Introduction into computer networks

Компьютерные сети

Основные этапы развития сетевых технологий

1947 г. – первая сеть передачи данных в США SAGE (Semi Automatic Ground Environment).

1969г. – ARPANET (по имени курирующей организации DARPA — Defense Advanced Research

Project Agency),

В 1970-х годах сеть в основном использовалась для пересылки электронной почты, тогда же

появились первые списки почтовой рассылки, новостные группы и доски объявлений.

1984г. - была разработана система доменных имён (DNS).

1989г. - году в Европе, в стенах Европейского совета по ядерным исследованиям (ЦЕРН) родилась

концепция Всемирной паутины. Её предложил знаменитый британский учёный Тим Бернерс-Ли,

он же в течение двух лет разработал протокол HTTP, язык HTML и идентификаторы URI.

Основные этапы развития сетевых технологий

Классификация компьютерных сетей

По территориальной распространенности

PAN (Personal Area Network)

ЛВС (LAN, Local Area Network)

CAN (Campus Area Network — кампусная сеть)

MAN (Metropolitan Area Network)

WAN (Wide Area Network)

По архитектуре

Клиент-сервер

Одноранговая сеть

Классификация компьютерных сетейПо типу сетевой топологии

Шина

Кольцо

Смешанная топология

Fat Tree

Звезда

Звезда Ячеистая Решётка Дерево

Классификация компьютерных сетей

По типу среды передачи

Проводные (телефонный провод, коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель)

Беспроводные (передачей информации по радиоволнам в определенном частотном диапазоне)

По функциональному назначению

Сети хранения данных

Серверные фермы

Сети управления процессом

Сети SOHO, домовые сети

По скорости передачи

низкоскоростные (до 10 Мбит/с), среднескоростные (до 100 Мбит/с), высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с);

Трансокеанические связи

Сетевые интерфейсы

Интерфейс – формально определенная логическая и/или физическая граница между

взаимодействующими независимыми объектами. Интерфейс задает параметры, процедуры и

характеристики взаимодействия объектов.

Физический интерфейс – (наз. порт) определяется набором электрических связей и

характеристиками сигналов.• Представляет собой разъем с набором контактов, каждый из которых имеет определенное

значение, например, синхронная передача данных.

• Пара разъемов соединяется кабелем, состоящим из набора проводов.

Логический интерфейс (наз. протокол) – это набор информационных сообщений определенного

формата, которыми обмениваются два устройства или две программы, а также набор правил,

определяющих логику обмена этими сообщениями.

Сетевые интерфейсы

Физическая передача данных по линиям связи

Кодирование — способ представления данных в виде электрических или оптических импульсов

Физическое кодирование

Самым нижним уровнем в иерархии кодирования является физическое кодирование, которое

определяет число дискретных уровней сигнала (амплитуды напряжения, амплитуды тока,

амплитуды яркости).

Логическое кодирование

• Вторым уровнем в иерархии кодирования является самый нижний уровень логического

кодирования с разными назначениями.

• В совокупности физическое кодирование и логическое кодирование образуют систему

кодирования самого низшего уровня.

Физическая передача данных по линиям связи

код NRZ (перевёрнутый)

Манчестерское кодирование

Адресация узлов сети

Плоская организация множества адресов.

MAC–адрес, предназначен для однозначной идентификации сетевых интерфейсов в локальных

сетях.

Пример: 00:81:00:5e:24:a8.

MAC-адрес встраивается в аппаратуру компанией-изготовителем – аппаратный адрес (hardware

address).


Иерархическая организация

множество адресов структурируется в виде подгрупп, которые, последовательно сужая адресуемую

область, определяют отдельный сетевой интерфейс.

Пример: IPX и IP адреса.

IP-адрес - это уникальный сетевой адрес узла в компьютерной сети, построенной по протоколу IP.

В сети Интернет требуется глобальная уникальность адреса; в случае работы в локальной сети

требуется уникальность адреса в пределах сети. В версии протокола IPv4 IP-адрес имеет длину

4 байта, в IPv6 — 16 байт.


Обычно применяют сразу несколько схем адресации, сетевой интерфейс компьютера может быть

одновременно иметь несколько адресов имен.

Для преобразования адресов из одного вида в другой используется специальные вспомогательные

протоколы – протоколы разрешения адресов (ARP – address resolution protocol).

Проблема установления соответствия между адресами различных типов решается как

централизованными, так и распределенными средствами.

Коммутация

• Коммутация – соединение конечных узлов через сеть транзитных узлов.

• Маршрут – последовательность узлов, лежащих на пути от отправителя к получателю.

Маршрутизация

Две подзадачи маршрутизации:

• Определение маршрута;

• Оповещение сети о выбранном маршруте.

Определить маршрут означает выбрать последовательность транзитных узлов и их интерфейсов,

через которые надо передавать данные, чтобы доставить их адресату.

Сетевая модель OSI

Сетевая модель OSI (англ. open systems interconnection basic

reference model — базовая эталонная модель взаимодействия

открытых систем, сокр. ЭМВОС; 1978 г) — сетевая модель стека

сетевых протоколов

Уровни модели OSI

1 Прикладной уровень

2 Уровень представления

3 Сеансовый уровень

4 Транспортный уровень

5 Сетевой уровень

6 Канальный уровень

7 Физический уровень

Стек протоколов TCP/IP

Стек протоколов TCP/IP — набор сетевых

протоколов передачи данных, используемых

в сетях, включая сеть Интернет. Название

TCP/IP происходит из двух наиважнейших

протоколов семейства — Transmission Control

Protocol (TCP) и Internet Protocol (IP), которые

были разработаны и описаны первыми в

данном стандарте.


прикладной уровень (application layer),

транспортный уровень (transport layer),

сетевой уровень (network layer),

канальный уровень (link layer).


Протокол TCP

TCP (англ. Transmission Control Protocol, протокол управления передачей) — один из основных

протоколов передачи данных Интернета.

Выполняет функции протокола транспортного уровня в стеке протоколов IP. Механизм TCP

предоставляет поток данных с предварительной установкой соединения, осуществляет

повторный запрос данных в случае потери данных и устраняет дублирование при получении

двух копий одного пакета, гарантируя тем самым, в отличие от UDP, целостность передаваемых

данных и уведомление отправителя о результатах передачи.

Протокол UDP

UDP (англ. User Datagram Protocol — протокол пользовательских датаграмм) — один из ключевых

элементов TCP/IP, набора сетевых протоколов для Интернета.

UDP использует простую модель передачи, без неявных «рукопожатий» для обеспечения

надёжности, упорядочивания или целостности данных. Таким образом, UDP предоставляет

ненадёжный сервис, и датаграммы могут прийти не по порядку, дублироваться или вовсе

исчезнуть без следа. UDP подразумевает, что проверка ошибок и исправление либо не нужны,

либо должны исполняться в приложении. Чувствительные ко времени приложения часто

используют UDP, так как предпочтительнее сбросить пакеты, чем ждать задержавшиеся пакеты,

что может оказаться невозможным в системах реального времени.

Как работает TCP/IP

https://www.youtube.com/watch?v=HOaIqQAeaik

https://www.youtube.com/watch?v=HOaIqQAeaik

Система DNS

DNS (англ. Domain Name System — система доменных имён) — компьютерная распределённая

система для получения информации о доменах. Чаще всего используется для получения IP-

адреса по имени хоста (компьютера или устройства)

Основой DNS является представление об иерархической структуре доменного имени и зонах.

Каждый сервер, отвечающий за имя, может делегировать ответственность за дальнейшую

часть домена другому серверу (с административной точки зрения — другой организации или

человеку), что позволяет возложить ответственность за актуальность информации на серверы

различных организаций (людей), отвечающих только за «свою» часть доменного имени.

Протокол DHCP

DHCP (англ. Dynamic Host Configuration Protocol — протокол динамической настройки узла) —

сетевой протокол, позволяющий компьютерам автоматически получать IP-адрес и другие

параметры, необходимые для работы в сети TCP/IP. Данный протокол работает по модели

«клиент-сервер». Для автоматической конфигурации компьютер-клиент на этапе конфигурации

сетевого устройства обращается к так называемому серверу DHCP, и получает от него нужные

параметры. Сетевой администратор может задать диапазон адресов, распределяемых

сервером среди компьютеров. Это позволяет избежать ручной настройки компьютеров сети и

уменьшает количество ошибок. Протокол DHCP используется в большинстве сетей TCP/IP.

Настройка сети в Windows