Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из уровней архитектуры компьютерной сети

Обновлено: 27.01.2025

Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети (прикладной, уровень представления, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный, физический) действуют специальные стандарты, называемые протоколами. Они определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы). Физически функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства (интерфейсы) и программные средства (программы поддержки протоколов). Программы, выполняющие поддержку протоколов, также называют протоколами.Протокол (protocol) — в системах передачи данных правила, регламентирующие формат и процедуры обмена информацией между двумя или несколькими независимыми устройствами или процессами.

Как физически обеспечиваются функции поддержки протоколов?

Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами. Они определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы). Физически функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства (интерфейсы) и программные средства (программы поддержки протоколов). Программы, выполняющие поддержку протоколов, также называют протоколами.Протокол (protocol) — в системах передачи данных правила, регламентирующие формат и процедуры обмена информацией между двумя или несколькими независимыми устройствами или процессами.

Физические функции поддержки протоколов выполняют специальные устройства – интерфейсы и программы поддержки протоколов – протоколы. Например, при прямом кабельном соединении, на физическом уровне аппаратный протокол определяет устройство портов, типы разъёмов, кабель, программный протокол – программы, управляющие передачей данных через порты. Для стандартных портов эти программы находятся в BIOS. Работу более высоких уровней определяет ОС.

Аппаратура передачи данных.

Аппаратура передачи данных (DCE, Data Communication Equipment) обеспечивает соединение с сетью (как локальной, так и распределенной) оконечного терминального оборудования, а также поддержание и разрыв соединения в сети передачи данных. Примерами АПД могут служить модемы, мультиплексоры, приемопередатчики.

Оконечное (терминальное) оборудование (DTE, Data Terminal Equipment) —подключенные к сети устройства (ЭВМ, принтеры, плоттеры) через аппаратуру передачи данных.

Мост, шлюз, шлюзовый сервер.

Устройства объединения сетей обеспечивают связь между сегментами локальных

сетей, отдельными ЛВС и подсетями любого уровня. Эти устройства в самом общем

виде могут быть отнесены к определенным уровням эталонной модели взаимодействия

открытых систем. Существуют следующие классы устройств для объединения и

сегментации ЛВС и сетей (см. табл. 1.2):

• повторитель (repeater) и концентратор (hub) объединяют сети на физическом

• мост (bridge) и коммутаторы (switche) структурируют сети на канальном уровне и

используют функциональные возможности физического уровня. Мосты выполняются на

основе компьютера, оснащенного соответствующим ПО. Отличие коммутаторов от

мостов в том, что они реализуют свои функции аппаратными средствами и поэтому

обладают значительно более высоким быстродействием;

• маршрутизаторы (routers) объединяют сети на сетевом уровне и используют

функциональные возможности уровней 1 и 2;

• шлюзы, или межсетевые интерфейсы (gateways), объединяют сети на прикладном

уровне и используют функциональные возможности всех нижележащих уровней.

Простейшее устройство для соединения между собой двух локальных сетей, использующих одинаковые протоколы, называется мостом. Мост может быть аппаратным (специализированный компьютер) или программным. Цель моста — не выпускать за пределы локальной сети данные, предназначенные для внутреннего потребления. Вне сети такие данные становятся «сетевым мусором», впустую занимающим каналы связи.

Для связи между собой нескольких локальных сетей, работающих по разным протоколам, служат специальные средства, называемые шлюзами. Шлюзы могут быть как аппаратными, так и программными. Например, это может быть специальный компьютер (шлюзовый сервер), а может быть и компьютерная программа. В последнем случае компьютер может выполнять не только функцию шлюза, но и какие-то иные функции, типичные для рабочих станций.

Что определяет протоколы взаимодействия на разных уровнях при прямом соединении двух компьютеров?

Так, например, если два компьютера соединены между собой прямым соединением, то на физическом уровне протокол их взаимодействия определяют конкретные устройства физического порта (параллельного или последовательного) и механические компоненты (разъемы, кабель и т. п.). На более высоком уровне взаимодействие между компьютерами определяют программные средства, управляющие передачей данных. На самом высоком уровне протокол взаимодействия обеспечивают приложения операционной системы. Например, для Windows 98 это стандартная программа Прямое кабельное соединение.

Как принято разделять компьютерные сети в соответствии с используемыми протоколами?

В соответствии с используемыми протоколами компьютерные сети принято разделять на локальные (LAN — Local Area Network) и глобальные (WAN — Wide Area Network). Компьютеры локальной сети используют единый комплект протоколов для всех участников. По территориальному признаку локальные сети отличаются компактностью. Они могут объединять компьютеры одного помещения, этажа, здания, группы компактно расположенных сооружений. Глобальные сети имеют, как правило, увеличенные географические размеры. Они могут объединять как отдельные компьютеры, так и отдельные локальные сети, в том числе и использующие различные протоколы.

Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам и обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных. Решение этой задачи относится к области стандартизации и основано на так называемой модели OSI (модель взаимодействия открытых систем - Model of Open System Interconnections). Модель OSI была создана на основе технических предложений Международного института стандартов ISO (International Standards Organization).

Согласно модели OSI архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях (общее число уровней - до семи). Самый верхний уровень - прикладной. На этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Caмый нижний уровень - физический. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.

Каждый уровень архитектуры подразделяется на две части:

- спецификацию услуг;

- спецификацию протокола.

Спецификация услуг определяет, что делает уровень, а спецификация протокола - как он это делает, причем каждый конкретный уровень может иметь более одного протокола.

Рассмотрим функции, выполняемые каждым уровнем программного обеспечения:

1. Физический уровень осуществляет соединения с физическим каналом, так, отсоединения от канала, управление каналом. Определяется скорость передачи данных и топология сети.

2. Канальный уровень добавляет в передаваемые массивы информации вспомогательные символы и контролирует правильность передаваемых данных. Здесь передаваемая информация разбивается на несколько пакетов или кадров. Каждый пакет содержит адреса источника и места назначения, а также средства обнаружения ошибок.

3. Сетевой уровень определяет маршрут передачи информации между сетями, обеспечивает обработку ошибок, а так же управление потоками данных. Основная задача сетевого уровня - маршрутизация данных (передача данных между сетями).

4. Транспортный уровень связывает нижние уровни (физический, канальный, сетевой) с верхними уровнями, которые реализуются программными средствами. Этот уровень разделяет средства формирования данных в сети от средств их передачи. Здесь осуществляется разделение информации по определенной длине и уточняется адрес назначения.

5. Сеансовый уровень осуществляет управление сеансами связи между двумя взаимодействующими пользователями, определяет начало и окончание сеанса связи, время, длительность и режим сеанса связи, точки синхронизации для промежуточного контроля и восстановления при передаче данных; восстанавливает соединение после ошибок во время сеанса связи без потери данных.

6. Представительский - управляет представлением данных в необходимой для программы пользователя форме, производит компрессию и декомпрессию данных. Задачей данного уровня является преобразование данных при передаче информации в формат, который используется в информационной системе. При приеме данных данный уровень представления данных выполняет обратное преобразование.

Машинная графика — это совокупность технических, математических и программных средств и приемов, позволяющих осуществить ввод и вывод из ЭВМ графической информации без ручного преобразования информации в числовую или графическую форму. Графическое изображение позволяет сконцентрировать в одном небольшом фрагменте информацию, содержащуюся в нескольких сотнях строк цифрового материала. Поэтому развитие средств машинной графики, соответствующего аппаратного и математического обеспечения, систем ввода и вывода, создание банков и баз данных графической информации имеют решающее значение при разработке современных САПР РЭС.

Приведем основные понятия и определения машинной графики.

Область машинной графики включает в себя решение следующих трех основных задач:

ввод графической информации в ЭВМ;
выполнение графических преобразований, поиск и хранение графических данных;
вывод графической информации (отображение, документирование).

В машинной графике, как и при решении любых задач на ЭВМ, существует два направления: режим пакетной обработки и интерактивная машинная графика .

При пакетной обработке графической информации система машинной графики обеспечивает выдачу графической информации на экран дисплея без участия пользователя. Эту выдачу обеспечивают графопостроитель , устройство микрофильмирования и другие устройства, которые позволяют получать графические документы.

Интерактивная машинная графика позволяет использовать средства вычислительной техники для организации оперативного, в основном диалогового взаимодействия пользователя с ЭВМ. В этой системе применяются графические дисплеи , оснащенные "мышью", световым пером, функциональной клавиатурой, кодирующим планшетом и другими устройствами обратной связи разработчика с ЭВМ, позволяющими ему в диалоге изменять графическое изображение, выводимое на экран дисплея .

Графическая система — это система программных и технических средств, автоматизирующая решение графических и геометрических задач. Графические системы делятся на системы общего назначения и специализированные графические системы .

В графических системах общего назначения реализуются процедуры обработки графической информации различного типа: для машиностроения, архитектуры, разработки РЭС. Пользователь этих систем — прикладной программист. К таким системам относятся ГРАФОР (графическое расширение Фортрана), базовые графические системы (например, GKS ).

Специализированные графические системы предназначены для реализации процессов обработки графической информации о некоторой специальной области. Существуют отличия систем в зависимости от области применения программ: в САПР РЭС — графические зависимости, характеристики, схемы, конструкции; в САПР СБИС — плоские изображения; в САПР авиа- и судостроения — объемные аналитические поверхности. Пользователь специализированных графических систем — непосредственный разработчик устройств, изделий, аппаратуры.

К основным объектам машинной графики при проектировании РЭС относятся:

объект проектирования — любое изделие, устройство, детали, комплексы;
техническая документация — совокупность описания изделия и его характеристик, а также устройств, с помощью которых оно может быть изготовлено;
конструкторская документация — графические и текстовые документы, различные чертежи, принципиальные схемы, спецификации; это часто является конечным продуктом САПР;
геометрический объект — описание некоторого изделия в виде математической модели в двумерном или трехмерном пространстве;
графическое изображение — проекции геометрического объекта на плоскость, специальные сечения, изометрические, перспективные проекции;
описание объекта на входном языке — однозначное представление для ввода его в ЭВМ, позволяющее производить необходимые изменения, управлять процессом вывода графических изображений.

Все средства машинной графики делят на технические средства (ЭВМ, терминалы, устройства ввода и вывода графической информации) и программное обеспечение машинной графики. Последнее базируется на математическом описании графических объектов, в основе которого лежат формализация интуитивных представлений разработчика предполагаемого объекта и автоматизация вывода разработанного объекта в виде, удобном для пользователя.

7.3. Компьютерные сети

При физическом соединении двух или более компьютеров образуется компьютерная сеть . В общем случае, для создания компьютерных сетей необходимо специальное аппаратное обеспечение — СЕТЕВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ — и специальное программное обеспечение — СЕТЕВЫЕ ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА.

Простейшее соединение двух компьютеров для обмена данных называется прямым соединением. Для создания прямого соединения компьютеров, работающих в операционной системе WINDOWS 98, не требуется ни специального аппаратного, ни программного обеспечения. В этом случае аппаратными средствами являются стандартные порты ввода/вывода (последовательный или параллельный), а в качестве программного обеспечения используется стандартное средство, имеющееся в составе операционной системы.

Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей , является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам, а также обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных.

Решение этой задачи относится к области стандартизации и основано на так называемой модели OSI ( модель взаимодействия открытых систем — Model of Open System Interconneсtions). Она создана на основе технических предложений Международного института стандартов ISO ( International Standards Organization).

Согласно модели ISO / OSI , архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях. Общее число уровней — до семи ( рис. 7.1).

Самый верхний уровень — прикладной. На этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Самый нижний уровень — физический. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами.

Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.

Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети действуют стандарты, называемые протоколами . Они определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы ) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы ).

Физические функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства — интерфейсы — и программные средства — ПРОГРАММЫ ПОДДЕРЖКИ ПРОТОКОЛОВ .

Программы, выполняющие поддержку протоколов , также называют ПРОТОКОЛАМИ .

Так, например, если два компьютера соединены между собой прямым соединением, то на низшем физическом уровне протокол их взаимодействия определяют конкретные устройства физического порта (параллельного или последовательного) и механические компоненты (разъемы, кабель и т. д.).

Рис. 7.1. Простейшая модель обмена данными в компьютерной сети

На более высоком уровне взаимодействие между компьютерами определяют программные средства , управляющие передачей данных через порты.

Для стандартных портов они находятся в базовой системе ввода/вывода ( BIOS ). На самом высоком уровне протокол взаимодействия обеспечивают приложения операционной системы. Например, для Windows 98 — это стандартная программа " Прямое кабельное соединение ".

Компьютеры ЛОКАЛЬНОЙ сети преимущественно используют единый комплект протоколов для всех участников. По территориальному признаку локальные сети отличаются компактностью. Они могут объединять компьютеры одного помещения, этажа, здания, группы компактно расположенных сооружений.

Глобальные сети имеют, как правило, увеличенные географические размеры. Они могут объединять как отдельные компьютеры, так и отдельные локальные сети , в том числе и использующие различные протоколы .

Назначение всех видов компьютерных сетей определяется двумя функциями:

определением совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;
определением совместного доступа к ресурсам данных. Так, например, все участники локальной сети могут совместно использовать одно общее устройство печати — сетевой принтер или, например, ресурсы жестких дисков одного выделенного компьютера — файлового сервера .

Это же относится как к программному, так и к информационному обеспечению. Если в сети имеется специальный компьютер , выделенный для совместного использования участниками сети, он называется файловым сервером .

Компьютерные сети , в которых нет выделенного сервера, а все локальные компьютеры могут общаться друг с другом на "равных правах" (обычно это небольшие сети), называются одноранговыми.

Создание локальных сетей характерно для отдельных предприятий или отдельных подразделений предприятий. Если предприятие (или отрасль) занимает обширную территорию, то отдельные локальные сети могут объединяться в глобальные сети . В этом случае локальные сети связывают между собой с помощью любых традиционных каналов связи (кабельных, спутниковых, радиорелейных). При соблюдении специальных условий для этой цели могут быть использованы даже телефонные каналы, хотя они в наименьшей степени удовлетворяют требованиям цифровой связи.

Для связи между собой нескольких локальных сетей , работающих по разным протоколам , служат специальные средства, называемые шлюзами. Шлюзы могут быть как программными, так и аппаратными. Например, это может быть специальный компьютер ( шлюзовой сервер ), а может быть и компьютерная программа . В последнем случае компьютер может выполнять не только функцию шлюза, но и какие-то иные функции, типичные для рабочих станций.

При подключении локальной сети предприятия к глобальной сети важную роль играет понятие сетевой безопасности. В частности, должен быть ограничен доступ в локальную сеть для посторонних лиц извне, а также ограничен выход за пределы локальной сети для сотрудников предприятия, не имеющих соответствующих прав. Для обеспечения сетевой безопасности между локальной и глобальной сетями устанавливают так называемые брандмауэры . Брандмауэром может быть специальный компьютер или компьютерная программа , препятствующая несанкционированному перемещению данных между сетями.

Методологической основой стандартизации в компьютерных сетях является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. Именно на этом подходе базируется стандартная модель взаимодействия открытых систем OSI (Open System Interconnection). Она была создана в начале 1980-х годов на основе технических предложений Международного института стандартов ISO и сыграла важную роль в развитии компьютерных сетей.

Модель OSI определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень. Модель ISO/OSI была разработана на основе большого практического опыта, полученного при создании компьютерных сетей, в основном глобальных, в 1970-е годы.

В модели OSI (рис. 1.1) средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, канальный, физический и сетевой. Самый верхний уровень – прикладной. На данном этапе пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Самый нижний уровень – физический – обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обмен данными в системах связи происходит путем перемещения данных с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки по линиям связи и, наконец, обратного воспроизведения данных в компьютере клиента в результате их перемещения с нижнего уровня на верхний.

Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для обеспечения взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов. Следует четко различать модель OSI и стек протоколов OSI. Модель OSI является концептуальной схемой взаимодействия открытых систем, а стек протоколов OSI представляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов для семи уровней взаимодействия, которые определены в модели OSI

Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней – как правило, чисто программными средствами.

Эти правила принято называть межуровневым интерфейсом. Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему. В сущности, протокол и интерфейс – близкие понятия, но традиционно в сетях за ними закреплены разные области действия: протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах сети, а интерфейсы – правила взаимодействия модулей соседних уровней в одном узле.

Рассмотрим, как в семиуровневой модели OSI проходит обмен данными между двумя пользователями сети, находящимися в разных городах:

на представительном уровне операционная система (ОС) его компьютера фиксирует, где находятся созданные данные (в оперативной памяти, в файле на жестком диске и т.п.), и обеспечивает взаимодействие со следующим уровнем;

на сеансовом уровне компьютер пользователя взаимодействует с локальной или глобальной сетью. Протоколы этого уровня проверяют права пользователя «на выход в эфир» и передают документ протоколам транспортного уровня;

на транспортном уровне документ преобразуется в ту форму, в которой положено передавать данные в используемой сети. Так, документ может быть поделен на небольшие пакеты стандартного размера.

сетевой уровень определяет маршрут движения данных в сети. Например, если на транспортном уровне данные были «нарезаны» на пакеты, то на сетевом уровне каждый пакет должен получить адрес, по которому он будет доставлен независимо от прочих;

канальный уровень необходим для того, чтобы промодулировать сигналы, циркулирующие на физическом уровне, в соответствии с данными, полученными с сетевого уровня. В компьютере эти функции выполняют сетевая карта или модем;

реальная передача данных происходит на физическом уровне. Здесь нет ни документов, ни пакетов, ни даже байтов, есть только биты, то есть элементарные единицы представления данных. Средства физического уровня находятся за пределами компьютера. В локальных сетях с использованием телефонных модемов это линии телефонной связи, коммутационное оборудование телефонных станций и т.п.

На компьютере получателя информации происходит обратный процесс преобразования – от битовых сигналов до документа путем постепенного перехода направлении с нижнего на верхний уровень взаимодействия.

Срочно?
Закажи у профессионала, через форму заявки
8 (800) 100-77-13 с 7.00 до 22.00

Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и
механическим характеристикам и обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных. Решение этой задачи относится к области стандартизации и основано на так называемой модели OSI (модель взаимодействия открытых систем Model of Open System Interconnections). Она
создана на основе технических предложений Международного института стандартов ISO (International Standards Organization).

Модель взаимосвязи открытых систем состоит из 7 уровней взаимодействия компонентов сети компьютерной системы. На Рис. 6. 1 модель процесса взаимодействия двух субъектов компьютерной системы в режиме передачи данных от субъекта системы А к субъекту В. Непосредственно данные передаются на передающем конце с 7-го до 1-го уровня. На приемном конце данные передаются с 1-го до 7-го уровня. На передающей стороне на каждом из уровне к передаваемым данным добавляется информация о соотвествующем уровне, а на приемной стороне извлекается информации соответствующего уровня. Таким образом уровни с 7-го по 2-й образуют логический канал связи, а 1-й образует физический канал связи. Физический канал связи представляет собой физическую среду передачи сигналов (кабель, радиоканал, световой и др.).

Модель взаимосвязи открытых систем определется следующей иерархией.

· 7 уровень – прикладной. Этот, высший уровень в иерархии, обеспечивает поддержку прикладных процессов конечных пользователей. Он содержит все необходимые элементы сервиса для прикладных программ пользователя. На этом уровне пользователь имеет свои прикладные программы, где может делать всё, что ему необходимо, но руководствуется некоторыми установленными правилами при обменах с другим пользователем сети, т.е. выполнять соответствующие протоколы.

· 6 уровень – представительный обеспечивает преобразование данных пользователя к форматам, принятым в данной системе; преобразует символьные строки и коды и организует файлы с целью обеспечения независимости прикладных программ от форм передачи и получения.

· 5 уровень – сеансовый обеспечивает установление и поддержку сеансов связи между абонентами при обмене данными, организует двунаправленный обмен данными с размещением во времени, начало и окончание заданий, восстановление связи после ошибок, связанных с отказом канала и отказом сети взаимодействия, восстанавливается или повторно устанавливается соединение.

Три верхних уровня является прикладным процессом. Четвертый уровень обеспечивает взаимодействие между прикладными процессами, устанавливая между ними логические каналы и обеспечивая передачу по этим каналам информационных пакетов (группу байтов, передаваемых абонентами сети друг другу), которыми обмениваются процессы. Отметим, что столь популярный сегодня Internet - это транспортный уровень. Логические каналы, устанавливаемые транспортным уровнем, называются транспортными каналами.

· 3 уровень – сетевой, обеспечивает интерфейс оконечного оборудования данных с сетью коммутации пакетов, маршрутизацию пакетов в коммуникационной сети, межсетевое взаимодействие. Сетевой уровень обеспечивает функции ретрансляции, в соответствии с которыми данные направляются по маршруту в нужном направлении через устройства пакетной коммутации, т.е. к нужным узлам в соответствии с маршрутными таблицами.

· 2 уровень – канальный обеспечивает процесс передачи данных по информационному каналу. Информационный канал это канал логический, который устанавливается между устройствами соединенными физическим каналом. Канальный уровень обеспечивает управление потоком данных в виде кадров, обнаруживает ошибки передачи, реализует алгоритмы восстановления информации в случае обнаружения сбоев или потерь данных. Второй уровень разбивается на два подуровня: LLC (Logical Link Control), обеспечивающий управление логическим звеном данных, и МАС (Media Access Control), обеспечивающий управление доступом к среде. Второй подуровень поддерживает метод, обеспечивающий выполнение совокупности правил, по которым узлы сети получают доступ к информационному ресурсу.

· 1 уровень – физический, обеспечивает механические, электрические, функциональные и процедурные средства для осуществления физических соединений, их поддержания и разъединения. Среда распространения сигналов является также физическим уровнем.

Рис. 6. 1. Модель взаимодействия уровней связи OSI открытых систем

Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами. Они определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы). Физически функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства (интерфейсы) и программные средства (программы поддержки протоколов). Программы, выполняющие поддержку протоколов, также называют протоколами. Так, например, если два компьютера соединены между собой прямым соединением, то на низшем (физическом) уровне протокол их взаимодействия определяют конкретные устройства физического порта (параллельного или последовательного) и механические компоненты (разъемы, кабель и т. п.). На более высоком уровне взаимодействие между компьютерами определяют программные средства, управляющие передачей данных через порты. Для стандартных портов они находятся в базовой системе ввода/вывода (BIOS). На самом высоком уровне протокол взаимодействия обеспечивают приложения операционной системы. Например, для Windows это стандартная программа Прямое кабельное соединение.

В соответствии с используемыми протоколами компьютерные сети принято разделять на локальные (LAN — Local Area Network) и глобальные (WAN — Wide Area Network). Компьютеры локальной сети преимущественно используют единый комплект протоколов для всех участников. По территориальному признаку локальные сети отличаются компактностью. Они могут объединять компьютеры одного помещения, этажа, здания, группы компактно расположенных сооружений. Глобальные сети имеют, как правило, увеличенные географические размеры. Они могут объединять как отдельные компьютеры, так и отдельные локальные сети, в том числе и использующие различные протоколы.

Локальная вычислительная сеть представляет собой группу компьютеров, сопряженных друг с другом линиями связи и размещенных в пределах несколько компактно расположенных зданий на ограниченной территории, принадлежащей одной организации.

Разделение локальной сети на сегменты улучшает ее производительность, сокращая трафик. Это связано с тем, что пакеты отдельных компьютеров сегмента, адресат которых находится в этом же сегменте, не распространяются по всей сети. Однако следует учитывать, что улучшение производительности локальной сети путем ее разбиения на сегменты будет обеспечено только в том случае, если выделенные сегменты соответствуют рабочим группам, в пределах которых осуществляется интенсивный обмен информацией. При отсутствии разделения локальной сети на сегменты, считается, что данная сеть состоит из одного сетевого сегмента.

Корпоративная, региональная, глобальная сеть объединяет с помощью каналов связи территориально распределенные локальные сети. В качестве основного признака корпоративной сети выступает принадлежность к одной организации, региональной – охват какого-либо региона, например одного города, глобальной – охват территориальных областей, например стран и континентов. Большая региональная сеть может объединять более мелкие региональные и корпоративные сети, глобальная – любые виды компьютерных сетей.

Для наращивания, а также интеграции компьютерных сетей используются различные типы аппаратно-программных устройств:

Рисунок 1. Уровня модели сетевого взаимодействия с повторителями, мостами, маршрутизаторами, шлюзами

- Мосты и коммутаторы предназначены для разбиения локальной сети на сегменты, а также для объединения полученных сегментов и небольших локальных сетей и работают на канальном уровне модели OSI (рисунок 1). Объединяемые сегменты и локальные сети должны функционировать по одинаковым протоколам среднего и высокого уровней эталонной модели (с сетевого по прикладной уровень). Протоколы канального и физического уровней могут отличаться. Соответственно мосты и коммутаторы обеспечивают объединение сегментов и локальных сетей с разной топологией, например Ethernet и Token Ring. Отдельные мосты и коммутаторы, например маршрутизирующий мост, помимо своих функций поддерживают некоторые функции сетевого уровня для оптимизации передачи данных. Современные коммутаторы позволяют объединять сегменты и локальные сети с различными протоколами не только физического и канального уровней, но и сетевого уровня, например с протоколами IP и IPX. Современные коммутаторы также выполняют функции повторителей.

Мосты имеют достаточно простую архитектуру и представляют собой специализированный компьютер с двумя или более сетевыми адаптерами. Объединяемые сегменты локальной сети присоединяются к портам моста, в качестве которых выступают сетевые адаптеры (рисунок 2). Каждый сетевой сегмент присоединяется к сетевому адаптеру, тип которого совпадает с типом этого сегмента. Мост чаще всего имеет от двух до четырех портов.

Любой пакет, отправленный компьютером какого-либо сегмента сети, приходит в порт моста, к которому этот сегмент подключен. Если получатель данного пакета находится в другом сегменте сети, то мост направляет этот пакет в порт, к которому подсоединен сегмент с получателем. Этот процесс называется ретрансляцией. Пакет ретранслирован означает, что он получен одним портом моста и передан через другой. В случае когда принятый портом моста пакет имеет адрес получателя, находящегося в пределах присоединенного к этому мосту сегмента, данный пакет не ретранслируется. Этот процесс называется фильтрацией. Пакет отфильтрован – значит, он получен одним портом моста и не ретранслирован другим. Принятие мостом решения о том, ретранслировать полученный пакет или отфильтровать, основано на запоминании МАС – адресов компьютеров, входящих в присоединенные к портам моста сегменты. Данные адреса хранятся в памяти моста в виде таблицы, ставящей в соответствии МАС – адресу каждого компьютера номер порта, к которому подсоединен сегмент с этим компьютером. Заполнение таблицы адресов мост осуществляет сам.

Функции моста может выполнять и обычный подсоединенный к сети компьютер со специальным программным обеспечением и несколькими сетевыми адаптерами, каждый из которых предназначен для одного из связываемых сегментов сети. Если в качестве моста используется сервер, то такой мост называют внутренним, а если рабочая станция – внешним. При использовании в качестве моста рабочей станции, эту станцию не следует применять для других функций, так как любой отказ запущенной на ней пользовательской программы может привести к нарушению информационного обмена в сети.

Рисунок 2. Схема подключения сегментов локальной сети к мосту

- шлюзы (специализированные компьютеры) выполняют функции маршрутизации и предназначены для объединения компьютерных сетей, функционирующих по несовместимым протоколам информационного взаимодействия. Если локальные сети построены по протоколам, отличающимся не только на физическом, канальном и сетевом уровнях модели OSI, но и на более высоких уровнях, то для объединения таких сетей или сегментов сети должны использоваться шлюзы. Шлюзы обычно работают на прикладном уровне модели OSI, обеспечивая маршрутизацию передаваемой информации и протокольное преобразование для всех уровней модели сетевого взаимодействия. Например, шлюзы необходимы для подсоединения к современным локальным сетям устаревших ЭВМ. Обычно шлюзы позволяют пользователям объединенных систем воспользоваться такими сервисами, как электронная почта, пересылка файлов и доступ к базе данным.

В современных сетях сегменты локальной сети соединяются с мостом, коммутатором или маршрутизатором только через повторители (рисунок 3).

- концентраторы предназначены для связывания нескольких устройств между собой. В некоторых сетях при кольцеобразной и звездообразной топологии, концентраторы выполняют функцию повторителей. Такие концентраторы называются активными или их еще называют хабы, объединяющие группы компьютеров в сетевом сегменте. Также активные концентраторы реализуют функции усиления сигнала. Пассивные концентраторы реализуют только функции разветвления. Соответственно к активным концентраторам может быть подсоединено большее количество компьютеров, например 16 или 32, а кабельные соединения могут иметь большую длину, например от 45 до 200 м в зависимости от кабеля. Пассивный концентратор используется в дополнение к активному и обеспечивает подключение только нескольких компьютеров, например трех. При этом максимально возможная длина кабеля не должна превышать нескольких метров. Кроме того, в активных концентраторах все имеющиеся порты являются и входными и выходными.

Читайте также: