Компютърни мрежи и комуникации

Публикувано на април 4 2011 Добави коментар

Въведение в компютърните мрежи и комуникации.

доц. Драгомир Паргов

гл.ас. Ваня Павлова

В исторически план в нашия регион компютрите се появяват през 50-те и 60-те години на ХХ век. Използвали са се за извършване на определени изчислителни операции. Изкуствени спътници.

През 40-50-те години на ХХ век  IBM – International business machine правят специални изследвания и установяват, че световният пазар може да бъде покрит от около 5 изчислителни машини.

През 1977г. DEC правят изследване и експерти им считат, че няма причина някой  потребител да поиска компютър в къщи.

Първата комуникационна мрежа е телеграфната мрежа. В САЩ Самуел Морз проектира и въвежда електрическия телеграф. В средата на ХІХ век се появява и телефонната мрежа. Western Union прави извода, че телефона има прекалено много недостатъци, за да бъде приет като средство за комуникация. 1960г. се счита за година в която се приема, че телефонната система е световна комуникационна система.

С развитието на компютрите се развиват и технологиите в комуникациите.

-първо се развива комутиране на електрически вериги, която се появява и развива с развитието на телефонната система. Тя е за гласова комуникация. Тази технология не е подходяща за предаване на компютърни данни, защото те се изпращат на пакети, като периоди на висока активност се редуват с периоди на ниска активност. Затова компютрите пораждат необходимостта за нова технология и тя е:

-комутиране на пакети

През 60-те години на ХХ век правителството на САЩ и Министерството на отбраната  поставят задача пред НИЦ (научно изследователски центрове) да се разработи технология, която да може да издържи и запази функционалността си и след ІІІ-та световна ядрена война. Така се формира агенция ARPA, която през 1969 година разработва първа компютърна мрежа с технологията комутиране на пакети ARPANet и това е основата на Интернет. От нея по-късно се отделя Интернет и MilNet -мрежа на Министерството на отбраната (милитари).

О: Компютърна мрежа – две или повече устройства, свързани по определен начин с цел използване на общи ресурси, информация или на ресурси и информация.

За мрежа са нужни не по-малко от две устройства. Връзката може да бъде кабел – коаксиален, усукана двойка, оптичен и т.н. или безжична връзка. Разпределянето на ресурси – могат да са устройства (принтери, модеми и всякакъв друг хардуер), както и  приложни програми, файлове с данни, бази с данни и т.н.

Предимства и ползи от свързване в мрежа:

-         споделяне и общо използване на изходни устройства – това могат да бъдат принтери, плотери, факс апарати и всичко предназначено да извежда информация от компютърната система;

-         споделяне и общо използване на входни устройства – скенери, факс апарати, дигитайзери и т.н;

-         споделяне на запаметяващи устройства – дискове, CD, DVD, дискетни устройства и т.н.

-         споделяне на модеми и интернет връзки;

-         споделяне на данни и приложения  – единият начин е всеки държи на своето РС данните, но така,  като се променят от един, не се променят при другия; другият начин е данните да са на сървъра и тогава промяната на данните се отразява за всички. Дори да няма поддържащ сървър, може едната работна станция да стане като сървър и на нея да седи общата база с данни.

Терминология

І. Терминология, свързана със концепциите

* мрежов модел – графично представяне на процесите на мрежовите комуникации;

Най-известните от моделите, представят мрежовите комуникации на отделни нива – слоести модели:

- OSI модела на ISO;

- DoD Department of Defence (TCP/ IP) – 4-слоест модел;

- мрежови модел на Microsoft MS

* мрежа клиент/сървър – базиране на сървър мрежи (сървърно базирани мрежи). Има две компоненти – клиент и сървър.

клиент – клиентски компютър, това е мрежово устройство, което изпраща запитване към друго мрежово устройство за ползване на ресурси и данни на  второто мрежово устройство.

сървър – компютър или произволно мрежово устройство, които отговарят на цитираното по-горе запитване и споделят ресурсите и данните си с клиента. На базата на това понятие – мрежа клиент/сървър съществува понятието:

* равноправни мрежи (peer to peer) -  това е мрежа, в която всички мрежови устройства са равноправни. Независимо от равнопоставеността, има запитване и отговаряне. Всяко устройство може да е и сървър и клиент.

ІІ. Терминология, свързана с мрежовия хардуер

Във всяко едно мрежово устройство има:

* NIC – мрежова интерфейсна карта (мрежови адаптер също се среща като понятие);

* Media – преносна среда – съвкупност от средства, с чиято помощ сигналите биват изпращани от едно мрежово устройство на друго по кабел или друга медия. Сред най-разпространените медии са:

- коаксиален кабел;

- кабел тип „усукана двойка” – двойка медни проводници, по които се пренася електрически сигнал, усукани във вътрешността и с външна защитна обвивка.

От своя страна, кабел тип усукана двойка се разделя на:

- UTP – неекранирано усукана двойка;

- STP – екранирана усукана двойка

- оптични влакна Fiber Optic – кабели с ядро стъклена или пластмасова нишка, по която се пренасят светлинни импулси. Това е нова технология с по-висока скорост на предаване и запазване целостта и силата на сигнала на по-големи разстояния. По-скъпи са и с тях се работи по-трудно.

* устройства за свързване – различни типови устройства за свързване на мрежови сегменти и подмрежи в мрежи или за разделяне на една мрежа в подмрежи. Към тях са: повторители, хъбове, суичове, рутери.

ІІІ. Терминология, свързана с мрежовия софтуер

* мрежови протокол – набор от правила, по които комуникират мрежовите устройства — TCP/IP;

* протоколен стек (Protocol Stack)– съвкупност от два или повече протокола, работещи заедно — TCP/IP;

* протоколен пакет (Protocol Suite) – съвкупност от няколко протокола, извършващи различни функции, свързани с различни аспекти на комуникационния процес. Примери:

– TCP/IP;

* мрежова операционна система NOS (network operating system);

* клиентска операционна система – настолна операционна система, защото голяма част от крайните РС-та са настолни;

- хибридни мрежи – използващи различни софтуери от различни производители, който работи съвместно.

ІV. Терминология, свързана с мерните единици:

- bit

- byte

- Kb, Mb, Gb

- KB, MB, GB

- Kbps Mbps – стандартни мерни единици за количество данни предавани през дадена мрежова връзка за секунда

-KBps MBps – стандартни мерни единици за количество данни предавани през дадена мрежова връзка за секунда

V . Терминология, свързана с дизайна и топологията на мрежите.

Има два вида топологията – физическа и логическа:

- физическа топология – свързана с разположението на мрежовите устройства. Определя физическата форма на мрежата.

- логическа топология – формира се на базата на пътя, по който се предават сигналите от едно мрежово устройство на друго. Базира се на логическия път на компютърната връзка. Може да отговаря на физическата, но може и да е различна.

. Терминология, свързана с дизайна:

- LAN Local Area Network

- MAN Metropolitan Area Network

- WAN  Wide Area Network

Класификация на мрежите. Видове мрежи

Категоризация на мрежите. Типове мрежи

  1. Физически обхват

Мрежите се разделят на три основни вида

-         LAN Local Area Network – локална. Определящо е локална – за конкретно място, физическо място. Стая, етаж, сграда. Мрежовата архитектура и вида на кабела може да ограничи броя на компютрите. (виж фиг.2). В рамките на такава мрежа може да се създаде и дадена организация. Да се обединят РС-та в работна група – отдел „Човешки ресурси“, „Счетоводство“. Това се прави с цел сигурност на данните и по-добра организация на мрежата.

-         MAN Metropolitain Area Network – градска. Тип високо производителна обществена мрежа за нуждите на бизнеса и структурите на един град. Има такава в София, изграждат се и в други областни градове. (виж фиг3). Няколко LAN мрежи свързани една с друга. Мрежата на територията на град София е част от НАМДА – националната мрежа на държавната администрация на България.

-         WAN Wide Area Network – глобална. Покрива голяма геграфска област и е съвкупност от множество LAN мрежи, взаимосвързани помежду си. Например Internet. internet, intranet – (глобална частна мрежа в рамките на дадена фирма или организация, която използва протоколи и технологии, същите каквито се използват в Интернет) корпоративна мрежа, частна мрежа, вътрешна мрежа, extranet – също така глобална частна мрежа, която също използва Интернет протоколи и технологии, но достъпа до тази среда се осъществява по отдалечени връзки към клиенти, дистрибутори, партньори, доставчици. По отношение на организацията WAN се разделят на разпределени и централизирани. Централизираните са базирани на един централен сървър за управление или централен офис от където се осъществява управлението, докато разпределените нямат обособена централна точка на управление. По отношение на скоростите WAN е по-слаба от LAN комуникацията. Те се отнасят към групата на така наречените маршрутизируеми мрежи. Те имат маршрутизатор (рутер).

  1. Метод на администриране. Видове мрежи: – как и от кого се управляват ресурсите и данните в компютърната мрежа:

-         равноправни мрежи (peer to peer)

Всички устройства са равноправни, всеки един потребител администрира ресурсите и данните на своята машина. Предимства – по-прости, по-евтини за реализация и експлоатация, защото не изискват скъп мощен хардуер, не изискват мрежова операционна система, специализиран сървърен софтуер, не изискват и специално назначен администратор. Недостатъци – от една страна реализацията е по-несигурна от гледна точка на експлоатацията, от друга страна всеки един потребител, независимо от образование и квалификация, трябва да е обучен сам да администрира ресурсите и данните на своята машина. При разрастване на мрежата, администрирането става неуправляемо;

-         сървърно базирани мрежи

Администрирането е централизирано на машинен компютър работещ с мрежова операционна система и специален сървърен софтуер. Този компютър автентицира информацията за името и паролата на потребителя, за да позволи на оторизираните потребители да ползват мрежата. Предимства – на първо място – по-лесни за администриране, назначени са администратори и администрират централизирано. По-лесна поддръжка на ресурсите и данните и правене на архив на данните. По-добра сигурност и защита на ресурсите и данните в мрежата. Недостатъци – изисква назначаването на администратори, по-скъпа е. Изисква по-скъп, по-мощен хардуер, сървърна операционна система. Избор на метод на администриране няма точен. Редица фактори, като компютърни станции, персонал, бюджет и т.н. са комплексни при избора на метод за администриране;

-         О: Сървър – компютър който прави своите ресурси (периферия, софтуер, данни) достъпни за другите компютри от мрежата. Сървърът споделя своите периферия и т.н. с другите мрежови устройства. Това са първа група сървъри или сървъри, споделящи ресурси. Съществуват и специализирани сървъри. Например този, който извършва автентификация. В зависимост от изпълняваните функции в състава на една компютърна мрежа има: файлов сървър file server, приложни сървъри application server, уеб сървъри web server, пощенски сървър mail server, сървъри за отдалечен достъп, телефония и т.н. Една част от тези сървъри работят с клъстери, клъстерни сървъри – група от независими компютърни системи на които е инсталиран софтуер, позволяващ им да работят заедно, като една система, за да осигурят достъп на клиентите до критично важни приложения и ресурси. Факс сървъри и други;

-     NAT сървър network address translation – адресна транслация;

-         Proxy сървър – кешира информацията в паметта;

-         DNS Domain name system – система за именуване надомейни;

-         DHCP Dynamic Host Comunication Protocol – назначава IP адреси, динамично конфигуриране;

-         О1: Клиент – компютър или всяко друго мрежово устройство, отправящо заявки за достъп до мрежови ресурси; О2: Клиент  -  хардуер, а и софтуер – програма която осъществява достъп до сървърни програми. На тази база се въвежда понятието клинтска операционна система, базова и т.н.

-         О: Работна станция – компютър, настолен или преносим, работещ под управление на произволна клиентска операционна система. Например: Work station Windows NT 4.0 Workstastion SUN Workstastion – мощен компютър, използван за изпълнение на приложен софтуер, който интензивно използва ресурси.

-         О:Host – хост – компютрите в мрежата са хостове. Понятието се използва за означаване на мрежи, базирани на TCP/IP протокола и може да включва всяко мрежово устройство, на което е зададен IP адрес. От друга страна означава осигуряване услуга на друго устройство. Уеб сървъра осигурява (хоства) уеб услугата на училището.

-         О: Node – възел – крайна точка на мрежова връзка или съединение, общо за две или повече линии в една мрежа. Възлите могат да бъдат процесори, контролери, работни станции и т.н. Понякога термина възел се използва за означаване на всяка единица, която може да осъществи достъп до мрежата, поради което значението често съвпада с устройство.

  1. Класификация на базата на МОС (мрежова операционна система) – 4 основни групи:

-         Windows мрежите – изградени с мрежовата операционна система на Майкрософт;

-         Novell Netware мрежите – характеризира се със сигурност при влизане и като функционалности управление на файлов сървър и принт сървър. Широко разпространена в определени части на света. Всички уиндоуси са съвместими с новел. Novell 4.х 5.х поддържат директорийни услуги. Подобна услуга е известна под името Active Directory се поддържа и от Майкрософт

-         Unix мрежите – популярна и широко разпространена. Характерно е, че е тестово базирана и е трудна за изпозване. Linux намира приложение и като сървърна и настолна операционна система, с отворен код.

-         Хибридни мрежи – това са средни и големи мрежи, които работят със софтуер от различни производители, използват множество протоколи и концепции. Така например Windows домейн контролер, Novell Netware file сървър и Unix базиран нет имейл сървър.

  1. Класификация по мрежови протокол

О: Протокол – правилата, следвани от свързаните мрежови устройства при установяване и поддържане на комуникация в мрежата

-         Net BEUI – протокол за изграждане на малки, прости по типология мрежи, разработена от IBM за работни групи, характеризира се с простота, малко използвани мрежови ресурси, бързина, не изисква въвеждане на сложна информация при конфигуриране на мрежата.

-         IPX/SPX – използва се при изграждане на Novel мрежите

-         TCP/IP – най-широко разпространения и използван протокол и същевременно най-бавен и труден за конфигуриране. Въпреки тези недостатъци, той е най-разпространен, защото:

* използва гъвкава схема за адресиране, подходяща за маршрутизиране, дори при най-големите мрежи.

* почти всички мрежови ОС използват или могат да използват този протокол.

*налични и достъпни са огромен брой помощни програми и инструменти, някои от които са включени в комплекта протоколи, а други са допълнително добавяни, в помощ на мрежовите администратори и улесняват тяхната работа.

* това е протокола на Интернет.

-         Apple  работи по ОС Macintosh и използват протокол Apple Talk

  1. Класификация по топология

-         шина – нарича се още линейна шина

Изпълнява се с използване на дебел или тънък коаксиален кабел. Комуникацията е от едно мрежово устройство до всяко друго. Изисква две неща:

* терминиране на сигнала на двата края, за да не се получават отразени сигнали;

* изисква единия край на шината да е заземен.

Предимства – просто и лесна за инсталиране и експлоатация; относително евтина реализация (използва се по-малко кабел).  Недостатъци – пасивна топология (тази реализация е уязвима към затихване от загуба на силата на сигнала с увеличаване на разстоянието), прекъсване на шината води до прекъсване на комуникацията. Област на приложение – изграждане на малки и временни мрежи.

-         Кръг

Това е активна топология. Всяко едно мрежово устройство получава сигнала изпратен от предния и преди да го пусне да върви в мрежата го регенерира (възстановява) така не сме зависими от разстоянията. Предимства – просто и лесна за инсталиране и отстраняване на неизправности. По-надеждна от предната, но пък по-скъпа и притежава недостатъка, че прекъсване на кръга води до прекъсване на комуникацията. Добавянето на нови устройства е по-трудно.

-         Звезда

Една от най-популярните топологии, при която мрежовите устройства са свързани към една определена точка. Хъба може да е пасивен и активен (регенерира сигнала). Хъба може и да е интелигентен, има вградени диагностични възможности. Мрежова карта, преносна среда, хъб. Използва се най-често UTP кабел. Лесна и удобна е за работа, лесно се конфигурира и добавят нови устройства. Прекъсването на кабела на едно място, прекъсва една комуникация, но мрежата като цяло запазва своята работоспособност. Има висока надеждност. Има изискване за едно или повече допълнителни устройства, а това е пари и поддръжка, както и повече кабел – тя е по-скъпа топология.

-         решетка – (фиг.7) – решетъчни мрежи. Всяко устройство е свързано с останалите. Много надеждно, но и сложно за реализация и висока цена. Броя на свързванията нараства експоненциално с добавяне на ново устройство.

-         хибридни мрежи – (фиг 8) – полурешетъчна топология – комбинация между различни видове, като едната е решетъчна в част от мрежата.

-         комбинирани – (фиг9) – например училището е на 3 етажа, като всеки етаж е реализиран на топология звезда, а между етажите е свързано в топология линейна шина. Това се нарича Backbone гръбнак на мрежата.

  1. Класификация по архитектура или мрежова архитектура – включва набор от спецификации, които отчитат нейната физическа и логическа топология, типа на използвания кабел, ограниченията в разстоянията, методите за достъп до преносната среда, размера на пакетите и някои други фактори. Тук мрежите се класифицират в следните категории:

-         Ethernet – разработена е от три известни фирми Xerox, Intel, Digital през 60-те години на ХХ век. Тя е най-популярната и широко разпространена мрежова архитектура. Тази архитектура се изгражда на основата на две топологии – линейна шина и звезда. На метод на достъп до преносната среда използва множествен достъп с разпознаване на носещата честотна и откриване на колизии.

* множествен достъп – множество устройства и РСта имат достъп до преносната среда

* разпознаване на носещата честотна – механизъм, при който готовото за предаване на данни мрежово устройство проверява канала за наличие на носеща честотна. Проверява дали канала е свободен или друго устройство го е заело. Ако канала е свободен, това мрежово устройство може да предава данните.

* откриване на колизии – може да се случи ситуация: две мрежови устройства да са готови да предават данни и започват едновременно. Тогава пакетите се сблъскват и се разрушават и това е колизия. Тогава двете устройства изчакват интервал от време различен за двете и тогава започва да се предава и което е с по-малко време предава първо.

Разделя се на три основни реализации:

- стандартен Ethernet – работи със скорост от 10 Mbps;

- бърз или fast Ethernet – работи със скорост до 100 Mbps;

- гигабит Gigabit Ethernet – до 1000 Mbps

От своя страна категорията LAN Ethernet се разделя на:

–10 Base 2

Скорост на предаване на данни-10 Mbit/sec . Основна използвана топология-обща шина. Кабел-коаксиален, тънък (6мм), тип RG-58 със съпротивление 50 ома. Максимална дължина на сегмента- 185 метра. Метод на предаване на сигнала-Baseband. Обща дълбина на кабела във всички сегменти, включвайки свързаните чрез повторители (репитери)-не повече от 925 м. Минимално разстояние между възлите-0.5 м.  Общ брой възли (точки на включване) в един сегмент (включително повторители) – не по-голям от 30. Сегментът завършва с терминатори, единият от които се заземява. Максималният брой сегменти в мрежата е 5 . Работи с вграден трансивър (приемо предавателно устройство което генерира и приема сигнали). Мрежовите адаптери се свързват към магистралния кабел спомощтана Т-конектори, не се допускат „опашки“ от основния (магистралния кабел, както е например при 10Base5).

–10 Base 5

Скорост също 10 Mbps и топология линейна шина. По името на стандарта може да се съди за характеристиките на мрежата. Така, например, 10Base5 се дешифрира по следният начин: 10 – скорост на локалната мрежа в MB/sec.; Base=Baseband, Broad=Broadbant; 5-дължина на мрежовият сегмент в стотици метри. Дебел коаксиален кабел, терминиране на сигнала в краищата, заземяване. Работи с външен трансивър.

–10 Base T

Скорост на предаване на данни-10 Mbit/sec. Максимално разстояние между 2 устройства-100 метра (в този случай точно това се има предвид под понятието сегмент). Основна топология-тип звезда. Кабел UTP (усукана неекранирана двойка) категория 3 или по-висока. Тип конектор-RJ-45. Когато трябва да се свържат повече от 2 мрежови устройства се използва хъб (hub). Хъбовете могат да се свързват каскадно, използвайки дървовидна топология.. Максимален диаметър на мрежата-500 м.  Количество възли в мрежата-1024

При този стандарт за свързване се използват две двойки усукани кабели-едната за предаване, а другата-за приемане. При свързване на контролер към хъб се използва директна връзка, а при свързване на два хъба или както е в случай на връзка между два компютъра без хъб, crossover връзка, в която проводниците, от едната страна свързани към перата на съединители, служещи за предаване, от другата се свързват към перата, служещи за приемане и обратно.

Обикновено мрежите с буква Т се наричат UTP Ethernet мрежи. UTP кабелите се произвеждат в различни категории, обозначени със съответна цифра.

UTP cat 1

UTP cat 2

UTP cat 3

UTP cat 4

UTP cat 5

UTP cat 5е

UTP cat 6

UTP cat 7

Реализациите тип Т се изпълняват в типология звезда. Числата отпред показват скоростта.

– 100 Base T

– 1000 Base T

Може да се срещне изместване на буквата Т с FL – това ще рече че се използва оптичен кабел -  устойчиви са на смущения и устойчиви на затихване, но по-скъпи , по-капризни на работа.

-         Token Ring -

-         Apple Talk

-         ARCNet

Мрежови концепции, модели и стандарти и спецификации

Мрежовата комуникации се изгражда на основата на следните три концепции:

  1. Двоичен език – машинен език

-         десетична броична система

-         шестнадесетична бройна система – използва се в компютрите защото е по-лесно преобразуването между нея и двоичната бройна система.

-         двоична бройна система – най-простата само с 0 и 1 и се използва в компютрите. Фиг. 11 двоичния запис е лесен и удобен за представяне на това дискретно състояние.

  1. Модели за изграждане на мрежи, създадени за графично представяне на процеса на комуникация.
  2. Стандарти и спецификации – създават се за улесняване процеса на комуникация между мрежови продукти на различни производители.

Пакет – предаване на данни от едно мрежово устройство на друго. Данните, преди да бъдат изпратени по мрежата като електрически импулси, се разделят на парчета, за по-лесното им предаване. Това са по-малки секции. Към всяка една секция се прикачват две компоненти. Едната е заглавна част (хедър/и), а втората – данни. (Фиг. 12) На края на всяко едно парче има завършваща информация, наречена трейлър. Това цялото, представлява един пакет и се предава по мрежата. Предимството от разделянето на данните е следното.

  1. Мрежовите устройства и компютрите в мрежата могат да използват много и най-различни пътища за предаване на пакетите и един компютър не може да монополизира, при предаване на файл, преносната среда само за себе си.
  2. На второ място, ако мрежовата комуникация бъде прекъсната по една или друга причина, не е необходимо да се предава повтарно целия файл, а само пакета, който не е предаден.
  3. На трето място, в зависимост от топологията на мрежата и типа на свързването, различните пакети могат да преминават по различен път за да стигнат до местоназначението. Това означава, че ако един маршрут се препълни и процеса на предаване стане по-бавен, останалите пакети могат да пътуват по по-ефикасен маршрут.

Протоколите за работа в мрежата осигуряват последователно предаване на данните така, че пакетите да бъдат сглобявани правилно на мястото на тяхното приемане. В приемащото мрежово устройство, пакетите трябва да се сглобят в обратен ред. За целта всеки един пакет, освен предаваните данни, съдържа хедър, в който се записва друга допълнителна информация. На първо място това е адресна информация, с помощта на която пакетите достигат своето местоназначение, а също така и информация за последователността, така че данните да бъдат подредени правилно, когато пакетите пристигнат на мястото си. Завършващата информация, поставена в края на пакета и се нарича трайлър, най-често включва данни за проверка за грешки. Именно компонента за проверка за грешки в трейлъра се нарича циклична проверка с излишък CRC code  Cyclical Rednndomay Check. Тази компонента извършва изчисления в двоична бройна система върху пакета, преди той да напусне мрежовото устройство на източника и тази стойност се записва тук. СRС компонентата извършва същото изчисление над същия пакет втори път, когато той пристигне в местоназначението си. Ако резултатите са различни, това означава, че данните са променени при пренасянето. И именно при открито такова различие, този пакет трябва да бъде предаден повторно. Точния брой на полетата в пакета и хедъра, както и размера на всяко едно поле зависи от мрежовата архитектура и от използваните условия за предаване.

Модели – процеса на мрежова комуникация се извършва последователно на няколко стъпки и етапи. Разработчиците са постигнали съгласие, че най-добрия начин за описание на процеса на мрежова комуникация е под формата на многослоен процес. Мрежовите модели се разработват да помогнат да се опишат, изучат и разберат процесите на мрежова комуникация. Това е тяхното основно значение. Мрежовите модели са основа на стандартизацията. т.е. ако един и същи модел се използва от различни производители, то тези продукти могат да бъдат оценявани и съвместявани да работят заедно един с друг. Един от най-разпространените модели е OSI Open System Interconection модел. Този модел е разработен от ISO и процеса на мрежова комуникация е многослоен и затова се нарича слоест модел. Състои се от 7 слоя:

Аpplication Приложен слой layer 7
Presentation Представителен слой layer 6
Session Сесиен слой layer 5
Transport Транспортен слой layer 4
Network Мрежови слой layer 3
DataLink Канален слой layer 2
Physical Физически слой layer 1

Всеки един от тези 7 слоя изпълнява конкретна задача в процеса на мрежовата комуникация и при свършване на работа предава данните нагоре или надолу, в зависимост от това дали говорим да изпращащ или приемащ РС. При това преминаване на данните през тези слоеве, всеки слой добавя своя собствена информация под формата на хедъри, поставяни пред предаваните данни. И така процеса работи по следния начин. Изпращащата страна на дадено приложение създава данни, документ, приложение, за предаване през мрежата. След това, това приложение предава данните на най-горния приложен слой. И данните се обработват от приложния слой и на приложния и на всеки от останалите слоеве те се капсулират в рамките на по-голяма единица, тъй като всеки един слой добавя своя информация в хедъра. Приложния слой обработва пакета данни и добавя своя информация в хедъра – апликейшън хедър, след което данните се предават на останалите слоеве. Всеки слой обработва данните в съответствие със своите функции и добавя своя информация  в хедъра.

Каналния слой прави цикличната проверка и добавя datalink трейлъра. Физически слой не добавя нито хедър, нито трейлър, а преобразува пакета от данни в електрически или светлинен сигнал, в зависимост от използваната преносна среда и извършва предаване на данните по преносната среда. Когато данните пристигнат в приемащия компютър, описания процес протича обратно и докато става обработката капсулиращата информация се маха последователно слой по слой, в ред обратен на поставянето. Това ще рече, че каналния слой чете получения пакет и снема хедъра поставен от предаващия комп. След това мрежовия слой на приемащия обработва хедъра и пакета и снема хедъра, добавен от мрежовия слой на предаващия и така всеки един слой извършва обработка и декапсулация на хедъра. След приложния слой, данните се възстановяват в тяхната оригинална форма, така както са били в предаващия компютър и се предават на съответното приложение. По този начин се описва процеса на мрежова комуникация, при която се получава, че всеки слой от едната страна директно комуникира с другия слой от другата страна. Така се стига до комуникация между равноправни слоеве в този модел. Тези 7 слоя са номерирани 1,2,3,4… но независимо от факта къде са, те са номерирани по един и същи начин и в двата компютъра (предаващ и приемащ).

Функции на слоевете:

  1. 1. Приложен слой – това не е потребителското приложение, създаващо документа. Този слой осигурява взаимодействие между приложната програма и мрежата.

- първия протокол, с който работи е Протокол за трансфер на файлове ( File Transfer Protocol –  FTP) представлява протокол от тип клиент-сървър, предоставящ възможност за обмяна на файлове между машини, свързани в локална мрежа или в Интернет. Този протокол се използва за трансфер на файлове между предаващ и приемащ компютър, като в случая не е задължително те да работят под една и съща операционна система. Софтуера на FTP сървъра хоства файлове, а FTP клиентстката част се използва за свързване към, качване и сваляне на файлове. Протоколът за трансфер на файлове използва TCP за комуникация между клиент и сървър. Клиентът е специално разработена програма, чрез която се предоставя лесен начин за използване на възможностите за комуникация. Съществуват множество FTP-клиенти, които могат да се ползват безплатно и такива, които са платени. Повечето от тях са графични, като малката част текстови (конзолни) клиенти са предназначени за специалисти с по-задълбочени познания за FTP или са предназначени за строго специфични системни задачи.  Разработките на протокола включват варианти за криптирана комуникация и пренос на данните, наречени SFTP и FTPS, на основата на SSH.  Този протокол се използва за услуга трансфер на файлове между предаващ и приемащ компютър, като в случая не е задължително да работят под една и съща операционна система. Софтуера на FTP сървъра хоства файлове, а FTP клиентстката част се използва за свързване към, качване и сваляне на файлове. Повечето реализации на протокола ТСР/ІР включва FTP протокола.

-         Следващия протокол, работещ на този слой е Telnet. Този протокол изпълнява услугата терминална емулация. Едно обикновено РС със стартирана програма за терминална емулация го превръща в терминал. Този протокол се използва за осъществяване на достъп до приложения и файлове на друг компютър. Четене на файлове на друг компюнър и т.н. Телнет не се използва за копиране на файлове. И тук има две компоненти – сървърен софтуер на отдалечения компютър и телнет-клиент на изпълняващото достъп мрежово устройство.

-         Трети протокол е SMTP – Simple Mail Transfer Protocol. Използва се за изпращане на електронна поща, а за сваляне се използва Post Office Protocol.

-         Още един протокол работещ на този слой – SNMB Simple Network Managment Protocol. Събира информация за мрежата, с цел организация на нейното управление. Има две части и единия компонент е агент и се инсталира и изпълнява отделните хостове в мрежата и хостове, изпълняващ се на компютъра, провеждащ наблюдението;

-     Протокол за трансфер на хипертекст (hypertext transfer protocol – HTTP) е мрежов протокол за пренос на информация в Интранет мрежи и World Wide Web, първоначално създаден като средство за публикуване на HTML страници. Разработването на протокола е било координирано от W3C косорциума(World Wide Web Consortium) и IETF (Internet Engineering Task Force), завършвайки с публикуването на на серия от заявления за обсъжданеRFC, от които RFC 2616 (от юни 1999), което определя HTTP/1.1, HTTP версията в най-широка употреба понастоящем;

-         NNTP – Network News Transport protocol също.

Не бива да се смесват протоколите с различните имена с приложни програми базирани на тези протоколи.

2Представителен слой - изпълнява действия свързани с представянето на данните и от там идва неговото име. Действията са следните:

2.1 Компресиране на данните – това е редуциране размера на данните с цел по-бързото им предаване по мрежата. Различните типове данни се компресират и редуцират в различна степен.

2.2 Криптиране на данните – процес свързан с преобразуване на данните по определен начин с цел запазване на тяхната конфиденциалност при предаване по мрежата

2.3 Транслация на протоколи – същността на дейността се свежда до конвертиране на данните от един протокол в друг с цел осъществяване на техния трансфер между разнородни хардуерни платформи и или операционни системи

Представителния слой на приемащия компютър извършва дейности като декомпресиране, декриптиране на данните, както и всички други транслации на данни в разбираем за приложевието формат и съответно представянето им на приложния слой на приемащия комп. Декомпресиране, декриптиране са обратни дейности на криптиране и компресиране. Представителния слой на OSI модела работят няколко шлюза gateway . Това е устройство или софтуер, каето служи като точка за свързване между различни компоненти.

-         единия шлюз е e-mail gateway – транслира съобщения от разнородни несъвместими мейл- системи в общоприет даден формат SMTP. Именно този шлюз позволява на потребителя да изпраща ел поща от Apple с Макинтош и да се приеме и обработи от Уиндоус.

-         SNA System Network Architecture – това е собствена архитектура, разработена от IBM която се изробзва в мейнфрейм компютърни системи, например AS 400 , и именно софтуера на този шлюз позволява на РС от LAN мрежата да осъществи достъп до приложения и файлове в мейнфрейм машината.

-         Gateway Service for Netware GSNW – дава възможност на потребители и работещи в среда на Windows да осъществят достъп до Novel сървър.

  1. Сесиен слой – протоколите които работят в този слой, отговарят за изграждане на връзка между изпращащия и приемащия компютър. На следващо място, той установява и прекратява диалозите между приложение и приложение. Едното е на изпращащия, а другото на приемащия компютър. След това, той осигурява поставянето на така наречени контролни точки check pointing за синхронизиране на потока от данни за приложенията. Това включва поставянето на специални маркери в потока от данни. При отпадане на комуникацията приложение – приложение, трябва да бъдат предадени данните отново само с най-близка контролна точка. Контролирането и предаването на данни се извършва пълен дуплекс или полудуплекс. Пълен дуплекс – двупосочна комуникация, при която двете страни изпращат и приемат едновременно. Полудуплекс – двупосочна, но в даден период време, сигналите минават в една посока. Не може в двете посоки едновременно. Сесийния слой отговаря за установяване на правила за обмен на данни между приложенията по време на сесията.

Типичен протокол, функциониращ в този режим е Net BIOS. Той позволява да установяват връзка мрежовите устройства, като освобождава приложението от необходимостта да е наясно с детайлите на мрежата, управлява входно-изходните заявки и изпълнява функции по сигурността.

  1. Транспортен слой – изпълнява следните функционалности:

-         извършва проверка за контрол на грешките и на потока от пакетите на комуникацията

-         следи за:

– валидността на пакетите с данни

– реда за следване на пакетите и тяхното управление

– обработка на дублирани пакети

-         протоколите в този слой се разделят на две групи:

– Връзково-ориентирани протоколи – за установяване на връзка и комуникиране с други устройства. При тези протоколи транспортния слой на приемащия комп може да изпрати обратно съобщение до транспортни слой на изпращащия че пакета е успешно пристигнал.

— ТСР Тransmission Control Protocol – протокол за контролиране на предаването – връзково ориентиран – ще рече, че изгражда връзки между двете комуникиращи устройства преди изпращане на данните, използва потвърждение за удостоверение, че данните са пристигнали успешно. Част от протоколния стек ТСР/ІР осигуряващ надеждно пълнодуплексно предаване на данни.

– безвръзково-ориентирани протоколи – протоколи без осъществяване на връзка.

— UDP User Datagram Protocol – този протокол е част от протоколния стек ТСР/ІР. Безвръзковите се използват за предаване на съобщения, които не са критично важни или които са къси и прости и лесно могат да бъдат изпратени повторно, ако бъдат загубени. Така например броудкастните съобщения използват този протокол. Този протокол е по-малко надежден, но е по-бърз, прост и малко натоварване на мрежата и от там по-висока производителност.

-         Преобразуване на имена – на хостовете, компютрите и логически мрежови адреси. Протоколите IPX/SPX ТСР/ІР задават логически имена на хостовете и използват логически адреси за идентифициране на комп в мрежата. Именно в транспортния слой действа услугата Domain name system DNS.

-         Порт – съвременните компютърни системи са многозадачни. Порта е механизма да раздели входящата поща и заявката от браузера. Протоколите от транспортния слой използват портове и задават порт за всяко едно приложение. Номерата на портовете разделят логическия адрес на мрежовото устройство на части.

  1. Мрежови слой – отговорен за доставяне на пакетите до техните местоназначения. Този слой управлява маршрутизирането на пакетите. Представлява навигатор, който чертае курс от едно местоположение на друго, като избира най-ефикасния маршрут. Този слой управлява приоритетите на типовете данни, което се явява QoS Quality of Services основа на качеството на услугата. Тази услуга има за цел да осигури определено ниво на гаранция за достатъчно мрежови ресурси за конкретни приложение, изискващи по-голяма пропусквателна способност. Мрежовия слой е свързан с IP протокола. На следващо място устройствата които работят в мрежовия слой маршрутизатори или layer 3 суичове.
  1. Канален слой

- каналният слой се разделя на два подслоя – първия подслой е контрол за достъп до контролната среда Media Access Control – MAC подслой; вторият подслой е контрол на логическите връзки – Logical Link Control – LLC подслой. МАС подслоя е свързан или извършва т.нар. МАС адресиране – физическо адресиране и свързаното с него понятие е физически адрес или МАС адрес. Когато говорим за етернет мрежа – Еthernet адрес. Физическият адрес в една етернет мрежа е едно шестнадесетично число, постоянно записано в чипа на мрежовата карта. Говорейки за етернет, адресът се записва като една последователност от 12 шестнадесетични цифри, подредени по двойки, като всяка двойка е отделена с двоеточие: 17:А4:F1:5B:C3:E3. Тези двнадесет цифри в шестнадесетична бройна система представляват 48 битови двоични числа или 6 байтови двоични числа. Първите 3 байта съдържат кода на производителя, който се задава в една специална организация – IEEE. Вторите 3 байта се задават от производителя и идентифицират конкретната карта. И така освен понятието МАС адрес, физически адрес, етернет адрес, хардуерен адрес, логически адрес. Разликата в най-общ план е това, че е постоянно зададен, в общия случай не може да бъде променян. Логическия може да бъде модифициран. На теория не трябва да има две карти с един и същи МАС адрес. В практиката се вижда нещо друго – карти с дублирани физически адреси.  Дублирани МАС адреси предизвикват проблеми ако две едни и същи карти се намират в една и съща мрежа. Производителите правят нов софтуер, чрез който може да се промени МАС адреса на картата чрез препрограмиране на чипа. В този слой се разпределя достъпа на мрежовите устройства до мрежата. Другия слой логическия, дефинира логическата топология на мрежата. Още една функционалност на LLC подслой – той отговаря за осигуряване на връзка между МАС подслоя и мрежовия слой, който се намира над него. НА това ниво слой 2, работят мостове и switch-ове от слой 2, наричани още комутиращи Hub-ове.

  1. Физически слой – това е слоят ,за който казахме, че данните, хедърите, трейлъра, създадени от другите слоеве, биват транслирани в електрически сигнали или светлинни импулси за предаване по преносната среда. Физическият слой се занимава с проблемите по предаване на данните, който може да бъде аналогово или цифрово, асинхронно или синхронно, да използва тясно лентова или широко лентова технология за предаване, а също така и мултиплициране. На следващо място е физическата топология на мрежата(мрежова топология) – това се отнася до физическото разположение на мрежовите устройства. Устройствата от физическия слой са основно тези, които предават данни. Мрежова интерфейсна карта NIC. Тя отговаря за подготовка на данните, които трябва да бъдат предадени по мрежата. При избор на мрежова карта трябва да се съблюдават няколко фактора:

- архитектурата на мрежата;
- типа на преносната среда ( кабели);
- архитектура на шината
- скоростта на мрежовата карта и останалите мрежови компоненти
+ 10
+100
+1000 Mbps

ОSI е еталонен модел. Не е единствен и не е първият модел. Историята в тази проблемна област започва с т.нар. Модел на военното министерство на щатите (Пентагона) DoD- department of defense. Именно DoD e свързано с разработването на TCP/IP.

Характерно за TCP/IP  е че е многослоен модел – 4 слоя. Тези слоеве са свързани с OSI модела. Най-долният слой е мрежови интерфейс и е асоцииран и изпълнява функциите, които изпълняват каналния и физическия слой. (фиг. 14) Network interface layer. Следващият слой Интер мрежа – internetnetworking layer, следващият – Host to host.  И последния 4 слой е  приложение/ процес – application/ process layer. Първи модел е TCP/IP, но се оказва че не е достатъчно удобен и след това разработват OSI. Това са специфични за отделни производители мрежови модели. Един от тези специфични за производителя мрежови модели  за Майкрософт е Windows 3.11.

Стандарти и спецификации

Днешната мрежова индустрия изисква съвместимост, затова се разработват стандарти и спецификации. По принцип организациите по стандартизации са неправителствени институции и поради тази причини те не могат да налагат задължително съответствие с даден стандарт. Всеки може да се отклони от стандартите толкова, колкото пожелае. Но това нещо не е в негов интерес, защото нестандартните продукти, които работят само с други продукти от същия производител не се налагат на пазара.

* ISO – през 1947 и там участва по един представител на всяка страна, членка нба организацията (около 100).

* IEC – голяма част от стандартите в тази област са свързани с  IEC. Голяма част от стандартите имат обозначение ISO/IEC…..

* ITU internatinal telecomunnication unit.

* IEEE – institut engeneering,electronic and electrotechnic. Разработва стандарти и спецификации, за канален и физически слой. IEEE 802…. 80 – годината, в която е създаден стандарта, 2- месец февруари. Най-важните стандарти в нашата проблемна област.

Методи за комуникация по мрежи

Съществуват няколко начина, по които двоичния сигнал може да бъде преобразуван и предаден физически по преносната среда. Радиопредаване, оптично, коаксиален кабел, усукана двойка и друга. Когато двоичните сигнали се превръщат в електрически импулси, биват модулирани или кодирани. Тези сигнали в зависимост от различни характеристики, могат да бъдат категоризирани като аналогови и цифрови, теснолентови и широколинтови, синхронни и асинхронни, дуплекс, полудуплекс и симплекс, мултиплексирани сигнали.

  1. Аналогови и цифрови сигнали – представляват две различни форми на кодиране на сигнала. Всяка една от тези две форми има предимство и недостатъци. Аналоговото оборудване е стария стил, а цифровото новия стил в електронната индустрия.

Аналоговия сигнал (фиг.15) се променя плавно и непрекъснато. Има амплитуда, силата на сигнала представен чрез височината на вълната, честота – времето необходимо на вълната да направи пълен цикъл, фаза – относителното изместване на една вълна спрямо друга. Предимства на аналоговите сигнали:

-         по неподатлив на затихване – загуба на сигнала при увеличаване на разстоянието на предаване, поради тази причина тази форма на предаване осъществява комуникации на по-големи разстояния.

-         лесно могат да се мултиплексират, да бъдат обработени по подходящ начин с цел повишаване на пропусквателната способност.

Цифровите сигнали (фиг 16)се променят от едно състояние в друго дискретно и мигновенно без междинно състояние и се наричат още дискретни и от там дискретно предаване. Предимства:

-         по-малко уязвим към грешки предизвикани от смущения, не се изкривява, които при аналоговата оказват голямо влияние

-         по-проста, по-надеждна, по-добра сигурност и по-висока производителност

  1. Теснолентова и широколентова технология за предаване – свързана с начина на използване на честотната лента на мрежовата преносна среда. Честотната лента се отнася до капацитета на мрежовата връзка или до скоростта на предаване. Например капацитета на етернет кабела се използва за предаване на данни по един канал и това дава основание етернет да се отнася към групата тяснолентова технология. Канал – представлява запазена част от достъпната честотна лента на преносната среда, която може да бъде използвана за предаване на данни. Същевременно честотната лента може да се раздели на множество канали и по тях да се предават различни потоци от данни. Най-съществени характеристики на тясната ланта:

- простота – във всеки един момент на времето се предава един сигнал, който се ползва с предимството да притежава честотната лента само за себе си

- факта че предаването е двупосочно – сигнала протича и в двете посоки по един и същ кабел. Голяма част от комп комуникации са теснолентови – към монитора, принтера и други устройства.

Широколентови характеристики – позволява разделянето на капацитета на дадена връзка на два или повече канала, всеки от които може да пренася различен сигнал. По всички канали може да се предава едновременно, но широколентовото предаване на данни е еднопосочно, протичат сигналите само в една посока. Когато лентата е разделена на два канала – един за предаване друг за приемане е разпределена по равно широколентова конфигурация. Представител на широколентовата технология съвременен са: ISDN Integrated Services Digital Network мрежата цифрова мрежа с интегрирани услуги. Това е широколентова технология базирана на специален комуникационен протокол позволяващ по мрежата да се предават данни, глас и друг вид трафик. Друг представитал е DSL Digital Subscriber Line – данни и глас могата да се пренасят едновременно по една и съща линия, като се използва за разделяне на честотната лента мултиплексиране. Мултиплексиране – метод за обработка на сигнали с цел едновременно изпращане на различни потоци от данни по дадена връзка под формата на един сложен сигнал. На приемния край приемащия комп възстановява този сложен сигнал в тяхното начално състояние. Двете форми на предаване – аналогава и цифрова могат да се  мултиплексират.

-         мултиплексиране чрез разделяне по честота – за аналогови сигнали по една линия за предаване се комбинират множество сигнали и за всеки канал се задава различна честота. Тази реализация изисква наличието на две устройства – мултиплексор и се поставя на предаващата страна и демултиплексор и се поставя на приемащата страна за възстановяване на сигнала. Всички честоти се комбинират за предаване по една линия.

-         мултиплексиране чрез време деление – с приложение за мултиплексиране на цифрови сигнали. Този метод комбинира сигналите за предаване по една линия и разделя всеки сигнал на сегменти с кратна продължителност. След това тези сегменти се пренасят по линията в редуващи се времеви интервали един след друг. Приемния край сегментите се отделят в оригиналната си форма от устройството демултиплексор.

-         мултиплексиране чрез разделяне по дължината на вълната с висока плътност. С приложение в мрежи ползващи оптична преносна среда. В тази реализация всеки сигнал се пренася с отделна дължина на светлинната вълна различните формати данни могат да пътуват едновременно по един и същи кабел.

  1. Синхронно и асинхронно предаване. Двоичните данни които се кодират като аналогови или цифрови сигнали зависят от промените в състоянието (модулациите) за представяне на тези двоични данни. За да може да интерпретира правилно сигналите приемащото мрежово устройство трябва точно да знае кога да бъде измерен сигнала. Т.е. стои проблема за синхронизиране в мрежите. Говорим за побитова синхронизация в комп мрежи. Мрежовите устройства могат да синхронизират битовете с помощта на синхронен или асинхронен метод. При асинхронни метод се използва така наречения старт бит в началото на всяко съобщение. Когато приемащото мрежово устройство приема и прочете старт бит-а то може да синхронизира своя вътрешен тактов генератор с този на предаващото устройство.

При синхронния метод има вграден механизъм за тактуване който координира тактовете на както на приемащото така и на предаващото устройство. Например тази тактова информация  може да бъде вградена в сигнала с данните – това е синхронизация с гарантирана промяна на състоянието. Друг метод е този при който съществува отделен канал между предавателя и приемника за предаване на тактова информация.

  1. Дуплекс, полудуплекс, симплекс – това са три начина по които могат да работят каналите за предаване на данни. Разликата е в посоката на преминаване на сигнала. При симплекс сигнала пътува в една посока. Дуплекс трафика пътува и в двете посоки в едно и също време. Полудуплекс трафика може да върви и в двете посоки, но не едновременно. В даден момент може да пътува само в едната посока сигнала.

Методи за достъп до преносната среда

  1. Множествен достъп с разпознаване на носещата честотна и откриване на колизии.

LAN Ethernet архитектурата е една от най-широко разпространениете в локалните комуникации. Това е бърз и ефикасен метод за достъп до преносната среда и е високоскоростен.

  1. Множествен достъп с разпознаване на носещата честотна и избягване на колизии.

Двата метода са свързани в определена степан. Първата стъпка за предаващото мрежово устройство е да наблюдава кабла и да определи дали той е свободен, след това изпраща сигнал наречен заявка за предаване – RtS Request to Send – обявява своето намерение да предава. Ако в този момент друго мрежово устройство има такова намерение то също ще прати заявка за предаване. При наличие на тези заявки в конфликт влизат пакетите носещи нтези заявки и се разрушават тези пакети, но няма загуба на данни, защото те невлизат в конфликт. Така се избягват колизии. Този метод има по-слаба производителност заради много RtS съобщения, но те са допълнение към самите предавани данни. Така се товари повече мрежата. Това е метод в протокола Apple Talk при Apple компютри. Двата метода са конкурентни или състезателни методи за достъп до преносната среда. Защото се състезават или конкурират да ползват преносната среда.

  1. Предаване на маркер

Това е реализация на достъп до преносната среда, ползващ се в архитектурата Token Ring. Има логическа топология кръг. В този кръг се движи сигнал, наречен маркер. Когато маркера пристигне до мрежово устройство, готово да предава, това устройство получава управлението върху маркера. То добавя своите данни, пакета, който ще предава към сигнала на маркера и го оставя да продължи движението си в кръга. Пакета с данни съдържа хедър, данни и трейлър. Хедъра е с адрес на информацията и там е адреса на източника и адреса на получателя. Всяко едно устройство, чийто адрес е различен от адреса на получателя, го оставя да се движи маркера в кръга, докато недостигне до точния адрес. Така пристига в приемащия компютър и мрежовата карта копира този пакет и след това приемащото устройство прибавя информация, че данните са приети и оставя маркира пак да се движи в кръга и стига до подателя. Ако има да изпраща още пакети, ги добавя към сигнала и процедурата продължава, но ако е изпратил всичките данни оставя маркера да се движи и да го поеме друго устройство готово да предава. Този метод е несъстезателен метод при които мрежовите устройства не се конкурират за да предават, а просто чакат маркера. При него няма колизии. В редица реализации в логическия кръг циркулират множество маркери. Освен в логическа топология кръг, този метод се използва и при топология линейна шина.

  1. Приоритет по заявка

Това е метод за достъп разработен от конкретен производител – HP за реализиране на високоскоростна гъвкава LAN структура като алтернатива на етернет архитектурата. При тази реализация се ползват многопортови повторители, които извършват търсения с кръгово редуване на свързаните възли, като наблюдават за наличие на заявки за предаване. Топологията на тази мрежа има формата на звездообразно дърво, при което хъбовете са свързани каскадно към един хъб корен, за осъществяване на централизирано управление. Частта приоритет от термина се отнася до факта че реализацията позволява да бъде задаван приоритет на определен тип данни така че те да бъдат обработени първи. Това се отнася до случая когато даден хъб приема две задачи за изпълнение. Тази организация е ориентирана с цел гарантиране на пропусквателна способност на високоскоростни приложения, например видео. Все още не се е наложила.

Характеристики и параметри на LAN архитектури

-         Ethernet – най-популярния вид LAN връзка, използва се с множествен достъп с разпознаване на носещата честотна и откриване на колизии, използваща теснолентово предаване по коаксиален кабел или усукана двойка, разположен в топология шина или звезда. Пакетите на които се разделят данни за предаване по мрежата се наричат още фреймове или кадри. Всеки фрейм съдържа заглавна информация хедър, предавани данни и завършва с информация трейлър. Има няколко основни типа етернет трейлове:

– Ethernet 802.2

– Ethernet 802.3

– Ethernet II

– Ethernet SNAP Subnet Access Protocol

Типът на всеки един фрейм се дефинира от неговата структура, т.е. от броя на байтовете, заделени за всяко поле в хедъра, поле за данни и поле за трейлъра. Първите три типа се характеризират с фреймове, които съдържат 4 полета в хедъра и едно в трейлъра.

(Фиг. 16)

1 поле – въведение – преамбюл

2 поле – ІР адрес на местоназначението – адрес на приемащия комп.

3 поле – адрес на източника

4 поле – тип на използвания протокол

поле за данните на същинската част, като размера на тези данни е 64 до 1500 байта

трейлър – съдържа информация за циклична проверка CRC кода – използва се за удостоверяване, че приетия пакет отговаря на предавания.

Следващата реализация е с 9 полета в хедъра.

Правило за ползване на етернет 5-4-3

това правило ще го разгледаме по отношение на реализации:

10 Base 2

10 Base 5

Тези три цифри 5-4-3 са следните ограничения – 5 – максимален разрешен брой кабелни сегменти в реализацията, 4 – максималния разрешен брой повторители които могат да бъдат използвани за  свързване на кабелните сегменти, 3 – максимален разрешен брой сегменти, които могат да бъдат запълнени (да съдържат възли, хостове). Другите служат само за увеличаване на разстоянието.

Това правило 5-4-3 се отнася към

10 Base T –

Прилагането на правилото 5-4-3 за една UTP мрежа означава че един запълнен хъб според правилото се брои за сегмент, при което максималния брой от каскадно свързани, запълнени хъбове позволен в този тип мрежа е 3. По същество свързването във всеки хъб е една шина към която са свързани компютрите, точно както е в един кабелен сегмент с повторители в мрежа с топология линейна шина. (Фиг 18)Тази топология се нарича STAR-BUS топология.

Капацитет от възли на 10 Base T:

Броят на възлите на един сегмент в шина с топология звезда по кабел тип усукана двойка е винаги точно 2. В единия край имаме компютър или друго мрежово устройство и в другия край хъба. Максималния брой възли в мрежа базирана на хъбове, практически не трябва да надхвърля числото 100, поради експоненциално нарастване на колизиите в този диапазон на броя на хъбовете. Този брой може да се надхвърли с използване на друг тип устройства – switch-ове и мостове. Етернет архитектурата работи с всички операционни системи, съвместима е и с Apple компютърс, така че това определя и широкото и разпространение. В една етернет мрежа всички мрежови устройства са създадени физически равноправни. На ниво софтуер някои мрежови устройства са сървъри, могат да управляват мрежови акаунти и достъпа, но сървърите комуникират по същия начин, както и клиентските компютри.

-         Token Ring

Разработена от IBM, стандарт IEEE 802.5, метод за управление на достъпа – предаване на маркер,  теснолентова архитектура, работи основно с SNA архитектурата, разработена от IBM за съвместна ралбота на компютри. Типология – характеризира се с факта, че физическата топология е различна от нейната логическа топология. Топологията се означава като кръг, със свързване звезда, защото външния вид на дизайна е звезда, при която отделните мрежови устройства са свързани към един концентратор – устройство за множествен достъп – Multi Station Access Unit MSAU. Именно вътре в това устройство свързването формира път на данните във формата на окръжност фиг 19, създавайки логически кръг. От тук идва името на тази реализация. Тази архитектура работи основно с две скорости на трансфер – 4 Mbps и 16 Mbps. Характерно особеност е факта, че тя е активна топология. Това ще рече, че докато сигнала пътува в логическия кръг, всяка карта го приеме, регенерира (усилва) и оставя да се движи в кръга. Принцип на реализиране на комуникацията. Първия комп който влезе онлайн става главен наблюдател – home монитор, именно този наблюдател на първо място отчита колко пъти всеки един фрейм преминава циклично в кръга. А също така поема отговорността да гарантира, че в даден момент в мрежата има само един маркер, като мрежата е специфицирана така: Компа главен наблюдател периодично генерира и праща в мрежата сигнал наречен маяк. Този сигнал маяк се движи в кръга подобно на другите сигнали. Мрежовите устройства от своя страна следят за съществуването и движението на маяка в мрежата. Ако за определен период от време едно мрежово устройство не приеме маяка от своя съсед, генерира съобщение, което го изпраща до главния наблюдател . С това съобщение се уведомява главния наблюдател да неполучения маяк и изпраща своя адрес е адреса на устройството от който трябва да получи маяка. Това нещо извършва автоматично преконфигуриране и тя запазва своята работоспособност и продължава комуникацията- така се създава висока надеждност. Предаване на данни. Токен ринг използва специален сигнал наречен маркер за управление на достъпа до преносната среда. Когато едно мрежово устройство е готово то чака маркера и поема управлението над него и предава пакетите с данни. По мрежата маркера може да пътува във всяка от двете посоки, но само в една посока в даден период от време. Хардуерната конфигурация определя посоката на маркера. Хардуерни компоненти на тази архитектура.  Концентратор или MSAU при което се реализира кръгова конфигурация на вътрешното свързване. Когато се налага да бъде реализирана токен ринг мрежа и за целта се необходими повече от едно такива устройства свързването се реализира по такъв начин, че да бъде осъществена окръжност и така се подържа целостта на кръговата топология – (фиг 20). на следващо място освен тези устройства е кабела – преносната среда трябва да е кабел за тази архитектура. Използват се IBM кабели които също така могат да бъдат усукана двойка. Основно това са UTP, STP, оптичен кабел, огнеупорен UTP и т.н. Изискват се особен вид IBM конектори. Мрежовите карти специални токен ринг, с различни скорости – 4 и 16 Mbps. Всички компоненти трябва да бъдат съгласувани по скорост. Не може да се използва карта 4 при мрежа 16. други компоненти са така наречените повторители, които се използват са регенериране (усилване) на цифровия сигнал и да се увеличи дължината на мрежата.

Предимства на токен ринг – високо надеждна архитектура, защото схемата с маркер, елиминира възникването на колизии в мрежата. Устройствата за множествен достъп могат да откриват мястото на прекъсване на мрежата и автоматично да го изключват от кръга. Така се гарантира непрекъснато движение на маркера по кръга. Не се срива мрежата при прекъсван на една комуникация. Възможността за взаимодействие между различни класове компютри – микро, мини и мейнфрейм машини. Недостатъци: два. Високата цена – този специализиран хардуер е по-скъп. По-ниски скорости. Това е по-сложна реализация от етернет. Сложността е в организацията на предаваните пакети. В случая токен ринг мрежите използват три различни типа фреймове. Единия фрейм за управление, генериран от главния наблюдател – маяка. Втория е маркер или фрейм за маркер, движи се в мрежата, докато не се прихване от устройство готово да предава данни. Третия – фрейм за данни, който пренася инфото, предавано от един компютър на друг.

Както в етернет хедъра има преамбюл, поле за контрол на достъпа, на трето място, поле за контрол на типа на фрейма и адрес на местоназначението и адрес на източника. Трейлъра е по-сложен. Първа компонента CRC битовете за проверка за грешки, второто е краен разделител, край на фрейма и третото е поле за състояние на фрейма – показва дали адреса е разпознат и фрейма е копиран. Инфо което се маркира от приемащия компютър, преди фрейма да се пусне да се движи отново в кръга.

-         FDDI Fiber Destributed Data Interface

Използва се най-често за MAN мрежи или за големи LAN мрежи, например при свързване на няколко сгради или университетски комплекс. Стандарт – IEEE 802.5?. Как работи FDDI – изгражда топология двоен кръг. Външния кръг е първостепенен, а вътрешния второстепенен. Трафикът нормално тече само по външния кръг, но поради някаква причина, ако отпадне, потокът от данни минава по второстепенния кръг в противоположна посока. Мрежата е в превключено състояние така. Този режим гарантира висока надеждност и висока отказоустойчивост на мрежата. Мрежовите устройства в такава реализация са разделени на два основни класа:

- клас А – мрежови устройства свързани към преносната среда на двата кръга

- клас Б – мрежови устройства свързани към преносната среда на единия кръг

Работи на 100 Мбита за секунда и има общи черти и различия с токен ринг. Подобно на нея използва маяци за откриване и изолиране на проблемите в кръга. Тази реализация допуска максимално 500 възела на кръг, общото разстояние на всяка една от дължините на кръга е до 100 км. Друго необходимо е поставяне на повторители през определено разстояние, най-често специфицирано на 2 км. Поради тази причина не се приема тази раелизация за WAN мрежа.

Тази реализация работи с ползването на оптика. Възможна е и с използване на меден кабел, тогава е Cooper DDI, която поради преносната си среда, налага ограничение върху максималните разстояние, които са значително по-малки от предната архитектура. Последното подобие с токен ринг е, че тя се реализира като логически кръг, със свързване звезда и използване на специален концентратор. Физически звезда, с логически кръг.

Предимства – комбинира предимствата на предаване на маркер по кръгово топология с висока скорост на предаване на светлинни импулси по оптични кабели. Топологията двоен кръг има по-висока надеждност  и отказоустойчивост. Оптичния кабел има следните предимство:

- данните могат да се предават на по-големи разстояние без повторители

- оптичния кабел не е предразположен към електромагнитни излъчвания и шум и е по-сигурен от медния.

-         Apple talk мрежата и Apple компютрите

Реализацията е LocalTalk – мрежа от свързани Apple компютрите с Макинтош операционна система и се изпълнява с UTP или STP кабел, линейна шина топология, множествен достъп с разпознаване на носещата честотна и избягване на колизии, скорост 230,4 Kbps.

Характеристики и параметри на WAN мрежите

Технологиите преносните среди и оборудването които работят добре на къси разстояния обхващащите LAN и MAN мрежите не са подходящи за глобална комуникация, за изграждане на WAN мрежа. WAN не е голяма LAN, а е сбор от две или повече отделни LAN мрежи свързани със връзки които се различават по много неща от LAN връзките. По принцип реализацията на WAN мрежа изисква напълно нов набор от устройства технологии и правила. Основните акценти са:

  1. WAN хардуер

Най-простата отдалечена комуникации се реализира на базата на телефонна линия.

-         Модеми – устройство което модулира и демодулира сигнала, т.е. Конвертира изпращания от компа цифров сигнал в аналогов с цел предаване по телефонната линия и приемащата страна преработва приемания сигнал в цифров за обработка. Отнасят се към групата серийни устройства, което означава, че битовете се предават последователно по линията. Съществуват два физически типа – вътрешни и външни. Вътрешния е платка, компактна и удобно, вътре в компютъра. Вътрешните модеми са по-трудни за конфигуриране от външните. Работят основно с ползване на технологията PnP която позволява да се открие автоматично устройството и да се инсталират необходимите драйвери и се открия кои ресурси са свободни и т.н.

Външен модем е отделно устройство и изисква захранване, но има светлинна индикация. Той също изисква инсталиране и конфигуриране. Модемите все още имат приложение.

-         ISDN терминал адаптери – DSL комуникации. Те използват цифрово предаване на данните. Изпълняват се физически като вътрешни и външни модификации.

-         оборудване от страна на клиента

  1. WAN топологии – наподобяват LAN топологиите

-         WAN от точка до точка – реализира се линейна свързаност (фиг.22)

връзката може да е dial-up или специализирана линия. Просто технология, евтин и удобен начин на свързване на определен брой локални мрежи, но не притежава отказоустойчивост. Прекъсването на връзката прекъсва комуникацията до дадената мрежа. Ограничен брой мащабиране, нарастване на мрежата на увеличаване на броя на възлите  – не работи ефикасно.

-         WAN кръгова топология (фиг23)

тази реализация осигурява определен излишък повишаващ надеждността. Прекъсването на линията, не води до прекъсване на комуникацията. Използва се ограничен брой локални мрежи, изискващи повишена надеждност.

-         WAN оптик звезда (фиг24)

Има една централна точка, централен офис, към който са вързани отделните офиси. Характерно е простота й, лесна за изпълнение, могат да се добавят нови клонове и възли, без да се наруши комуникацията.

-         WAN решетка или полурешетка (фиг25)

Използва се за изграждане на отказоустойчиви надеждни WAN комуникации. Скъпа е за реализиране. При типа пълна решетка има свързване на всяка една LAN мрежа с всички останали LAN мрежи. При частичната решетка, по-малък брой връзки се връзват решетъчно. Удобна е при голям брой LAN мрежи изграждащи архитектурата.

-         Многослойна WAN мрежа. (фиг26)

Свързаност която има компонентни звезда, решетка и т.н. част от нивата са разположени каскадно и това води до по-голяма надеждност от простата звезда. Същественото при проектиране на WAN мрежата е че трябва внимателно да се анализират източниците на данни, потока на трафика, че да се гарантира най-ефикасно разположение на оборудването и връзването на отделните LAN мрежи, за най-добра и надеждна комуникация.

  1. Типове мрежово комутиране отнесено към WAN мрежите. Те са тези два и при LAN комуникациите

-         комутиране на вериги

Могат да се изградят по два начина:

– на базата на dial-up свързаност – временна връзка установявана за цялата продължителност на сесията;

– и с използване на наети специализирани линии – арендирани линии – се използват за WAN връзки, които изискват гарантирана висока производителност и надеждност и осигуряват свързаност от точка до точка (офис до офис).

Тези реализации на WAN мрежи с комутиране на вериги се реализират на базата на следните технологии:

-         PSTN Public Swich Telephone Network – съществуващата телефонна система на базата на аналогови телефонни линии. Именно dial-up мрежите се изграждат с нейна помощ. Не е скъпа комуникацията и телефонната мрежа покрива почти навсякъде по света. Тази реализация е сравнително лесна – изисква аналогови модеми. Недостатък – ниската скорост на предаване на данните, защото телефонната система не е създадена за трансфер на данни, а за предаване на глас.

-         ISDN цифрова мрежа с интегрирани услуги – ново поколение което ще замени съществуващата стара телефонна система, осигурява надеждна цифрова връзка подходяща както за глас, така и за данни, видео и други. Предимства – реализира цифрова връзка и не е необходимо конвертиране на цифровия сигнал в аналогов. По-висока производителност. Може да се използва в двете модификации диал ъп и наета линия. Недостатък – по-скъпа реализация, специализирано оборудване. Изгражда се от един или повече канали, които пренасят данни и се наричат носещи канали Вearer канали В- канали и канал за управление наречен Delta канал или D – канал. Всеки един В канал осигурява пропусквателна способност 64Кbps като В каналите могат да се обединяват, чрез инверсно мултиплексиране. Това позволява да се комбинира честотната лента на множество канали и да се създаде високоскорстна среда за предаване на данни. D канала работи ан 16 и 64Кbps в зависимост от използвания интерфейс. Предлага се основно с реализации с два стандарта на интерфейса – единия използва Basic Rate Interface – два В канала  и един D канал със скорост 16Кbps и осигурява предаване със скорост 128Кbps. Втория е Primary Rate Interface работи с използване на 23 В канала и един D канал с 64Кbps и при тази постановка реализира скорост до 1,472Мbps.

-         DSL – цифрова абонатна линия

Осигурява високоскоростни трансфери на база данни по медни линии. Характеристики – по една и съща линия могат да се предават глас, данни и т.н. В много области струва по-евтино от ISDN и предлага високи скорости. Универсалния термин обхващащ всички реализации е xDSL, а ADSL е асинхронен DSL – реализация която осигурява висока скорост на трансфер по низходящия поток от 384Кbps до  6Мbps и по-бавен възходящ поток. SDSL симетричен с една и съща скорост за предаване на данни в двата потока – около 3М. IDSL, HDSL, VDSL.

-         комутиране на пакети

Три основни реализации:

-         x25

Получила гражданственост по името на протокола х25 и се използва за комуникация между терминално оборудване за данни и мрежата. Всъщност пълното наименование е PSDN Packet Swich Data Network – мрежа с комутиране на пакети от данни. Протокола е проектиран за работа на мейн фрейм машини и използване на аналогово оборудване. Основната цел при разработката е постигане на висока надеждност на комуникацията. Това е 70-те години на 20 век телефонната система и компютрите са предразположени към грешки и включва проверки за грешки с излишък за компенсиране на тези проблеми. В резултата на това има високонадеждна среда за пренос на данни, но скоростта е забавена. Тази първа мрежа е със скорост до 64К.

-         Frame Relay

Това е не само втора, но и по-нова реализация, защото е проектирана за използване само по цифрови линии. При това при проектирането са отчетени предимствата на съвременните компютри и комуникационни системи, които са по-надеждни от старите при х25. Работи с по-малко инфо от х25 и се получава по-висока скорост на трансфер. Притежава скорост от 1,5 до 45Мbps. Поради тази причина тя се нарича още технология с бързи пакети.

-         ATM – Asynchronnous Transfer Mode

Съвременна набираща скорост популярна технология с комутиране на пакети. Тя е базирана изцяло на хардуер, което означава че цялото оборудване трябва да е проектирано за работа с АТМ – хъб, мрежова карта и т.н. скъпа технология. За сметка на това тя е високоскоростна при обработка и комутиране. Стандартните скорости са 3:

25Мbps

155,52Мbps

622,08Мbps

Правят се експерименти и за реализиране на АТМ при 10Gbps

На първо място АТМ технологията данните се разделят на пакети с фиксирана дължина 53байта. За АТМ хедъра се използват 5 байта, другото е данни. На следващо място комутирането на пакетите е функция на АТМ хардуера, а не на софтуер. След това АТМ технологията използва мултиплексиране за едновременен трансфер на глас, данни, видео по мрежата. Връзката между две крайни точки се нарича виртуална верига. Тази верига може да е постоянна или комутируема. И в двата случая АТМ използва предварително дефинирани връзки за изграждане на тези вериги по време на комуникацията. Това нещо спестява време и е още един фактор за постигане на високата скорост на АТМ.

Технологии, които се считат за перспективни:

-         OC-SONET

OC- Optical Carrier – оптична носеща

SONET – Synchronnous Optical Network – протокол от физическия слой и носи модела, който осигурява високоскоростно предаване на данни по оптичен кабел. Има възможност за постигане на скорост на предаване до 20Gbps

АТМ се предвижда да се използва с OC-SONET

Безжични глобални комуникации – сателитни, радиочестотни, микровълнови и т.н. – по-скъпи и трудни за експлоатация.

  1. LAN/WAN връзката (свързаност)

Мрежови протоколи и услуги

Мрежовите протоколи са набор от правила формиращи логиката по която мрежата работи. Разглеждайки OSI модела разбрахме че съществуват много групи протоколи. Тези протоколи работят в различни слоеве на OSI модела. Терминът протокол в компютърните мрежи се използва най-често за така наречените мрежови транспортни протоколи. Протоколите работещи на слоеве 3 и 4 на OSI модела. Естествено за да могат свързаните в мрежа мрежови устройства да комуникират помежду си трябва да използват един и същи протокол. Ще разгледаме три основни групи мрежови транспортни протоколи:

  1. NETBIOS/NETBEUI
  2. IPX/SPX
  3. TCP/IP

Мрежовите услуги използват специфични функции и управляват конкретни задачи. От тях ще разгледаме основно две – преобразуване на имена и назначаване на адреси. Те работят съвместно с мрежовите протоколи за да разширят техните функционалности.

Network Basic Input Output System – мрежова базова система за вход изход. Както е известно NETBIOS е разработен от IBM. Позволява на приложенията да работят с общ програмен интерфейс, така че инфото да може да се споделя от различни протоколи на по-ниските нива. NETBIOS работи в сесийния слой на оси модела, осигурява два режима на комуникация – сесиен и дейтаграмен.  При работа в сесиен режим NETBIOS позволя на комуникиращите комп да установяват връзка с възможности за откриване на грешки и тяхното възстановяване. Когато NETBIOS се използва в дейтаграмен режим съобщенията между комуникиращите устройства се изпращат отделно без установяване на връзка, което ще рече че откриването на грешки и тяхното коригиране се приема от самото приложение. NETBIOS осигурява услуга за имена NETBIOS имена, чрез която услуга мрежовите устройства и приложенията могат да се идентифицират в мрежата.

NETBIOS eXtented User Interface – най-простия от трите протокола. Тази негова простота го прави най-високо производителен по отношение на скорост, но ограничава неговата функционалност. Поради факта, че NETBEUI не включва средства за логическо адресиране в мрежовия слой той не може да се маршрутизира от една мрежа към друга или от една подмрежа към друга. Поради тези причини, можем да направим извода че работи много добре за комуникации в отделна единична LAN мрежа и от друга страна може да се използва съвместно с други маршрутизиращи протоколи ТСР/ІР което комбинира предимствата на високата производителност в рамките на отделна LAN мрежа и способност от комуникация извън тази мрежа с помощта на ТСР/ІР.

  1. IPX/SPX Internet work Packet eXchange / Sequenced Packet eXchange

междумрежови обмен на пакети/ последователен обмен на пакети. Разработен от фирмата Novell, осигурява маршрутизируеми мрежови комуникации. Работи в мрежовия слой на оси модела и е бъзвръзково ориентиран. SPX работи в транспортния слой на оси модела и осигурява потвърждения, сглобяване на пакетите и други връзково ориентирани услуги. Счита се че са фирмени протоколи, но могат да се използват и с други операционни системи, Windows, Unix. Предимството му е, че се конфигурира лесно и производителността е по-висока от ТСР/ІР. IPX е протокол от мрежовия слой на оси модела, а същия е отговорен за логическото адресиране и функциите от маршрутизиране на съобщенията, за доставяне на правилния адрес. Това е и главната функция на IPX протокола. За да бъде един протокол маршрутизируем трябва да има механизъм за идентификация на мрежата, в която се намират мрежовите устройства. IPX използва 16тични мрежови номера, за да идентифицира една мрежа или подмрежа. Т.е всяко едно устройство има мрежови номер и се назначава от мрежовия администратор и по принцип всеки един IPX адрес се състои от две части – мрежов номер и възлов номер.

123000AF – въвежда се от администратора – мрежов номер.

17B4AG8E11OF – възловия номер идентифицира конкретното специфично мрежово устройство и се базира на МАС адреса

Протоколът от транспортния слой SPX отговаря за потвърждаване на приемането на пакети и проверки за грешки и това го прави по-надежден. Работейки като протоколен стек изпълняват две взаимно допълващи се функции. Единия доставя, а другия гарантира че пакета е доставен изцяло и в добро състояние. SPX управлява установяването на последователността на пакетите и следи за броя на предадените пакети.

  1. ТСР/ІР – най-широко използваното мрежово транспортно решение за мрежи с всякакъв размер и конфигурация. Състои се от два протокола ТСР и ІР.

ІР – Мрежовия слой се занимава със задачите по маршрутизиране. ТСР/ІР протоколите извършват това адресиране като използват ІР адреси за да идентифицират мрежовите устройства. Всяко едно мрежово устройства притежава поне един уникален ІР адрес. По принцип едно мрежово устройство може да има повече от един ІР адреса по един за всеки един от неговите мрежови интерфейси.

ІР адресиране. Всеки ІР адрес се състои от две части, които части идентифицират мрежата в която се набира конкретното устройство и самото устройство в тази мрежа. Първата част идентифицира мрежата, а втората конкретно мрежово устройство в тази мрежа, като комбинацията от адрес на мрежа и адрес на мрежово устройство е уникална за всеки мрежови интерфейс. 210.32.0.4 В този запис първите три секции наречени октети идентифицират мрежата, последната секция (октет) идентифицира конкретно мрежово устройство в тази мрежа. Всички мрежови устройства имат един и същи мрежови адрес. Но всяко едно има различен идентификатор на устройство. Тогава когато компютрите някъде по света изпрати съобщение до този ІР адрес първата стъпка е пакета да се достави до правилната мрежа. След това този пакет се маршрутизира вътрешно в мрежата до мрежово устройство представено до идентификатора в последния октет.

  1. Класове ІР адреси:

201.32.0.4 това е за този клас мрежа, защото в традиционната схема за ІР адресиране, частта от адреса представляващ мрежата и частта която е за конкретното мрежово устройство се определят от класа на мрежата. В случая записа на този ІР адрес е в десетична бройна система, но по принцип ІР адреса се изгражда от двоични цифри – битове. Тъй като работата с дълги низове от 10 е трудно, най-често ІР адресите се обозначават в точково десетичен формат, наричан още точкова четворка, защото има 4 набора от числа, разделени с точки и всеки един набор се нарича октет. Дължината на всеки един набор е 8 бита, всяка от които има стойност 0 и 1 и от там наименованието октет. 4 октета се обозначават като W.X.Y.Z. Говорим за 32 битова схема на адресиране 4 х 8 бита. Всеки един ІР адрес е 32 битово число. При тази ситуация съществуват повече от 4млрд ІР адреса в световното Интернет пространство 232> 4млрд. Със създаването на Интернет възниква необходимостта от организиране и управление на ІР адресите и за целта се създава организация, която да ги управлява и раздава. В ранните години на Интернет, е било логично да се назначават ІР адреси на компании по блокове, защото всяко мрежово устройство се е нуждаело от уникален адрес. Тогавашните блокове са били на основа на база размера на конкретните мрежи. Така се стигна до необходимостта от определяне от класова ІР адреси или мрежи на базата на броя на хост адресите.

Класово адресиране

Методът за разделяне на адресното пространство на класове според размера на мрежата се нарича класово адресиране. Адресният клас се идентифицира по старшите видове. Първите няколко бита в най-левия октет. Октета W.

Таблица за идентифициране на адресните класове:

Адресен клас Брой старши битове идентифициращи адресния клас/стойност на старшите битове Брой битове в мрежовия адрес, идентифициращи адресния клас Брой мрежи в адресния клас

Диапазон от адреси на първия октет за адресния клас

Брой хостове за мрежи от адресния клас
A Адресите се идентифицират от първия бит на най-левия октет, който приема стойност 0 7 0-1-1-1-1-1-1-1

27=128 – 2

127.х.х.х диапазонът от адреси е запазен адрес за обратна връзка и се използва за тестови диагностични нужди

0.0.0.0 запазен за представяне на всички ІР адреси, таке че се получава числото 126

0 – 127*

Последните три октета определят идентификатора на хоста

224=16777216 – максималния възможен брой хостове във всяка една клас А мрежа.

B Се определя от първите два бита на най-левия октет, които приемат стойност 1-0 14 214=16384

128 – 191

216=65536
C Определят се от първите три бита на най-левия октет, които приемат стойност 1-1-0 21 221=2097152

192 – 223

28=256
D Мрежите използват първите 4 бита от най-левия октет и приемат стойност

1-1-1-0

28 Not Available

224 – 239

E Запазен за бъдещо

Първите два октета мрежови идентификатор, вторите два хост идентификатор за мрежа клас В

Мрежовия адрес на клас С мрежите се определя от първите три октета, а четвъртия определя устройството.

Класовото адресиране не е най-ефективния начин за адресиране в 32-битовото пространство. При фирма от 2000 устройства, за да влезне всеки един компютър в Интернет, трябва да има ІР адрес. Тук е нужна мрежа клас В, но имаме загуба на много адреси.

Безкласово адресиране

Загубата на адреси, свързана с класовото адресиране съдейства за бързото изчерпване на свободните ІР адреси. Търсят се възможни решения, базирани на протокол ІР адрес 6 – 128 битова адресация и т.н.

Но сега имаме решението на безкласово адресиране, реализирано на безкласова домейна реализация.

CIDR Classless Inter Domain Routing

Тази реализация използва обозначение прикрепено към всеки ІР адрес което указва броя битове използвани за мрежовата част от адреса. CIDR мрежите наричани още Slash X мрежи, защото ІР адреса се разделя от суфикса с една наклонена черта 192.168.1.15/24 наклонената черта е Slash, а Х числото записано след нея. Числото 24 означава, че 24 най-леви бита се използват като мрежови идентификатор, а останалите 8 бита в качеството им на хост идентификатор. Първите три октета определят мрежата, а 4 октет хоста.

CIDR клас
/8 A
/16 B
/24 C

CIDR мрежите могат да се означават с /12, /14, /18, което показва какъв е броя на битовете използвани за мрежови идентификатор. Така могат да се създават мрежи с размер, попадащи между традиционните класове.

Този подход поддържа практиката на комбиниране на малки непрекъснати блокове на мрежови адреси в един по-голям блок – процедура по обединяване в надмрежи – Super Netting.

Разделяне на подмрежи

Да разделим една мрежа на подмрежи означава да я разделим на части. Това разделяне превръща двустепенната йерархия на адресиране в тристепенна. За целта се заемат определен брой битове, използвани за хост-частта на адреса и се използват като второ ниво на мрежовия адрес подмрежови адрес. Разделянето на подмрежи се извършва като се използва подмрежова маска – subnet mask. Подмрежовата маска, в разглежданата версия на ИП протокола е 32 битово число, това число под мрежовата маска установява битовете, представляващ мрежовия идентификатор в единици, а битовете представляващо хост идентификатора в 0. В случая за мрежовия идентификатор се казва, че е маскиран от вдигнатите битове, установени в единици. По подразбиране за мрежови идентификатор клас А използват битовете в първия октет, клас Б в първите 2 октета, клас C използват битовете в първите 3 октета. За класовете мрежи по традиционната схема за адресиране са в сила т.нар. Подразбиращи се подмрежови маски default subnet mask. В сила е следната таблица за съответствие между класовете мрежи и подразбиращите се подмрежови маски.

Класове мрежи Двоична подмрежова маска Десетични подмрежови маски
А 11111111.00000000.00000000.00000000 255.0.0.0
B 11111111.11111111.000000000.0000000 255.255.0.0
C 11111111.11111111.11111111.00000000 255.255.255.0

Разделяне на една мрежа от определен адресен клас на подмрежи. Нека да приемем, че ни е назначен мрежови адрес от клас B – 181.25.0.0. Една клас B мрежа може да съдържа 65342 компютъра но при толкова много хостове в една мрежа,  broadcast-а става неуправляем, така че се разделя на подмрежи. 255.255.0.0 или 11111111.11111111.00000000.00000000. За да разделим мрежата на подмрежи трябва да заемем определен брой битове от хост-частта и да ги вдигнем в единици, така те отиват към мрежовия идентификатор, а 0 отиват в…

Тази подмрежова маска, която искаме да изчислим се нарича подмрежова маска с променлива дължина, с различна големина, потребителска подмрежова маска. За целта най-напред трябва да определим колко бита от хост частта трябва да вземем и да ги повдигнем в 1. Работим в двоична бройна система, защото подмрежата трябва да се създават в блокове, които са степени на двойката. За да изчислим подмрежовата маска, трябва да изчислим коя степен на 2 ни дава число, което ни върши работа. 20=1, 21=2, 22=4, 23=8., ако приемем, че това върши работа, „мрежовият идентификатор не може да се състои само от 0 или 1. 8-2 =6. 6 подмрежи ни вършат работа, това означава от хост частта на идентификатора да вземем 3 бита не само да ги вземем, а да ги обърнем в 1 (000=111). Обръщайки ги в единици 11111111.11111111.11100000.00000000 те вече идентифицират мрежовия идентификатор тогава нашата мрежова подмаска изглежда така. Записа в 10-инча бройна система е 255.255.224.0. Това е нашата потребителска подмрежова маска, при положение, че тази мрежа от клас B ще я разделим на 6 подмрежи. 65432 = 6*104+5*103+4*102+3*10+2*100 = 6*10000+5*1000+4*100+3*10+2= 60000+5000+400+30+2 = 65432.

При така приетата схема тези единици са мрежовия идентификатор, а 0 са хост идентификатора. 0 са 13, от което следва, че 213 е число, което определя броя на хостовете, в всяка една от подмрежите. В TCP/IP има IP адрес и подмрежови маска. IP адреса и подмрежовата маска са определящи за това как да се извърши комуникацията. IP адреса записан в двоичен запис и подмрежовата маска, записана в 10 запис, се сумират за. По същия начин се прави и с параметрите на приемащия компютър И ако са еднакви, означава че се намират в една и съща мрежа или подмрежа. Един излъчва, приема онзи, чиито IP адрес съответства с този, посочен в хедъра на пакета. Ако са в 2 различни мрежи, пакета се насочва към маршрутизатора , за да се насочи към друга среда.

Полза от подмрежи

-         намалява се Broadcast трафик – свързват се една с друга, посредством маршрутизатори а те от своя страна се конфигурират, така че да не предават broadcast трафик от една мрежа на друга

-         по-лесно управление на мрежата

-         отделните подмрежи се изолират една от друга, с цел по-голяма сигурност

Процес за раздаване на IP адрес :

-         ръчно задаване на IP адреси – администратора задава IP адреса на всяко мрежово устройство

-         автоматично разпределяне на адреси – за целта в мрежата се конфогурира машина, поне една, работеща като DHCP ( Dynamic Host Confoguration Protocol )сървър със задача разпределяне на IP адреси. Той работи на машината конфигуриран като DHCP сървър, разпределя IP адреси, на DHCP клиенти.

Процеса на разпределяне на адресите. Мрежово у-во, чиито DHCP свойства са установени за получаване на IP адрес чрез DHCP сървър се получава в мрежата. Този PC broadcast-ва съобщение до всички мрежови у-ва, с цел откриване на DHCP сървъра. Това съобщение се изпраща до всички мрежови у-ва, чрез използване на специален broadcast адрес. Това е първия етап от процеса.

-         ако в мрежата има DHCP сървър, той приема broadcast-ното съобщение и генерира(отговаря със съобщение) наречено DHCP предложение. Предлага на клиента IP адрес, по определен предварително зададен за него диапазон. Предложеният адрес временно се резервира, съобщението с предложение също се изпраща като broadcast съобщение, защото нашият клиент все още няма IP адрес за комуникация. Клиентът получава DHCP предложението, ако в мрежата има повече от един DHCP сървър клиентът получава повече от 1 DHCP предложение. Получавайки първото DHCP предложение, клиентът от своя страна отговаря със съобщение, наречено DHCP заявка, заявка, която означава, че приема направеното предложение. DHCP заявката отново е broadcast съобщение, тъй като по този начин всички DHCP сървъри, изпратили предложения знаят че техните предложения не са приети. DHCP сървъра чието предложение е прието получава съобщението DHCP заявката от клиента, DHCP сървъра потвърждава и назначава IP адреса на клиента, за определен период от време. При това потвърждаване DHCP може да изпрати допълнително информация на клиента за конфигуриране на DNS. Клиентът вече притежава IP адрес. Клиентът вече има необходимата TCP/IP konfiguraciq, и може да комуникира с останалите устройства използващи TCP/IP.
Има определено преимущество пред ръчното

-         спестява време, защото не се въвежда ръчно от администратора

-         гарантира по-голяма точност, защото не е необходимо администратора да следи кои са свободни и заети адреси

-         ако клиента не може да се свърже със сървъра, поради някаква причина, защото не му е даден IP адрес. За тази цел е възприет механизъм схема, за самоназначаване на адрес от предварително определен за целта диапазон от адреси. Самоназначеният адрес работи докато DHCP сървъра започне да функционира.

Поддържа се от всички OС.

TCP/IP протокол.

Порт,номер на порта.

Номера на портове

Номерът на порта е допълнение към IP адреса, специфична маршрутизираща информация, вътре в даден адрес. Портът е логическа точка на свързване. Портовете се използват основно от протоколите TCP UDP   ,за да идентификатор специфично приложение, което изпраща или получава съобщението/данните. Широко използвани Интернет приложения, използват предефинирани номера на портове. Тази стандартизация се прави с цел улесняване на комуникациите.

Номер на порт Използван протокол Приложение
80 TCP HTTP
21 TCP/UDP FTP
25 TCP/UDP SMTP
23 TCP/UDP TELNET
110 TCP/UDP POP3
161 TCP/UDP SNMP

Съществуват 65536 използваеми порта. Първите 1024 порта са стандартизирани за Интернет услуги, останалите са НАШИ.

Сокет (socket) – обща дефиниция – крайна точка на една връзка. За да може да се осъществи комуникация трябва да се създаде сокет. Различните типове сокети използват различни методи за адресиране. Най-популярният е IP адрес + номер на порт.

Преобразуване на имена

За по-лесно се работи с имена вместо числа, защото името е определено по-лесно за запомняне. Като се стартира брузера за интернет се въвежда името на домейна и то се транслира в ІР адрес. Използват се различни типове имена. В интернет имената на хостовете се подреждат в йерархична структура – домейни. Най-популярните домейни са създадени в САЩ при изграждането на интернет са следните:

.com – за комерсиални организации

.net – за мрежи и интернет доставчици

.org – оранизации с идеална цел

.edu – образователни институции

.gov – правителствени институции

.mil – военни структури

.int – използване на международни организации базирани на територията на САЩ

Извън САЩ различните страни имат различни кодове за описание на локални домейни свързани с имената на страните:

.uk – Великобритания

.fr – Франция

.ru – Русия

.bg – България

Организациите, бизнеса, както и отделни лица регистрират домейни от второ ниво.

ibm.com

dallas.net

whitehouse.gov

Домейн от второ ниво в отделните мрежови устройства се идентифицира от хост името, името на домейна от второ ниво и името на домейна от най-високото ниво, като всяка секция се разделя с точки.

Един уеб сървър в домейн www.ibm.com се идентифицира с изписаното име. Това разделено с точки йерархично име се нарича напълно квалифицирано име на домейна.

Преобразуване на имена и ІР адреси в числа:

В исторически план тази процедура започва от използване на HOSTS и LM HOSTS файлове. Това е първия метод за съпоставяне на имена на хостове с ІР адреси. Реализацията се изпълнява чрез текстови файл наречен HOSTS съхраняван на локалния твърд диск. Именно в него са изброени имена на хостове и техните съответстващи ІР адреси. Този метод работеше когато в интернет е имало няколко РC-та. За тогава лесен начин за конфигуриране, създава се и се конфигурира с текстови редактор и при слагане на нов комп файла се обновява ръчно.

LM HOSTS изпълнява подобна функция в мрежи на майкрософт като съпоставя ІР адреси с NETBIOS имена. Статичен файл, който трябва да се обновява ръчно. С развитието на интернет остро се появява нужда от по-добро средство за съпоставяне на имена и ІР адреси.

DNS Domain name system – система за имена на домейни. Използва се в интеренет за преобразуване на имена и адреси. DNS сървърите съхраняват база с двойка ІР адрес и име на хост. А ТСР/ІР свойствата на всеки един клиент се конфигурират с адреса на DNS сървъра. Когато името трябва да се транслира в съответния ІР адрес клиентът се свързва с DNS сървъра. Всеки клиент знае кой е неговия прилежащ DNS сървър и се свързва с него при това в интернет съществува йерархия от DNS сървъри. Всеки един от тях поддържа инфо за своята собствена зона. Ако DNS сървърът с който нашето РС е свързан непритежава ІР съотвествие за въведеното име, то той предава заявката към следващия и т.н. DNS сървър, докато информацията не бъде получена. Тази услуга преобразуване на имена в числа и този сървър не е абсолютно задължителен за да се извършва комуникация в мрежата и интернет, но без наличие на тази услуга всички комуникации трябва да използват ІР адреси. На второ място в нашия комп е адреса на DHCP сървъра. Този адрес се въвежда или от администратор или от DHCP сървър.

WINS – трети метод за преобразуване на имена в числа. NETBIOS имената идентифициращи хостове и услуги в мрежата на майкрософт се съпоставят в база данни на така наречен WINS сървър. Именно той транслира име в ІР адрес. При това тази услуга използва динамично обновявана база от данни. Така например когато в майкрософт мрежата се появят уинс клиенти те обявяват своето присъствие в мрежата на WINS сървъра давайки своето име и ІР адрес. На базата на тези данни WINS изгражда и поддържа собствена база данни от тази инфо. Последните версии на Уиндоус след 2000 са интегрирани тези услуги и работят съвместно в една мрежа.

ТСР/ІР помощни програми:

ТСР/ІР са сложна съвкупност от протоколи, тъй като пакета включва най-различни помощни програми с една или друга цел. Те не са задължителни за ТСР/ІР комуникацията. Те просто улесняват мрежовите администратори.

Една група помощни програми се използват за разглеждане на конфигурационната информация.

1. Помощни програми за разглеждане на конфигурационната информация

Packet Internet Grouper – ping

Adress Ressolution Protocol – ARP

Reserve ARP

Netstat

  1. Помощни програми за конфигуриране на ІР:

ipconfig

winipcfg

tracert

iptrace

ТСР/ІР включва именно такъв род протоколи предоставящи съответни услуги HTTP, FTP, SMTP, TELNET, POP3, SNMP. Включват приложения които могат да използват протоколи предоставящи услугите FTP TELNET и т.н.

LAN/ WAN свързаност

Връзки между LAN и WAN мрежи – съществуват 3 основни вида свързаност (LANWAN връзки)

-         транслирани

-         Proxy връзки

-         маршрутизирани връзки

  1. Транслирани връзки
    - по същество извършват транслиране на мрежови адреси Network Address Translation
    NAT
    - адресна транслация – позволява на всички хостове от състава на една ЛАН мрежа да осъществяват достъп до WAN мрежата посредством един хост компютър. Компютърът, на който се изпълнява софтуера на адресната транслация се поставя между LAN и WAN (фиг. 111)WAN  в случая е Интернет. Хоста за адресна транслация има 2 интерфейса, един интерфейс реализира свързаност с локалната мрежа, а втория с WAN следователно 2 IP адреса. Частен IP адрес, използван за комуникация с компютрите в LAN,  и глобално уникален публичен IP адрес, за комуникация в Интернет пространството. Адресното пространство на LAN е 192.168.1.1 следователно всички в LAN имат такива адреси.  Адресната транслация работи като асоциира, свързва частният IP адрес на всяко едно от LAN устройствата, което изпраща данни навън в WAN, към IP адреса, съответно номер на порт на хост компютъра. Тези данни се добавят към хедъра на пакета, които след това се изпраща навън в Internet , с IP адрес на хост компютъра, който има връзка с WAN мрежата. За целта, за да може да се осъществи комуникацията хост компютъра за адрес на транслацията съдържа т.нар. Таблица за адресна транслация, която съд. Следните данни:
    - оригиналните IP адреси на източника и местоназначението, идентифициращи и изпращащи компютри в LAN и извън LAN – във WAN;
    – оригиналните номера на портове на източника и местоназначението, идентифициращи приложението, което изпраща или приема заявка.
    - последователни номера, идентифициращи реда, по който се изпращат пакетите
    - времеви маркер.

Ценово ефективно решение за свързване на малки LAN мрежи към WAN. Надсофтуерът се поддържа от голяма група ОС. Системите имат вградена поддръжка на адресна транслация.

Простота на използване на реализациите. Малки и средни LAN, достатъчно е администратора да е обучен, изгражда си собствено адресно пространство, само му трябва глобален IP адрес, и си реализира Интернет комуникацията на фирмата или ведомството.

  1. Прокси услуга, която се реализира чрез Proxy server. Основното назначение на Proxy server е да осигури споделена връзка към WAN мрежата. На следващо място той се използва, или е предназначен за увеличаване web производителността като кешира web страници, за които често са правени заявки. 1970/80 година, когато се изгражда Интернет, хората започват да използват Интернет като комуникация,  но всички са вили по-бавни, и всяка фирма си наема анализатори, които да анализират връзката, производителността. Те откриват че е малка производителността, че едни и същи клиенти влизат в едни и същи сайтове и т.н. И американците решават че ще кешират дадени сайтове, които се качват на Proxy  сървъра. Proxy филтрира пакети и данни, заложени в хедъра. Когато клиента от LAN иска да ползва услуга от WAN най-напред има заложени правила с позволения, задължения и proxy сървъра проверява дали е позволено дадения потребител да използва дадения пакет. Прокси връзки и прокси услуга. Първото предимство е по-висока производителност, на следващо място по-голяма защитеност и по-голяма сигурност. Единствения проблем, който ограничава навлизането на IT технологиите във всички сфери е сигурността. По-ксъп софтуер, по труден за инсталиране, защото клиентските машини трябва да бъдат конфигуриране за ползване на прокси услугата. Съществува софтуер който комбинира над и прокси технологиите се нарича прозрачни проксита. Тези две решения не са универсални и всеможещи, по начина на транслация протоколи които не съхраняват информация,за ИП хедъра, не могат да работят с тези способи. IP редактори. Когато пакетите се автентифицират с използване на IP SEC то тогава такава транслация е невъзможно, защото е криптирана.
  1. маршрутизирани връзки – трети способ, начин, осигуряващ на хостове от LAN мрежата достъп до WAN мрежата. Разликата е, че при него всеки един хост, компютър участва директно във WAN комуникацията. Но за целта е необходимо всеки един хост от състава на мрежата които се свързва към WAN мрежата трябва да има законен регистриран публичен IP адрес. Освен това, за да работи маршрутизираната връзка се изисква специално маршрутизиращо у-во – маршрутизатор или router. За да бъде реализиран този способ хостовете от LAN мрежата, които използват TCP/IP за комуникация трябва да бъдат конфигурирани както следва:
    - IP адрес, валиден за LAN мрежата, в която  комуникират компютрите

- подмрежова маска
- подразбиращ се шлюз, връзка, в случая адреса на маршрутизатора. Маршрутизаторът има 2 интерфейса – с LAN и с WAN
- за да бъде настроена една маршрутизирана връзка към нета, TCP/IP протокола се конфигурира със следните данни – IP адрес; подмрежова маска; и адрес на DNS сървър. Тук идва мястото на DHCP сървъра – автоматично разпределяне на IP адресите. И икономисване на IP адреси.

Виртуални частни мрежи

Virtual Private Network VPN

Мрежа – две или повече устройства свързани да комуникират.

Виртуална – двете устройства няма физическа свързаност

използват като физическа преносна среда Интернет, като се формира своеобразен тунел със своите протоколи. Данни те се криптират, за да са недостъпни и нечетаеми от неупълномощения потребител.

Вашият коментар