Презентация "Основы сетей передачи данных" 11 класс

Компьютерные сети, Интернет и мультимедиа технологии

• Лекция №2
• Основы сетей передачи данных

• Подготовила: учитель информатики
• МБОУ СОШ № 37
• Туренко Екатерина Леонидовна

Основы сетей передачи данных

• Физическая передача данных по линиям связи
• Характеристики физических каналов
• Типы физических каналов
• Адресация узлов сети
• Коммутация
• Маршрутизация
• Мультиплексирование и демультиплексирование
• Разделяемая среда передачи данных
• Масштабируемость и расширяемость

Характеристики физических каналов

• Предложенная нагрузка — это поток данных, поступающий от пользователя на вход сети. Предложенную нагрузку можно характеризовать скоростью поступления данных в сеть.
• Скорость передачи данных — это фактическая скорость потока данных, прошедшего через сеть.
• Емкость канала связи, называемая также пропускной способностью, представляет собой максимально возможную скорость передачи информации по каналу.

Типы физических каналов

• Дуплексный канал обеспечивает одновременную передачу информации в обоих направлениях.
• Полудуплексный канал также обеспечивает передачу информации в обоих направлениях, но не одновременно, а по очереди. То есть в течение определенного периода времени информация передается в одном направлении, а в течении следующего периода — в обратном.
• Симплексный канал позволяет передавать информацию только в одном направлении. Часто дуплексный канал состоит из двух симплексных каналов.

Адресация узлов сети

• Адреса можно классифицировать следующим образом:
• уникальный адрес используется для идентификации отдельных интерфейсов;
• групповой адрес идентифицирует сразу несколько интерфейсов;
• данные, направленные по широковещательному адресу, должны быть доставлены всем узлам сети;
• в новой версии протокола определен адрес произвольной рассылки, где данные, посланные по адресу, должны быть доставлены не всем адресам данной группы, а любому из них.

Адресация узлов сети

• Адреса могут быть числовыми (например, 129.26.255.255 или 81.la.ff.ff) и символьными (site.domen.ru, willi-winki).
• Символьные адреса (имена) предназначены для запоминания людьми и поэтому обычно несут смысловую нагрузку.
• Интерфейс – формально определенная логическая и физическая границы между взаимодействующими независимыми объектами.
• Физический интерфейс определяется набором электрических связей и характеристиками сигналов.
• Логический интерфейс – набор информационных сообщений и правил обмена данными.

Адресация узлов сети

• Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках некоторой схемы адресации, называется адресным пространством.
• Адресное пространство может иметь плоскую (линейную) организацию или иерархическую организацию.
• При плоской организации множество адресов никак не структурировано. Примером плоского числового адреса является МАС-адрес, предназначенный для однозначной идентификации сетевых интерфейсов в локальных сетях.
• При иерархической организации адресное пространство организовано в виде вложенных друг в друга подгрупп, которые, последовательно сужая адресуемую область, в конце концов, определяют отдельный сетевой интерфейс.
• Типичными представителями иерархических числовых адресов являются сетевые IP- и IPX-адреса. В них поддерживается двухуровневая иерархия, адрес делится на старшую часть — номер сети и младшую — номер узла.

Адресация узлов сети

• Для преобразования адресов из одного вида в другой используются специальные вспомогательные протоколы, которые называют протоколами разрешения адресов.
• Проблема установления соответствия между адресами различных типов может решаться централизованными и распределенными средствами.
• При централизованном подходе в сети выделяется один или несколько компьютеров, в которых хранится таблица соответствия имен различных типов. Все остальные компьютеры обращаются к серверу имен с запросами, чтобы по символьному имени найти числовой номер необходимого компьютера.
• При распределенном подходе каждый компьютер сам хранит все назначенные ему адреса разного типа. Все компьютеры сети сравнивают содержащийся в запросе адрес с собственным. Тот компьютер, у которого обнаружилось совпадение, посылает ответ, содержащий искомый аппаратный адрес. Такая схема использована в протоколе разрешения адресов ( ARP) стека TCP/IP.

Коммутация

• Каким способом передавать данные между конечным узлами (пользователями)?
• Коммутация – это соединение конечных узлов через сеть транзитных узлов.
• коммутация пакетов (данные разделяются на небольшие порции(пакеты), которые самостоятельно перемещаются по сети благодаря наличию адреса конечного узла в заголовке пакета).
• Маршрут –последовательность узлов, лежащих на пути от отправителя к получателю.

Коммутация

• В данной сети узлы 2 и 4, непосредственно между собой не связанны и вынуждены передавать данные через транзитные узлы, например, узлы 1 и 5.
• Узел 1 должен выполнить передачу данных между своими интерфейсами А и В, а узел 5 — между интерфейсами F и В.
• В данном случае маршрутом является последовательность: 2-1-5-4,
• где 2 — узел-отправитель, 1 и 5 — транзитные узлы, 4 — узел-получатель.

• 2

• 4

Коммутация

• Информационным потоком называется непрерывная последовательность данных, объединенных набором общих признаков.
• Весь поток входящих в транзитный узел данных разделяется на подпотоки, каждый из которых передается на интерфейс, соответствующий маршруту продвижения данных.

Задачи коммутации

• определение потоков и соответствующих маршрутов;
• фиксация маршрутов в таблицах сетевых устройств;
• распознавание потоков и передача данных между интерфейсами одного устройства;
• мультиплексирование/демультиплексирование потоков;
• разделение среды передачи данных.

Классификация методов коммутации

• Коммутируемые сети

• Сети с
• коммутацией каналов

• Сети с
• коммутацией пакетов

• Дейтаграммные сети
• (без установления
• соединений)

• Сети с установлением
• логических соединений

• Сети с установлением
• логических соединений
• без фиксации маршрутов

• Сети с установлением
• виртуальных каналов

Дейтаграммная передача в коммутируемых сетях

• Дейтаграммный способ передачи данных основан на том, что все передаваемые пакеты обрабатываются независимо друг от друга (каждый пакет рассматривается сетью как независимая единица передачи – дейтаграмма).
• Функционирует на основе таблиц коммутации, содержащих набор адресов назначения и адресную информацию, определяющую следующий по маршруту (транзитный или конечный) узел.
• В одной и той же сетевой технологии могут быть задействованы разные способы передачи данных.
• Пример: Для передачи данных между отдельными сетями, составляющими Интернет, используется дейтаграммный протокол IP.
• Недостатки: При таком методе нет гарантии доставки пакета (доставка с максимальными усилиями).

Логическое соединение в коммутируемых сетях

• Процедура обработки данных определяется не для отдельного пакета, а для всего множества пакетов, передаваемых в рамках каждого логического соединения.
• Пакеты, принадлежащие одному и тому же соединению, имеющие одни и те же адреса отправления и назначения, могут перемещаться по разным независимым друг от друга маршрутам.
• Пример: протокол TCP устанавливает логические соединения без фиксации маршрута.

Виртуальный канал в коммутируемых сетях

• Если в число параметров соединения входит маршрут, то все пакеты, предаваемые в рамках данного соединения, должны проходить по указанному пути.
• Такой единственный заранее проложенный фиксированный маршрут, соединяющий конечные узлы в сети с коммутацией пакетов, называют виртуальным каналом.
• Функционируют на основе таблиц коммутации, которые гораздо короче, чем в дейтаграммных сетях (содержат записи не обо всех возможных адресах назначения, а только о виртуальных каналах) и каждый пакет помечается меткой (идентификатор виртуального канала).
• Пример: сети АТМ и Frame Relay поддерживают виртуальные каналы и входят в состав Интернета.

Маршрутизация

• Задача маршрутизации включает в себя две подзадачи:
• определение маршрута;
• оповещение сети о выбранном маршруте.
• Определить маршрут — это значит выбрать последовательность транзитных узлов и их интерфейсов, через которые надо передавать данные, чтобы доставить их адресату.

Маршрутизация

• Между парой взаимодействующих сетевых интерфейсов существует множество путей.
• Выбор останавливают на одном оптимальном маршруте. В качестве критериев оптимальности могут выступать:
• пропускная способность;
• загруженность каналов связи;
• количество промежуточных транзитных узлов;
• надежность каналов и транзитных узлов

Маршрутизация

• Маршрут может определяться эмпирически («вручную») администратором сети. Однако эмпирический подход к определению маршрутов мало пригоден для большой сети со сложной топологией.
• В этом случае используются автоматические методы определения маршрутов. Для этого конечные узлы и другие устройства сети оснащаются специальными программными средствами.

Маршрутизация

• Для передачи, трафика между конечными узлами А и С существуют два альтернативных маршрута: А-1-2-3-С и А-1-3-С. По топологии выбор очевиден — маршрут А-1-3-С, который имеет меньше транзитных узлов.
• Каналы 1-2 и 2-3 обладают пропускной способностью 100 Мбит/с, а канал 1-3 — только 10 Мбит/с. Если мы хотим, чтобы информация передавалась по сети с максимально возможной скоростью, то нам нужно выбрать маршрут А-1-2-3-С, хотя он и проходит через большее количество промежуточных узлов. То есть можно сказать, что маршрут А-1-2-3-С является «более коротким».

• А

• С

Мультиплексирование и демультиплексирование

• Мультиплексирование –это объединение нескольких отдельных потоков в общий (суммарный, агрегированный).
• Демультиплексирование – это разделение суммарного потока на несколько составляющих его потоков.

Мультиплексирование и демультиплексирование

• Мультиплексор -
• коммутатор, который имеет несколько входных интерфейсов и один выходной

• Демультиплексор -
• коммутатор, который имеет один входной интерфейс и несколько выходных

Разделяемая среда передачи данных

• Проблема совместного использования канала несколькими интерфейсами разрешается разделением каналов связи между интерфейсами.
• Совместно используемый несколькими интерфейсами физический канал называют разделяемым (разделяемая среда передачи данных).
• Разделяемая среда передачи данных часто используется в локальных сетях (технология Ethernet). Удешевление сети, но потеря производительности.

Разделяемая среда передачи данных

• Разделяемый физический канал связи

• Передача данных в разные стороны, но только попеременно.

Разделяемая среда передачи данных

• Разделяемой средой называется физическая среда передачи данных (коаксиальный кабель, витая пара, оптическое волокно, радиоволны), к которой непосредственно подключено несколько конечных узлов сети и которой они могут пользоваться только по очереди.
• В основе сетевых технологий Ethernet, FDDI, Token Ring лежит принцип разделяемой среды.
• Сегодня существует интерес к разделяемым средам, о чем свидетельствуют
• домашние проводные сети,
• персональные радиосети новой технологии Bluetooth, предназначенные для объединения всех «компьютеризированных» устройств личного пользования (телевизор, мобильный телефон),
• локальные сети Radio Ethernet, применяемые для подключения пользователей к Интернету в аэропортах, вокзалах и других местах скопления мобильных пользователей.

Масштабируемость и расширяемость

• Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается.
• Расширяемость означает возможность добавления отдельных компонентов сети (пользователей, компьютеров, приложений, служб), наращивания длины сегментов кабелей и замены существующей аппаратуры более мощной.

Ethernet – пример стандартной сетевой технологии

• Топология. В стандарте Ethernet строго зафиксирована топология — общая шина.
• Способ коммутации. В технологии Ethernet используется дейтаграммная коммутация пакетов.

• Коаксиальный кабель

Ethernet – пример стандартной сетевой технологии

• Полудуплексный способ передачи. Разделяемая среда Ethernet представляет собой полудуплексный канал передачи. Сетевой адаптер выполняет операции передачи данных и их приема попеременно.
• Адресация. Каждый сетевой адаптер, имеет уникальный аппаратный адрес (так называемый МАС-адрес). Адрес Ethernet является плоским числовым адресом, иерархия здесь не используется.

Выводы:

• В сетях соединение пользователей осуществляется путем коммутации через сеть транзитных узлов.
• При этом должны быть решены следующие задачи:
• определение потоков данных и маршрутов для них,
• мультиплексирование и демультиплексирование потоков.

Контрольные вопросы и задания

• К какому типу можно отнести следующие адреса:
• www.olifer.net;
• 20-34-а2-00-с2-27;
• 128.145.23.170.
• Объясните различия между разделением среды передачи данных и мультиплексированием.
• Какие из утверждений о маршруте верны:
• Маршруты определяются администратором и заносятся вручную в специальные таблицы.
• Маршрут – это последовательность узлов, лежащих на пути от отправителя к получателю.
• Из нескольких маршрутов всегда выбирается оптимальный.
• Таблица маршрутов строится автоматически сетевым программно-аппаратным обеспечением.
• Все предыдущие утверждения верны.
• Все предыдущие утверждение неверны.

Словарь

• Компьютерная сеть
• Мэйнфрейм
• Коммутация
• Коммутация каналов
• Коммутация пакетов
• Сетевые технологии
• Конвергенция сетей
• Локальная сеть
• Глобальная сеть
• Сетевая плата
• Концентратор
• Коммутатор
• Витая пара
• Сервер
• Модем
• Протокол
• Мост
• Виртуальный канал
• Топология
• Архитектура сети
• Модель OSI
• МодельTCP/IP
• Стек протоколов
• Доменная система имен (DNS)

• Шлюз
• Брандмауэр
• Маршрутизатор
• Хост-машина
• Провайдер
• Адресное пространство
• Информационный поток
• Маршрут
• Маршрутизация
• Мультиплексирование
• Демультиплексирование
• Мультиплексор
• Демультиплексор
• Разделяемая среда передачи данных
• Масштабируемость
• Расширяемость
• Дейтаграмма
• Локальный адрес
• Сетевой адрес
• Символьный адрес
• URL-адрес
• Групповые адреса
• Маска подсети
• Технология CIDR
• Шифрование
• Аутентификация
• Авторизация
• Аудит