровня MAC. Уровень MAC работает с применяемым в Ethernet и Token-Ring физическими адресами, которые «вшиты» в сетевые адаптеры их производителями. Следует различать физические и логические (например, IP) адреса. С последним работает сетевой уровень.

Сетевой уровень

В отличии от канального уровня, имеющего дело с физическими адресами, сетевой уровень работает с логическими адресами. Он обеспечивает подключение и маршрутизацию между двумя узлами сети. Сетевой уровень предоставляет транспортному уровню услуги с установлением соединения (connection-oriented), например Х.25, или без установления такового (connectionless) например IP (internet protocol). Одна из основных функций сетевого уровня – маршрутизация.

К протоколам сетевого уровня относиться IP и ICMP (Internet Control Massage Protocol).

Транспортный уровень

Транспортный уровень предоставляет услуги, аналогично услугам сетевого уровня. Надежность гарантируют лишь некоторые (не все) реализации сетевых уровней, поэтому ее относят к числу функций, выполняемых транспортным уровнем. Транспортный уровень должен существовать хотя бы потому, что иногда все три нижних уровня (физический, канальный и сетевой) предоставляет оператор услуг связи. В этом случае, используя соответствующий протокол транспортного уровня, потребитель услуг может обеспечить требуемую надежность услуг. TCP (Transmission Control Protocol) – широко распространенный протокол транспортного уровня.

Сеансовый уровень

Сеансовый уровень обеспечивает установление и разрыв сеансов, и управление ими. Сеанс – это логическое соединение между двумя конечными пунктами. Наилучший пример этой модели – телефонный звонок. При наборе номера Вы устанавливаете логическое соединение, в результате на другом конце провода звонит телефон. Когда один из собеседников говорит «аллё», начинается передача данных. После того как один из абонентов вешает трубку, телефонная компания выполняет некоторые действия для разрыва соединения. Сеансовый уровень следит также за очередностью передачи данных. Эту функцию называют «управление диалогом» (dialog management). Вот примеры протоколов сеансового, представительного и прикладного уровней – SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), FTP (File Transfer Protocol) и Telnet.

Представительный уровень

Представительный уровень позволяет двум стекам протоколов «договариваться» о синтаксисе (представлении) передаваемых друг другу данных. Поскольку гарантий одинакового представления информации нет, то этот уровень при необходимости переводит данные из одного вида в другой.

Прикладной уровень

Прикладной уровень – высший в модели ISO/ OSI. На этом уровне выполняться конкретные приложения, которые пользуются услугами представительного уровня (и косвенно – всех остальных). Это может быть обмен электронной почтой, пересылка файлов и любое другое сетевое приложение.

Таблица 1. модель ISO/ OSI и некоторые протоколы соответствующих уровней.

84.Локальные вычислительные сети. Понятие топологии сети и краткая характеристика типовых топологий (шина, кольцо, звезда). Понятие файл- серверной и клиент - серверной архитектуры

Топология локальных сетей

Топология- это конфигурация сети, способ соединения элементов сети (то есть компьютеров) друг с другом. Чаще всего встречаются три способа объединения компьютеров в локальную сеть: "звезда", "общая шина" и "кольцо".

Соединение типа "звезда". Каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству. При необходимости можно объединить вместе несколько сетей с топологией "звезда", при этом конфигурация сети получается разветвленной.

Достоинства: При соединении типа "звезда" легко искать неисправность в сети.

Недостатки: Соединение не всегда надежно, поскольку выход из строя центрального узла может привести к остановке сети.

Соединение "общая шина". Все компьютеры сети подключаются к одному кабелю; этот кабель используется совместно всеми рабочими станциями по очереди. При таком типе соединения все сообщения, посылаемые каждым отдельным компьютером, принимаются всеми остальными компьютерами в сети.

Достоинства: в топологии "общая шина" выход из строя отдельных компьютеров не приводит всю сеть к остановке.

Недостатки: несколько труднее найти неисправность в кабеле и при обрыве кабеля (единого для всей сети) нарушается работа всей сети.

Соединение типа "кольцо". Данные передаются от одного компьютера к другому; при этом если один компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера, то он передает их дальше (по кольцу).

Достоинства: балансировка нагрузки, возможность и удобство прокладки кабеля.

Недостатки: физические ограничения на общую протяженность сети.

От схемы зависит состав оборудования и программного обеспечения. Топологию выбирают, исходя из потребностей предприятия. Если предприятие занимает многоэтажное здание, то в нем может быть применена схема "снежинка", в которой имеются файловые серверы для разных рабочих групп и один центральный сервер для всего предприятия.

Одной из базовых функций информационной системы организации любого масштаба является обеспечение обмена информацией как внутри организации, так и за ее пределами. Однако в этом процессе имеются проблемы, связанные со скоростью обмена информацией и работой с информацией в режиме коллективного доступа. Решают эти проблемы программные продукты, организующие обработку информации по определенным технологиям. В настоящее время наибольшее распространение получили следующие технологии:

- файл-серверная технология;

- технология клиент-сервер.

Файл-серверная технология – это работа в сетевом пространстве с доступом к файлам СУБД, хранящимся на сервере.

При небольших объемах данных эта схема вполне удовлетворяет всем современным требованиям, но с увеличением числа компьютеров в сети или ростом БД начинают возникать проблемы, связанные с резким падением производительности. Это связано с увеличением объема данных, передаваемых по сети, так как вся обработка производится на компьютере пользователя. Если пользователю требуется пара строк из таблицы объемом в сотни тысяч записей, то сначала вся таблица с файл-сервера передается на его компьютер, а затем СУБД отбирает нужные записи. В этом случае длительные перерывы в работе можно сократить, перейдя на технологию клиент-сервер.

Технология клиент-сервер разделяет приложение на две части, используя лучшие качества обеих сторон. Клиентская часть обеспечивает интерактивный, легкий в использовании, обычно графический интерфейс - находится на компьютере пользователя. Сервер (программа) обеспечивает управление данными, разделение информации, изощренное администрирование и безопасность - находится на специально выделенном компьютере - сервере).

Примеры клиент-серверных приложений:

1. Офисная программа Microsoft Outlook. Она может служить основой для создания клиентских приложений систем управления документами.

2. Сетевой ресурс Gopher. Вы используете клиента для доступа к серверам Gopher, расположенным в любом месте Internet. Сервер Gopher - это программное обеспечение (ПО), работающее на каких-либо компьютерах Internet и используемых для ссылки на информацию.

3. Офисная программа Excel 2000. Она использует клиент-серверный подход, обеспечивая быстрый доступ к большим серверным базам данных.

Клиент-серверный подход позволяет Excel 2000 более эффективно работать с находящимися на сервере большими базами данных, поскольку на клиент передаются только необходимые пользователю агрегаты данных, а не весь их набор.

Базовая схема взаимодействия клиента и сервера в СУБД-ориентированных приложениях имеет вид:

- Клиент запрашивает у сервера данные, тот ему их возвращает;

- Клиент велит серверу изменить данные, тот выполняет операцию.

Кроме того, на сервере может выполняться часть содержательной обработки данных и поддержка логического соответствия данных (целостность). В этой технологии реализованы такие режимы:

Транзакция - это последовательность запросов на изменение ( и чтение, конечно) данных, обладающая таким свойством, что либо вся эта последовательность выполняется, либо от нее не остается никаких следов.

Раскроем это понятие. Для обеспечения целостности данных требуется рассматривать определенный набор как одну неразрывную группу. Например, перевод денег с одного банковского счета на другой состоит из двух операций: удаление денег с одного счета и добавление такой же суммы денег на другой счет. На практике, однако, либо операции должны пройти успешно либо ни одна из них не должна быть выполнена. В данной ситуации операции дебета и кредита объединяются в одну группу, называемую транзакцией. Если какая-либо из операций транзакции не выполненна, то все выполненные ранее операции отменяются, и данные возвращаются к тому состоянию, который они имели до начала выполнения транзакции.

Блокировка. Блокировка позволяет отметить некоторый элемент данных (запись, таблицу, базу данных) таким образом, чтобы, пока его не "отпустили", никакой другой пользователь не мог его модифицировать.

Преимущества Клиент-серверной архитектуры перед Файл-серверной:

- уменьшение сетевого трафика за счет того, что выборка данных производится на сервере, и они не "прокачиваются" по сети;

- увеличение производительности за счет того, что сам сервер может эффективно кэшировать данные (в отличие от клиента, который никогда не может быть уверен в том, что его данные "первой свежести". Примечание: КЭШ – это оперативная память для последних просмотренных данных

перенос части функциональности на сервер с уменьшением трафика и увеличением производительности;

- масштабируемость - при возрастании нагрузки достаточно заменить лишь сервер, а не все станции и сетевые платы;

- наличие транзакций, без которых практически невозможно обеспечить логическую непротиворечивость данных.

Недостатки Клиент-серверной архитектуры: данные дублируются и на клиенте и на сервере, причем сервер не знает, что известно клиенту, а клиент не знает, что поменялось на сервере

85.Технические, технологические и организационные основы построения глобальной сети ИНТЕРНЕТ.

86.Адресация в ИНТЕРНЕТ;

Адресация в Интернете

IP-адрес. Для того чтобы в процессе обмена информацией компьютеры могли найти друг друга, в Интернете существует единая система адресации, основанная на использовании IP-адреса.

Каждый компьютер, подключенный к Интернету, имеет свой уникальный 32-битный (в двоичной системе) IP-адрес.

По формуле (2.1) легко подсчитать, что общее количество различных IP-адресов составляет более 4 миллиардов:

N = 2³² = 4 294 967 296.

Система IP-адресации учитывает структуру Интернета, то есть то, что Интернет является сетью сетей, а не объединением отдельных компьютеров. IP-адрес содержит адрес сети и адрес компьютера в данной сети.

Для обеспечения максимальной гибкости в процессе распределения IP-адресов, в зависимости от количества компьютеров в сети, адреса разделяются на три класса А, В, С. Первые биты адреса отводятся для идентификации класса, а остальные разделяются на адрес сети и адрес компьютера (табл. 4.1).

Таблица 4.1. IP-адресация в сетях различных классов

Например, адрес сети класса А имеет только 7 битов для адреса сети и 24 бита для адреса компьютера, то есть может существовать лишь 2⁷ = 128 сетей этого класса, зато в каждой сети может содержаться 2²⁴ = 16 777216 компьютеров.

В десятичной записи IP-адрес состоит из 4 чисел, разделенных точками, каждое из которых лежит в диапазоне от О до 255. Например, IP-адрес сервера компании МТУ-Интел записывается как 195.34.32.11.

Достаточно просто определить по первому числу IP-адреса компьютера его принадлежность к сети того или иного класса:

• адреса класса А - число от 0 до 127;
• адреса класса В - число от 128 до 191;
• адреса класса С - число от 192 до 223.

Так, сервер компании МТУ-Интел относится к сети класса С, адрес которой 195, а адрес компьютера в сети 34.32.11.

Провайдеры часто предоставляют пользователям доступ в Интернет не с постоянным, а с динамическим IP-адресом, который может меняться при каждом подключении к сети. В процессе сеанса работы в Интернете можно определить свой текущий IP-адрес.