DCN - Краткое руководство

Обзор обмена данными

Система взаимосвязанных компьютеров и компьютеризированной периферии, такой как принтеры, называется компьютерной сетью. Эта взаимосвязь между компьютерами облегчает обмен информацией между ними. Компьютеры могут подключаться друг к другу как по проводной, так и по беспроводной сети.

Классификация компьютерных сетей

Компьютерные сети классифицируются на основе различных факторов. Они включают в себя:

  • Географический охват
  • Взаимосвязанности
  • администрация
  • Архитектура

Географический пролет

Географически сеть можно рассматривать в одной из следующих категорий:

  • Он может охватывать всю вашу таблицу среди устройств с поддержкой Bluetooth. Начиная не более нескольких метров.
  • Он может охватывать все здание, включая промежуточные устройства для соединения всех этажей.
  • Это может охватывать весь город.
  • Он может охватывать несколько городов или провинций.
  • Это может быть одна сеть, охватывающая весь мир.

Inter-подключение

Компоненты сети могут по-разному соединяться друг с другом. Под связностью мы подразумеваем либо логически, физически, либо оба способа.

  • Каждое отдельное устройство может быть подключено к любому другому устройству в сети, создавая сетку.
  • Все устройства могут быть подключены к одной среде, но географически отключены, создавая структуру, подобную шине.
  • Каждое устройство подключается только к его левому и правому узлам, создавая линейную структуру.
  • Все устройства соединены вместе одним устройством, создавая звездообразную структуру.
  • Все устройства подключены произвольно, используя все предыдущие способы соединения друг с другом, в результате чего получается гибридная структура.

администрация

С точки зрения администратора, сеть может быть частной сетью, которая принадлежит к единой автономной системе и недоступна вне ее физического или логического домена. Сеть может быть общедоступной, к которой имеют доступ все.

Сетевая архитектура

    Компьютерные сети могут быть разделены на различные типы, такие как клиент-сервер, одноранговые или гибридные, в зависимости от их архитектуры.

  • Может быть одна или несколько систем, действующих в качестве сервера. Другое, являющееся Клиентом, запрашивает Сервер для обслуживания запросов. Сервер принимает и обрабатывает запрос от имени Клиентов.
  • Две системы могут быть соединены «точка-точка» или в режиме «спина к спине». Они оба находятся на одном уровне и называются пэрами.
  • Может быть гибридная сеть, которая включает сетевую архитектуру обоих вышеупомянутых типов.

Сетевые приложения

Компьютерные системы и периферийные устройства соединены в единую сеть. Они предоставляют многочисленные преимущества:

  • Совместное использование ресурсов, таких как принтеры и устройства хранения
  • Обмен информацией с помощью электронной почты и FTP
  • Обмен информацией через Интернет или Интернет
  • Взаимодействие с другими пользователями с использованием динамических веб-страниц
  • IP телефоны
  • Видео конференции
  • Параллельные вычисления
  • Мгновенное сообщение

Типы компьютерных сетей

Как правило, сети различаются по географическому охвату. Сеть может быть такой же маленькой, как расстояние между вашим мобильным телефоном и его наушниками Bluetooth, и такой же большой, как и сам интернет, покрывая весь географический мир,

Персональная сеть

Персональная сеть (PAN) - это самая маленькая сеть, которая очень персональна для пользователя. Это может включать устройства с поддержкой Bluetooth или устройства с поддержкой инфракрасного излучения. PAN имеет дальность связи до 10 метров. PAN может включать беспроводную компьютерную клавиатуру и мышь, наушники с поддержкой Bluetooth, беспроводные принтеры и пульты телевизора.

Персональная сеть

Например, Piconet - это персональная сеть с поддержкой Bluetooth, которая может содержать до 8 устройств, соединенных вместе в режиме «ведущий-ведомый».

Локальная сеть

Компьютерная сеть, охватывающая здание и управляемая единой административной системой, обычно называется локальной сетью (ЛВС). Обычно ЛВС охватывает офисы организации, школы, колледжи или университеты. Количество систем, подключенных к локальной сети, может варьироваться от двух до 16 миллионов.

Локальная сеть обеспечивает удобный способ совместного использования ресурсов между конечными пользователями. Такие ресурсы, как принтеры, файловые серверы, сканеры и Интернет, легко доступны для компьютеров.

Локальная сеть

Локальные сети состоят из недорогого сетевого и маршрутизирующего оборудования. Он может содержать локальные серверы, обслуживающие хранилище файлов, и другие локально используемые приложения. Он в основном работает на частных IP-адресах и не требует интенсивной маршрутизации. Локальная сеть работает в своем собственном локальном домене и контролируется централизованно.

В локальной сети используется технология Ethernet или Token-ring. Ethernet является наиболее широко используемой технологией ЛВС и использует топологию Star, в то время как Token-ring встречается редко.

Локальная сеть может быть проводной, беспроводной или в обеих формах одновременно.

Городская сеть

Городская сеть (MAN) обычно расширяется по всему городу, например, по кабельному телевидению. Он может быть в форме Ethernet, Token-Ring, ATM или Fibre Distributed Data Interface (FDDI).

Metro Ethernet - это услуга, предоставляемая интернет-провайдерами. Эта услуга позволяет пользователям расширять свои локальные сети. Например, MAN может помочь организации подключить все свои офисы в городе.

Городская сеть

Основой MAN является высокопроизводительная и высокоскоростная волоконная оптика. MAN работает между локальной сетью и глобальной сетью. MAN обеспечивает связь между локальными сетями и глобальными сетями.

Глобальная сеть

Как следует из названия, глобальная сеть (WAN) охватывает обширную область, которая может охватывать провинции и даже целую страну. Как правило, телекоммуникационные сети являются глобальной сетью. Эти сети обеспечивают связь с MAN и LAN. Поскольку они оснащены высокоскоростной магистралью, глобальные сети используют очень дорогое сетевое оборудование.

Глобальная сеть

WAN может использовать передовые технологии, такие как режим асинхронной передачи (ATM), Frame Relay и синхронная оптическая сеть (SONET). WAN может управляться несколькими администрациями.

Межсетевой

Сеть сетей называется межсетевой или просто Интернет. Это самая большая сеть, существующая на этой планете. Интернет соединяет все глобальные сети и может подключаться к локальным и домашним сетям. Интернет использует набор протоколов TCP / IP и использует IP в качестве протокола адресации. На сегодняшний день Интернет широко внедряется с использованием IPv4. Из-за нехватки адресных пространств он постепенно мигрирует с IPv4 на IPv6.

Интернет позволяет своим пользователям обмениваться и получать доступ к огромному количеству информации по всему миру. Он использует WWW, FTP, почтовые сервисы, потоковое аудио и видео и т. Д. На огромном уровне интернет работает по модели клиент-сервер.

Интернет использует очень высокоскоростную магистраль волоконной оптики. Чтобы соединить различные континенты, волокна проложены под морем, известным нам как подводный кабель связи.

Интернет широко распространен в сервисах World Wide Web с использованием HTML-страниц и доступен клиентскому программному обеспечению, известному как веб-браузеры. Когда пользователь запрашивает страницу с помощью какого-либо веб-браузера, расположенного на каком-либо веб-сервере в любой точке мира, веб-сервер отвечает соответствующей HTML-страницей. Задержка связи очень мала.

Интернет служит многим предложениям и участвует во многих аспектах жизни. Некоторые из них:

  • Веб-сайты
  • Эл. почта
  • Мгновенное сообщение
  • Ведение блога
  • Социальные сети
  • маркетинг
  • сетей
  • Обмен ресурсами
  • Аудио и видео потоковое

Сетевые технологии ЛВС

Давайте кратко рассмотрим различные технологии ЛВС:

Ethernet

Ethernet является широко распространенной технологией локальной сети. Эта технология была изобретена Бобом Меткалфом и Д. Р. Боггсом в 1970 году. Она была стандартизирована в IEEE 802.3 в 1980 году.

Ethernet разделяет медиа. Сеть, которая использует совместно используемые носители, имеет высокую вероятность коллизии данных. Ethernet использует технологию множественного доступа / обнаружения столкновений Carrier Sense (CSMA / CD) для обнаружения коллизий. При возникновении коллизии в Ethernet все ее узлы откатываются, ждут некоторое случайное количество времени, а затем повторно передают данные.

Разъем Ethernet есть, сетевая карта оснащена 48-битным MAC-адресом. Это помогает другим устройствам Ethernet идентифицировать и взаимодействовать с удаленными устройствами в Ethernet.

Традиционный Ethernet использует спецификации 10BASE-T. Число 10 отображает скорость 10 Мбит / с, BASE обозначает базовую полосу, а T обозначает толстый Ethernet. 10BASE-T Ethernet обеспечивает скорость передачи до 10 Мбит / с и использует коаксиальный кабель или кабель витой пары Cat-5 с разъемом RJ-45. Ethernet следует топологии «звезда» с длиной сегмента до 100 метров. Все устройства подключены к концентратору / коммутатору звездным способом.

Fast-Ethernet

Чтобы удовлетворить потребности быстро развивающихся программных и аппаратных технологий, Ethernet расширяется как Fast-Ethernet. Он может работать как по UTP, так и по оптоволокну, а также по беспроводной сети. Он может обеспечить скорость до 100 МБ / с. Этот стандарт называется 100BASE-T в IEEE 803.2 с использованием кабеля витой пары Cat-5. Он использует технологию CSMA / CD для проводного обмена мультимедийными данными между хостами Ethernet и технологию CSMA / CA (CA означает предотвращение столкновений) для беспроводной локальной сети Ethernet.

Fast Ethernet на оптоволокне определяется стандартом 100BASE-FX, который обеспечивает скорость до 100 Мбит / с на оптоволокне. Ethernet по оптоволокну может быть расширен до 100 метров в полудуплексном режиме и может достигать максимум 2000 метров в полнодуплексном режиме по многомодовым волокнам.

Giga-Ethernet

После внедрения в 1995 году Fast-Ethernet мог пользоваться своим высокоскоростным состоянием только в течение 3 лет, пока не был представлен Giga-Ethernet. Giga-Ethernet обеспечивает скорость до 1000 Мбит / с. IEEE802.3ab стандартизирует Giga-Ethernet через UTP с использованием кабелей Cat-5, Cat-5e и Cat-6. IEEE802.3ah определяет Giga-Ethernet по оптоволокну.

Виртуальная локальная сеть

Локальная сеть использует Ethernet, который в свою очередь работает на общих носителях. Общие медиа в Ethernet создают один домен Broadcast и один домен Collision. Введение коммутаторов в Ethernet устранило проблему с одним доменом коллизий, и каждое устройство, подключенное к коммутатору, работает в своем отдельном домене коллизий. Но даже Коммутаторы не могут разделить сеть на отдельные широковещательные домены.

Виртуальная локальная сеть - это решение для разделения одного широковещательного домена на несколько широковещательных доменов. Хост в одной VLAN не может общаться с хостом в другой. По умолчанию все хосты размещены в одной VLAN.

Виртуальная локальная сеть

На этой диаграмме разные VLAN изображены в разных цветовых кодах. Хосты в одной VLAN, даже если они подключены к одному и тому же коммутатору, не могут видеть или разговаривать с другими хостами в разных VLAN. VLAN - это технология уровня 2, тесно связанная с Ethernet. Для маршрутизации пакетов между двумя разными VLAN требуется устройство уровня 3, такое как маршрутизатор.

Топология компьютерной сети

Топология сети - это схема, с которой компьютерные системы или сетевые устройства связаны друг с другом. Топологии могут определять как физический, так и логический аспект сети. И логические, и физические топологии могут быть одинаковыми или разными в одной сети.


Точка-точка

Сети точка-точка содержат ровно два хоста, таких как компьютер, коммутаторы или маршрутизаторы, серверы, подключенные друг к другу с помощью одного куска кабеля. Часто принимающая сторона одного хоста соединяется с отправляющей стороной другого и наоборот.

Если хосты подключены точка-точка логически, то может иметь несколько промежуточных устройств. Но конечные хосты не знают о базовой сети и видят друг друга, как будто они подключены напрямую.

Топология шины

В случае топологии шины все устройства совместно используют одну линию связи или кабель. В топологии шины могут возникнуть проблемы, когда несколько хостов отправляют данные одновременно. Поэтому в топологии шины либо используется технология CSMA / CD, либо для решения этой проблемы один хост-узел распознается как Bus Master. Это одна из простых форм организации сети, при которой отказ устройства не влияет на другие устройства. Но отказ общей линии связи может привести к прекращению работы всех других устройств.

Топология шины

Оба конца общего канала имеют терминатор строки. Данные отправляются только в одном направлении, и как только они достигают крайнего конца, терминатор удаляет данные из линии.

Топология звезды

Все хосты в топологии Star подключены к центральному устройству, известному как устройство-концентратор, с помощью двухточечного соединения. То есть существует соединение точка-точка между хостами и концентратором. Устройство-концентратор может быть любым из следующих:

  • Устройство уровня 1, такое как концентратор или ретранслятор
  • Устройство уровня 2, такое как коммутатор или мост
  • Устройство уровня 3, такое как маршрутизатор или шлюз
Топология звезды

Как и в топологии шины, концентратор действует как единая точка отказа. При сбое в концентраторе происходит сбой подключения всех хостов ко всем остальным хостам. Каждое взаимодействие между хостами происходит только через концентратор. Топология Star не дорогая, так как для подключения еще одного хоста требуется только один кабель, а конфигурация проста.

Кольцевая топология

В кольцевой топологии каждый хост-компьютер подключается ровно к двум другим машинам, создавая круговую сетевую структуру. Когда один хост пытается связаться или отправить сообщение хосту, который не соседствует с ним, данные проходят через все промежуточные хосты. Для подключения еще одного хоста в существующей структуре администратору может потребоваться только еще один дополнительный кабель.

Кольцевая топология

Отказ любого хоста приводит к отказу всего кольца. Таким образом, каждое соединение в кольце является точкой отказа. Есть методы, которые используют еще одно резервное кольцо.

Топология сетки

В топологии этого типа хост подключается к одному или нескольким хостам. Эта топология имеет хосты, подключенные к сети «точка-точка» с любым другим хостом, или может также иметь хосты, которые подключены «точка-точка» только к нескольким хостам.

Топология полной сетки

Хосты в топологии Mesh также работают как ретрансляторы для других хостов, которые не имеют прямых соединений точка-точка. Сетчатая технология бывает двух типов:

  • Полная сетка : все хосты имеют соединение точка-точка со всеми остальными хостами в сети. Таким образом, для каждого нового хоста требуется n (n-1) / 2 соединения. Это обеспечивает наиболее надежную структуру сети среди всех сетевых топологий.
  • Частично Mesh : не все хосты имеют соединение точка-точка с любым другим хостом. Хозяева соединяются друг с другом произвольно. Эта топология существует там, где нам нужно обеспечить надежность для некоторых хостов из всех.

Топология дерева

Также известная как иерархическая топология, это наиболее распространенная форма используемой в настоящее время топологии сети. Эта топология имитирует расширенную топологию Star и наследует свойства топологии шины.

Эта топология делит сеть на несколько уровней / уровней сети. В основном в локальных сетях сеть раздваивается на три типа сетевых устройств. Самый нижний уровень доступа, к которому подключены компьютеры. Средний уровень известен как распределительный слой, который работает как посредник между верхним и нижним уровнями. Самый высокий уровень известен как базовый уровень и является центральной точкой сети, то есть корнем дерева, от которого разворачиваются все узлы.

Топология дерева

Все соседние узлы имеют двухточечное соединение между ними. По аналогии с топологией шины, если корень выходит из строя, страдает даже вся сеть, хотя это не единственная точка отказа. Каждое соединение служит точкой сбоя, при сбое которого сеть делится на недоступный сегмент.

Маргаритка цепь

Эта топология соединяет все хосты линейно. Подобно топологии кольца, все хосты подключены только к двум хостам, кроме конечных хостов. Значит, если конечные хосты в последовательной цепи подключены, то это представляет топологию кольца.

Топология цепочки Дейзи

Каждое звено в топологии гирляндной цепочки представляет одну точку отказа. Каждый сбой канала разделяет сеть на два сегмента. Каждый промежуточный хост работает как ретранслятор для его непосредственных хостов.

Гибридная топология

Структура сети, конструкция которой содержит более одной топологии, называется гибридной топологией. Гибридная топология наследует достоинства и недостатки всех включенных топологий.

Гибридная топология

Рисунок выше представляет произвольно гибридную топологию. Комбинированные топологии могут содержать атрибуты топологий Star, Ring, Bus и Daisy-chain. Большинство глобальных сетей подключены с помощью топологии Dual-Ring, а сети, к которым они подключены, в основном являются топологическими сетями Star. Интернет - лучший пример крупнейшей гибридной топологии

Модели компьютерных сетей

Сетевое проектирование - сложная задача, которая включает программное обеспечение, микропрограммное обеспечение, разработку уровня микросхемы, аппаратные средства и электрические импульсы. Чтобы упростить сетевое проектирование, вся концепция сети делится на несколько уровней. Каждый слой участвует в какой-то конкретной задаче и не зависит от всех других слоев. Но в целом почти все сетевые задачи зависят от всех этих уровней. Слои обмениваются данными между собой, и они зависят друг от друга только для того, чтобы принимать и отправлять данные.

Слоистые задачи

В многоуровневой архитектуре сетевой модели один весь сетевой процесс делится на небольшие задачи. Каждое небольшое задание затем назначается определенному слою, который работает только для обработки задания. Каждый слой выполняет только определенную работу.

В многоуровневой системе связи один уровень хоста имеет дело с задачей, выполняемой или выполняемой его равноправным уровнем на том же уровне на удаленном хосте. Задача либо инициируется слоем на самом низком уровне, либо на самом верхнем уровне. Если задача инициируется самым верхним слоем, она передается слою под ним для дальнейшей обработки. Нижний уровень делает то же самое, обрабатывает задачу и переходит на нижний уровень. Если задача инициирована самым нижним слоем, то используется обратный путь.

Слоистые задачи

Каждый уровень объединяет в себе все процедуры, протоколы и методы, необходимые для выполнения своей задачи. Все слои идентифицируют своих аналогов посредством заголовка и хвоста инкапсуляции.

Модель OSI

Open System Interconnect - это открытый стандарт для всех систем связи. Модель OSI установлена Международной организацией по стандартизации (ISO). Эта модель имеет семь слоев:

Модель OSI
  • Уровень приложения : этот уровень отвечает за предоставление интерфейса пользователю приложения. Этот уровень охватывает протоколы, которые напрямую взаимодействуют с пользователем.

  • Уровень представления . Этот уровень определяет способ представления данных в собственном формате удаленного хоста в собственном формате хоста.

  • Уровень сеанса : этот уровень поддерживает сеансы между удаленными хостами. Например, как только аутентификация пользователя / пароля выполнена, удаленный хост некоторое время поддерживает этот сеанс и больше не запрашивает аутентификацию в течение этого промежутка времени.

  • Транспортный уровень : этот уровень отвечает за сквозную доставку между хостами.

  • Сетевой уровень : этот уровень отвечает за назначение адресов и уникальную адресацию хостов в сети.

  • Уровень канала передачи данных : этот уровень отвечает за чтение и запись данных с линии и на нее. Ошибки связи обнаружены на этом уровне.

  • Физический уровень : этот уровень определяет аппаратное обеспечение, кабельную проводку, выходную мощность, частоту пульса и т. Д.

Интернет-модель

Интернет использует набор протоколов TCP / IP, также известный как пакет Интернет. Это определяет интернет-модель, которая содержит четыре уровня архитектуры. Модель OSI - это общая модель коммуникации, но Интернет-модель - это то, что Интернет использует для всех своих коммуникаций. Интернет не зависит от базовой сетевой архитектуры, как и его Модель. Эта модель имеет следующие слои:

Интернет-модель
  • Уровень приложений : этот уровень определяет протокол, который позволяет пользователю взаимодействовать с сетью. Например, FTP, HTTP и т. Д.

  • Транспортный уровень : этот уровень определяет, как данные должны передаваться между хостами. Основным протоколом на этом уровне является протокол управления передачей (TCP). Этот уровень гарантирует, что данные, передаваемые между хостами, находятся в порядке и отвечают за сквозную доставку.

  • Интернет-уровень : Интернет-протокол (IP) работает на этом уровне. Этот уровень облегчает адресацию и распознавание хоста. Этот уровень определяет маршрутизацию.

  • Канальный уровень : этот уровень обеспечивает механизм отправки и получения фактических данных. В отличие от своего аналога модели OSI, этот уровень не зависит от базовой сетевой архитектуры и аппаратного обеспечения.

Безопасность компьютерной сети

В первые дни Интернета его использование было ограничено военными и университетами для целей исследований и разработок. Позже, когда все сети слились воедино и образовали Интернет, эти данные использовались для проезда через общественную транзитную сеть. Обычные люди могут отправлять данные, которые могут быть очень чувствительными, такие как их банковские учетные данные, имена пользователей и пароли, личные документы, данные онлайн-покупок или конфиденциальные документы.

Все угрозы безопасности являются преднамеренными, т. Е. Они возникают только в случае преднамеренного срабатывания. Угрозы безопасности можно разделить на следующие категории:

  • перебой

    Прерывание - это угроза безопасности, при которой доступность ресурсов подвергается атаке. Например, пользователь не может получить доступ к своему веб-серверу или веб-сервер захвачен.

  • Конфиденциальность-Нарушение

    В этой угрозе конфиденциальность пользователя ставится под угрозу. Кто-то, кто не является уполномоченным лицом, получает доступ или перехватывает данные, отправленные или полученные исходным аутентифицированным пользователем.

  • целостность

    Этот тип угрозы включает в себя любое изменение или модификацию в исходном контексте связи. Злоумышленник перехватывает и получает данные, отправленные отправителем, а затем злоумышленник либо изменяет, либо генерирует ложные данные и отправляет получателю. Получатель получает данные, предполагая, что они отправляются исходным отправителем.

  • аутентичность

    Эта угроза возникает, когда злоумышленник или нарушитель безопасности выдает себя за подлинного человека и получает доступ к ресурсам или общается с другими подлинными пользователями.

Никакая техника в современном мире не может обеспечить 100% безопасность. Но можно предпринять шаги для защиты данных, когда они перемещаются в незащищенной сети или в Интернете. Наиболее широко используемый метод - криптография.

криптография

Криптография - это метод шифрования текстовых данных, который затрудняет понимание и интерпретацию. В настоящее время доступно несколько криптографических алгоритмов, как описано ниже:

  • Секретный ключ

  • Открытый ключ

  • Дайджест сообщения

Шифрование секретного ключа

И отправитель, и получатель имеют один секретный ключ. Этот секретный ключ используется для шифрования данных на конце отправителя. После того, как данные зашифрованы, они передаются в общественное достояние получателю. Поскольку получатель знает и имеет секретный ключ, зашифрованные пакеты данных могут быть легко расшифрованы.

Примером шифрования секретным ключом является Стандарт шифрования данных (DES). При шифровании секретным ключом требуется отдельный ключ для каждого хоста в сети, что затрудняет управление.

Шифрование с открытым ключом

В этой системе шифрования у каждого пользователя есть свой секретный ключ, и он не находится в общем домене. Секретный ключ никогда не раскрывается в открытом доступе. Наряду с секретным ключом, у каждого пользователя есть свой, но открытый ключ. Открытый ключ всегда делается открытым и используется Отправителями для шифрования данных. Когда пользователь получает зашифрованные данные, он может легко расшифровать их, используя собственный секретный ключ.

Пример шифрования с открытым ключом - Rivest-Shamir-Adleman (RSA).

Дайджест сообщения

В этом методе фактические данные не отправляются, вместо этого вычисляется и отправляется хэш-значение. Другой конечный пользователь вычисляет свое собственное хеш-значение и сравнивает его с только что полученным. Если оба хеш-значения совпадают, то оно принимается, в противном случае отклоняется.

Примером дайджеста сообщения является хеширование MD5. Он в основном используется при аутентификации, когда пароль пользователя перепроверяется с паролем, сохраненным на сервере.

Физический уровень - Введение

Физический уровень в модели OSI играет роль взаимодействия с фактическим оборудованием и механизмом сигнализации. Физический уровень является единственным уровнем сетевой модели OSI, который фактически имеет дело с физическим соединением двух разных станций. Этот уровень определяет аппаратное оборудование, кабели, проводку, частоты, импульсы, используемые для представления двоичных сигналов и т. Д.

Физический уровень предоставляет свои услуги уровню передачи данных. Уровень передачи данных передает кадры на физический уровень. Физический уровень преобразует их в электрические импульсы, которые представляют двоичные данные. Затем двоичные данные передаются по проводной или беспроводной среде.

сигналы

Когда данные отправляются через физический носитель, они должны быть сначала преобразованы в электромагнитные сигналы. Сами данные могут быть аналоговыми, такими как человеческий голос, или цифровыми, такими как файлы на диске. Аналоговые и цифровые данные могут быть представлены в виде цифровых или аналоговых сигналов.

  • Цифровые сигналы

    Цифровые сигналы имеют дискретный характер и представляют собой последовательность импульсов напряжения. Цифровые сигналы используются в схемах компьютерной системы.

  • Аналоговые сигналы

    Аналоговые сигналы имеют непрерывную волновую форму и представлены непрерывными электромагнитными волнами.

Ухудшение передачи

Когда сигналы проходят через среду, они имеют тенденцию ухудшаться. Это может иметь много причин, как указано:

  • ослабление

    Чтобы получатель мог правильно интерпретировать данные, сигнал должен быть достаточно сильным. Когда сигнал проходит через среду, он имеет тенденцию становиться слабее. Когда он преодолевает расстояние, он теряет силу.

  • рассеивание

    Когда сигнал проходит через средства массовой информации, он имеет тенденцию распространяться и перекрываться. Количество дисперсии зависит от используемой частоты.

  • Задержка искажения

    Сигналы передаются через носитель с заранее заданной скоростью и частотой. Если скорость и частота сигнала не совпадают, есть вероятность, что сигнал достигает пункта назначения произвольным образом. На цифровых носителях очень важно, чтобы некоторые биты достигли ранее отправленных.

  • Шум

    Говорят, что случайное возмущение или колебание в аналоговом или цифровом сигнале является шумом в сигнале, который может искажать фактическую передаваемую информацию. Шум можно охарактеризовать в одном из следующих классов:

    • Тепловой шум

      Тепло возбуждает электронные проводники среды, что может создавать шум в среде. До определенного уровня тепловой шум неизбежен.

    • интермодуляция

      Когда несколько частот совместно используют среду, их помехи могут вызывать шум в среде. Интермодуляционный шум возникает, если две разные частоты совместно используют среду, и одна из них имеет чрезмерную силу, или сам компонент не функционирует должным образом, тогда результирующая частота может быть доставлена не так, как ожидалось.

    • Перекрестная

      Этот вид шума возникает, когда в носитель поступает посторонний сигнал. Это связано с тем, что сигнал в одной среде влияет на сигнал второй среды.

    • Импульс

      Этот шум возникает из-за нерегулярных помех, таких как освещение, электричество, короткое замыкание или неисправные компоненты. Цифровые данные в основном подвержены шуму такого рода.

Средства передачи

Носитель, по которому передается информация между двумя компьютерными системами, называется носителем передачи. Передача СМИ происходит в двух формах.

  • Управляемые СМИ

    Все коммуникационные провода / кабели являются управляемыми средами, такими как UTP, коаксиальные кабели и волоконная оптика. На этом носителе отправитель и получатель напрямую связаны, и информация передается (направляется) через него.

  • Неуправляемые СМИ

    Говорят, что беспроводное или открытое пространство является неуправляемой средой, поскольку между отправителем и получателем отсутствует связь. Информация распространяется по воздуху, и любой, включая фактического получателя, может собирать информацию.

Емкость канала

Скорость передачи информации называется пропускной способностью канала. Мы считаем это скоростью передачи данных в цифровом мире. Это зависит от множества факторов, таких как:

  • Пропускная способность: физическое ограничение базовых носителей.

  • Частота появления ошибок: неправильный прием информации из-за шума.

  • Кодировка: количество уровней, используемых для сигнализации.

мультиплексирование

Мультиплексирование - это метод смешивания и отправки нескольких потоков данных на одном носителе. Этот метод требует системного аппаратного обеспечения, называемого мультиплексором (MUX), для мультиплексирования потоков и отправки их на среду, и демультиплексора (DMUX), который берет информацию со среды и распределяет по разным адресатам.

коммутация

Коммутация - это механизм, с помощью которого данные / информация отправляются из источника в пункт назначения, которые не связаны напрямую. В сетях есть соединительные устройства, которые получают данные из напрямую подключенных источников, сохраняют данные, анализируют их и затем пересылают к следующему соединительному устройству, ближайшему к месту назначения.

Переключение может быть классифицировано как:

коммутация

Цифровая передача

Данные или информация могут храниться двумя способами, аналоговым и цифровым. Чтобы компьютер мог использовать данные, он должен быть в дискретной цифровой форме. Как и данные, сигналы также могут быть в аналоговой и цифровой форме. Для передачи данных в цифровом виде их необходимо сначала преобразовать в цифровую форму.

Цифро-цифровое преобразование

В этом разделе объясняется, как преобразовать цифровые данные в цифровые сигналы. Это можно сделать двумя способами: линейное и блочное кодирование. Для всех коммуникаций необходимо линейное кодирование, тогда как блочное кодирование необязательно.

Линейное кодирование

Процесс преобразования цифровых данных в цифровой сигнал называется линейным кодированием. Цифровые данные находятся в двоичном формате. Они представляются (хранятся) внутри как серии из 1 и 0.

Линейное кодирование

Цифровой сигнал обозначается дискретным сигналом, который представляет собой цифровые данные. Доступны три типа схем линейного кодирования:

Линейное кодирование

Однополярное кодирование

Схемы униполярного кодирования используют один уровень напряжения для представления данных. В этом случае для представления двоичного 1 передается высокое напряжение, а для представления 0 напряжение не передается. Это также называется Unipolar-Non-return-to-zero, потому что нет условия покоя, т.е. оно представляет 1 или 0.

UniPolar NRZ Кодировка

Полярное кодирование

Схема полярного кодирования использует несколько уровней напряжения для представления двоичных значений. Полярные кодировки доступны в четырех типах:

  • Полярный невозврат в ноль (Полярный НРЗ)

    Он использует два разных уровня напряжения для представления двоичных значений. Как правило, положительное напряжение представляет 1, а отрицательное значение представляет 0. Это также NRZ, потому что нет состояния покоя.

    Схема NRZ имеет два варианта: NRZ-L и NRZ-I.

    Униполярный НРЗ

    NRZ-L изменяет уровень напряжения, когда встречается другой бит, тогда как NRZ-I меняет напряжение, когда встречается 1.

  • Вернуться к нулю (RZ)

    Проблема с NRZ заключается в том, что получатель не может определить, когда закончился бит и когда начинается следующий бит, в случае, когда часы отправителя и получателя не синхронизированы.

    Возврат к нулю

    RZ использует три уровня напряжения, положительное напряжение для представления 1, отрицательное напряжение для представления 0 и нулевое напряжение для нулевого значения. Сигналы меняются во время битов, а не между битами.

  • Манчестер

    Эта схема кодирования является комбинацией RZ и NRZ-L. Битовое время делится на две половины. Он проходит в середине бита и меняет фазу, когда встречается другой бит.

  • Дифференциальный Манчестер

    Эта схема кодирования является комбинацией RZ и NRZ-I. Он также проходит в середине бита, но меняет фазу, только когда встречается 1.

Биполярное кодирование

Биполярное кодирование использует три уровня напряжения: положительный, отрицательный и ноль. Нулевое напряжение представляет двоичный 0, а бит 1 представлен изменением положительного и отрицательного напряжений.

Блочное кодирование

Для обеспечения точности принятого кадра данных используются избыточные биты. Например, в четной четности добавляется один бит четности, чтобы счетчик 1 в кадре был четным. Таким образом, оригинальное количество бит увеличивается. Это называется блочным кодированием.

Блочное кодирование представлено косой нотацией, mB / nB. Значит, m-битный блок заменяется n-битным блоком, где n> m. Блочное кодирование включает три этапа:

  • Отдел,
  • подмена
  • Комбинация.

После того как блочное кодирование выполнено, оно кодируется для передачи.

Аналого-цифровое преобразование

Микрофоны создают аналоговый голос, а камера создает аналоговые видео, которые обрабатывают аналоговые данные. Для передачи этих аналоговых данных по цифровым сигналам нам необходимо аналого-цифровое преобразование.

Аналоговые данные представляют собой непрерывный поток данных в форме волны, тогда как цифровые данные являются дискретными. Для преобразования аналоговой волны в цифровые данные мы используем импульсную кодовую модуляцию (PCM).

PCM является одним из наиболее часто используемых методов для преобразования аналоговых данных в цифровую форму. Он включает в себя три этапа:

  • отбор проб
  • квантование
  • Кодирование.

отбор проб

отбор проб

Аналоговый сигнал дискретизируется каждый интервал T. Наиболее важным фактором при дискретизации является частота, с которой дискретизируется аналоговый сигнал. Согласно теореме Найквиста, частота дискретизации должна быть как минимум в два раза выше самой высокой частоты сигнала.

квантование

квантование

Выборка дает дискретную форму непрерывного аналогового сигнала. Каждый дискретный шаблон показывает амплитуду аналогового сигнала в этом случае. Квантование выполняется между максимальным значением амплитуды и минимальным значением амплитуды. Квантование является приближением мгновенного аналогового значения.

кодирование

кодирование

При кодировании каждое приближенное значение затем преобразуется в двоичный формат.

Режимы передачи

Режим передачи определяет, каким образом данные передаются между двумя компьютерами. Двоичные данные в форме единиц и нулей можно отправлять в двух разных режимах: параллельный и последовательный.

Параллельная передача

Параллельная передача

Бинарные биты организованы в группы фиксированной длины. Отправитель и получатель подключены параллельно с равным количеством линий данных. Оба компьютера различают строки данных высокого и низкого порядка. Отправитель отправляет все биты сразу по всем линиям. Поскольку строки данных равны количеству битов в группе или кадре данных, полная группа битов (кадр данных) отправляется за один раз. Преимуществом параллельной передачи является высокая скорость, а недостатком - стоимость проводов, так как она равна количеству передаваемых битов параллельно.

Последовательная передача

При последовательной передаче биты отправляются один за другим в порядке очереди. Для последовательной передачи требуется только один канал связи.

Последовательная передача

Последовательная передача может быть асинхронной или синхронной.

Асинхронная последовательная передача

Это названо так, потому что нет никакой важности выбора времени. Биты данных имеют определенную структуру, и они помогают приемнику распознавать начальные и конечные биты данных. Например, в каждом байте данных стоит префикс 0, а в конце добавляется одна или несколько единиц.

Два непрерывных кадра данных (байты) могут иметь разрыв между ними.

Синхронная последовательная передача

Синхронизация в синхронной передаче имеет значение, так как не существует механизма для распознавания начальных и конечных битов данных. Нет шаблона или метода префикса / суффикса. Биты данных отправляются в пакетном режиме без сохранения промежутка между байтами (8 бит). Один пакет битов данных может содержать несколько байтов. Поэтому время становится очень важным.

Приемник должен распознать и разделить биты на байты. Преимущество синхронной передачи заключается в высокой скорости, и он не имеет дополнительных затрат на дополнительные биты заголовка и нижнего колонтитула, как при асинхронной передаче.

Аналоговая передача

Для отправки цифровых данных через аналоговый носитель их необходимо преобразовать в аналоговый сигнал. В зависимости от форматирования данных может быть два случая.

Полоса пропускания: фильтры используются для фильтрации и передачи частот, представляющих интерес. Полоса пропускания - это полоса частот, которая может пройти фильтр.

Low-pass: Low-pass - это фильтр, который пропускает низкочастотные сигналы.

Когда цифровые данные преобразуются в полосовой аналоговый сигнал, это называется цифроаналоговым преобразованием. Когда аналоговый сигнал нижних частот преобразуется в полосовой аналоговый сигнал, это называется аналого-аналоговым преобразованием.

Цифро-аналоговое преобразование

Когда данные с одного компьютера отправляются на другой через какой-либо аналоговый носитель, они сначала преобразуются в аналоговые сигналы. Аналоговые сигналы модифицируются для отражения цифровых данных.

Аналоговый сигнал характеризуется своей амплитудой, частотой и фазой. Существует три вида цифро-аналоговых преобразований:

  • Переключение амплитуды

    В этом методе преобразования амплитуда аналогового несущего сигнала модифицируется для отражения двоичных данных.

    Переключение амплитуды

    Когда двоичные данные представляют цифру 1, амплитуда удерживается; в противном случае он равен 0. И частота, и фаза остаются такими же, как в исходном сигнале несущей.

  • Переключение частот

    В этом методе преобразования частота аналогового несущего сигнала модифицируется для отражения двоичных данных.

    Переключение частот

    Эта техника использует две частоты, f1 и f2. Один из них, например, f1, выбран для представления двоичной цифры 1, а другой используется для представления двоичной цифры 0. И амплитуда, и фаза несущей волны остаются неизменными.

  • Переключение фазы

    В этой схеме преобразования фаза исходного сигнала несущей изменяется для отражения двоичных данных.

    Переключение фазы

    Когда встречается новый двоичный символ, фаза сигнала изменяется. Амплитуда и частота исходного несущего сигнала остаются неизменными.

  • Квадратурная фазовая манипуляция

    QPSK изменяет фазу, отражая две двоичные цифры одновременно. Это делается в два разных этапа. Основной поток двоичных данных делится поровну на два подпотока. Последовательные данные преобразуются в параллельные в обоих подпотоках, а затем каждый поток преобразуется в цифровой сигнал с использованием технологии NRZ. Позже оба цифровых сигнала объединяются.

Аналогово-аналоговое преобразование

Аналоговые сигналы модифицируются для представления аналоговых данных. Это преобразование также известно как аналоговая модуляция. При использовании полосы пропускания требуется аналоговая модуляция. Аналогово-аналоговое преобразование может быть выполнено тремя способами:

Аналоговая модуляция
  • Амплитудная модуляция

    В этой модуляции амплитуда несущего сигнала модифицируется для отражения аналоговых данных.

    Амплитудная модуляция

    Амплитудная модуляция осуществляется с помощью умножителя. Амплитуда модулирующего сигнала (аналоговые данные) умножается на амплитуду несущей частоты, которая затем отражает аналоговые данные.

    Частота и фаза несущего сигнала остаются неизменными.

  • Модуляция частоты

    В этом методе модуляции частота несущего сигнала модифицируется, чтобы отражать изменение уровней напряжения модулирующего сигнала (аналоговые данные).

    Модуляция частоты

    Амплитуда и фаза несущего сигнала не изменяются.

  • Фазовая модуляция

    В методе модуляции фаза несущего сигнала модулируется для отражения изменения напряжения (амплитуды) аналогового сигнала данных.

    Фазовая модуляция

    Фазовая модуляция практически аналогична частотной модуляции, но при фазовой модуляции частота несущего сигнала не увеличивается. Частота несущей частоты сигнала изменяется (делается плотной и разреженной) для отражения изменения напряжения в амплитуде модулирующего сигнала.

Средства передачи

Среда передачи - это не что иное, как физическая среда, по которой происходит обмен данными в компьютерных сетях.

Магнитные носители

Одним из наиболее удобных способов передачи данных с одного компьютера на другой, даже до появления сети, было сохранение их на некоторых носителях и передача физических данных с одной станции на другую. Хотя в современном мире высокоскоростного Интернета это может показаться устаревшим, но когда объем данных огромен, магнитные носители вступают в игру.

Например, банк должен обрабатывать и передавать огромные данные своего клиента, которые хранят его резервную копию в каком-либо географически отдаленном месте по соображениям безопасности и для предотвращения непредвиденных бедствий. Если банку необходимо хранить огромные резервные данные, его передача через Интернет невозможна. Каналы WAN могут не поддерживать такую высокую скорость. Даже если они это делают; стоимость слишком высока, чтобы позволить.

В этих случаях резервная копия данных сохраняется на магнитных лентах или магнитных дисках, а затем физически перемещается в удаленные места.

Витая пара

Кабель витой пары состоит из двух медных проводов с пластмассовой изоляцией, которые скручены вместе, образуя единый носитель. Из этих двух проводов только один несет фактический сигнал, а другой используется для задания заземления. Скручивание между проводами помогает уменьшить шум (электромагнитные помехи) и перекрестные помехи.

Есть два типа витой пары:

  • Экранированная витая пара (STP)

  • Неэкранированная витая пара (UTP)

Кабели STP поставляются с витой парой, покрытой металлической фольгой. Это делает его более безразличным к шуму и перекрестным помехам.

UTP имеет семь категорий, каждая из которых подходит для конкретного использования. В компьютерных сетях в основном используются кабели Cat-5, Cat-5e и Cat-6. Кабели UTP соединяются разъемами RJ45.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель имеет два медных провода. Провод с сердечником лежит в центре, и он изготовлен из сплошного проводника. Сердечник заключен в изолирующую оболочку. Второй провод обернут вокруг оболочки и тоже в свою очередь заключен в изоляционную оболочку. Все это закрыто пластиковой крышкой. ,

Коаксиальный кабель

Благодаря своей структуре, коаксиальный кабель способен передавать высокочастотные сигналы, чем кабель витой пары. Свернутая структура обеспечивает хорошую защиту от шума и перекрестных помех. Коаксиальные кабели обеспечивают высокую пропускную способность до 450 Мбит / с.

Существует три категории коаксиальных кабелей, а именно: RG-59 (кабельное телевидение), RG-58 (тонкий Ethernet) и RG-11 (толстый Ethernet). RG выступает за радио правительства.

Кабели подключаются с помощью разъема BNC и BNC-T. Терминатор BNC используется для подключения провода на дальних концах.

Линии электропередач

Связь по линии электропередачи (PLC) - это технология уровня 1 (физического уровня), в которой для передачи сигналов данных используются кабели питания. В ПЛК модулированные данные передаются по кабелям. Приемник на другом конце демодулирует и интерпретирует данные.

Поскольку линии электропередач широко развернуты, ПЛК может контролировать и контролировать все устройства с питанием. ПЛК работает в полудуплексном режиме.

Существует два типа ПЛК:

  • Узкополосный ПЛК

  • Широкополосный ПЛК

Узкополосный ПЛК обеспечивает более низкую скорость передачи данных до 100 кбит / с, поскольку они работают на более низких частотах (3-5000 кГц). Их можно распространить на несколько километров.

Широкополосный ПЛК обеспечивает более высокую скорость передачи данных до 100 Мбит / с и работает на более высоких частотах (1,8–250 МГц). Они не могут быть настолько расширены, как узкополосный ПЛК.

Волоконная оптика

Оптоволокно работает на свойствах света. Когда луч света падает под критическим углом, он имеет тенденцию преломляться на 90 градусов. Это свойство было использовано в оптоволокне. Сердцевина оптоволоконного кабеля изготовлена из высококачественного стекла или пластика. С одного конца излучается свет, он проходит через него, а с другого конца детектор света обнаруживает световой поток и преобразует его в электрические данные.

Оптоволокно обеспечивает самый высокий режим скорости. Он поставляется в двух режимах: один - одномодовое волокно, а второй - многомодовое. Одномодовое волокно может нести один луч света, тогда как многомодовое может нести несколько лучей света.

Волоконная оптика

Оптоволокно также имеет однонаправленные и двунаправленные возможности. Для подключения и доступа к оптоволоконному кабелю используются специальные разъемы. Это может быть абонентский канал (SC), прямой наконечник (ST) или MT-RJ.

Беспроводная передача

Беспроводная передача - это форма неуправляемой среды. Беспроводная связь не требует физического соединения между двумя или более устройствами, связанными по беспроводной связи. Беспроводные сигналы распространяются в воздухе и принимаются и интерпретируются соответствующими антеннами.

Когда антенна подключена к электрической цепи компьютера или беспроводного устройства, она преобразует цифровые данные в беспроводные сигналы и распространяется по всему диапазону частот. Рецептор на другом конце получает эти сигналы и преобразует их обратно в цифровые данные.

Небольшая часть электромагнитного спектра может быть использована для беспроводной передачи.

Электромагнитный спектр

Радиопередача

Радиочастоты легче генерировать, и из-за большой длины волны они могут проникать сквозь стены и конструкции. Радиоволны могут иметь длину волны от 1 мм до 100 000 км и частоту в диапазоне от 3 Гц (чрезвычайно низкая частота) до 300 ГГц (очень высокая частота). Frequency). Радиочастоты подразделяются на шесть полос.

Радиоволны на более низких частотах могут проходить через стены, тогда как более высокие RF могут распространяться по прямой линии и отскакивать назад. Мощность низкочастотных волн резко уменьшается, поскольку они охватывают большое расстояние. Высокочастотные радиоволны имеют большую мощность.

Более низкие частоты, такие как диапазоны VLF, LF, MF, могут распространяться на земле до 1000 километров над земной поверхностью.

Радиоволна - заземлена

Радиоволны высоких частот могут быть поглощены дождем и другими препятствиями. Они используют ионосферу земной атмосферы. Высокочастотные радиоволны, такие как ВЧ и ОВЧ диапазоны, распространяются вверх. Когда они достигают ионосферы, они преломляются обратно на землю.

Радиоволна - ионосфера

Микроволновая передача

Электромагнитные волны выше 100 МГц имеют тенденцию распространяться по прямой линии, и сигналы через них могут передаваться путем передачи этих волн в направлении одной конкретной станции. Поскольку микроволны распространяются по прямым линиям, отправитель и получатель должны быть выровнены так, чтобы быть строго на линии прямой видимости.

Микроволны могут иметь длину волны в диапазоне от 1 мм до 1 метра и частоту в диапазоне от 300 МГц до 300 ГГц.

Персональная сеть

Микроволновые антенны концентрируют волны, излучающие их. Как показано на рисунке выше, несколько антенн могут быть выровнены, чтобы достичь дальше. Микроволны имеют более высокие частоты и не проникают сквозь стены как препятствия.

Микроволновая передача сильно зависит от погодных условий и используемой частоты.


Инфракрасная передача

Инфракрасная волна находится между спектром видимого света и микроволнами. Он имеет длину волны от 700 нм до 1 мм и частотные диапазоны от 300 ГГц до 430 ТГц.

Инфракрасная волна используется для очень коротких коммуникационных целей, таких как телевидение и дистанционное управление. Инфракрасный свет распространяется по прямой линии, следовательно, он направленный по своей природе. Из-за высокочастотного диапазона ИК-порт не может пересекать препятствия, похожие на стены.

Светопропускание

Самый высокий электромагнитный спектр, который можно использовать для передачи данных, - это световая или оптическая сигнализация. Это достигается с помощью лазера.

Из-за частоты использования света он имеет тенденцию двигаться строго по прямой линии. Поэтому отправитель и получатель должны находиться в зоне прямой видимости. Поскольку лазерное излучение является однонаправленным, на обоих концах связи необходимо установить лазер и фотодетектор. Лазерный луч, как правило, шириной 1 мм, следовательно, это работа точности, чтобы выровнять два дальних рецептора, каждый из которых указывает на источник лазера.

Светопропускание

Лазер работает как Tx (передатчик), а фотодетекторы работают как Rx (приемник).

Лазеры не могут проникать сквозь препятствия, такие как стены, дождь и густой туман. Кроме того, лазерный луч искажается ветром, температурой атмосферы или колебаниями температуры на трассе.

Лазер безопасен для передачи данных, так как очень трудно подключить лазер шириной 1 мм без прерывания канала связи.

мультиплексирование

Мультиплексирование - это метод, с помощью которого различные аналоговые и цифровые потоки передачи могут одновременно обрабатываться по общей линии связи. Мультиплексирование делит среду с высокой пропускной способностью на логическую среду с низкой емкостью, которая затем используется совместно несколькими потоками.

Связь возможна по воздуху (радиочастота), используя физический носитель (кабель) и свет (оптоволокно). Все среды способны к мультиплексированию.

Когда несколько отправителей пытаются отправить по одному носителю, устройство под названием Multiplexer разделяет физический канал и выделяет один для каждого. На другом конце связи демультиплексор принимает данные с одного носителя, идентифицирует каждый и отправляет различным получателям.

Мультиплексирование с частотным разделением

Когда несущей является частота, используется FDM. FDM - это аналоговая технология. FDM делит спектр или ширину полосы несущей на логические каналы и выделяет одного пользователя каждому каналу. Каждый пользователь может использовать частоту канала независимо и имеет эксклюзивный доступ к ней. Все каналы разделены таким образом, чтобы они не перекрывали друг друга. Каналы разделены защитными полосами. Защитная полоса - это частота, которая не используется ни одним из каналов.

Мультиплексирование с частотным разделением

Мультиплексирование с временным разделением

TDM применяется в основном к цифровым сигналам, но может применяться и к аналоговым сигналам. В TDM общий канал делится между его пользователем посредством временного интервала. Каждый пользователь может передавать данные только в пределах предоставленного временного интервала. Цифровые сигналы делятся на кадры, эквивалентные временному интервалу, то есть кадру оптимального размера, который может быть передан в данном временном интервале.

TDM работает в синхронизированном режиме. Оба конца, т. Е. Мультиплексор и демультиплексор, своевременно синхронизированы и оба переключаются на следующий канал одновременно.

Мультиплексирование с временным разделением

Когда канал A передает свой кадр на одном конце, демультиплексор предоставляет мультимедиа каналу A на другом конце. Как только истекает временной интервал канала A, эта сторона переключается на канал B. На другом конце демультиплексор работает синхронизированным образом и обеспечивает мультимедиа для канала B. Сигналы от разных каналов проходят путь чередующимся образом.

Мультиплексирование с разделением по длине волны

Свет имеет разную длину волны (цвета). В волоконно-оптическом режиме несколько оптических несущих сигналов мультиплексируются в оптическое волокно с использованием разных длин волн. Это метод аналогового мультиплексирования, который концептуально выполняется так же, как FDM, но использует свет в качестве сигналов.

Мультиплексирование с разделением по длине волны

Кроме того, на каждой длине волны может быть включено мультиплексирование с временным разделением для размещения большего количества сигналов данных.

Мультиплексирование с кодовым разделением

Несколько сигналов данных могут передаваться на одной частоте с помощью мультиплексирования с кодовым разделением. FDM делит частоту на меньшие каналы, но CDM позволяет своим пользователям использовать полную полосу пропускания и постоянно передавать сигналы, используя уникальный код. CDM использует ортогональные коды для расширения сигналов.

Каждой станции присваивается уникальный код, называемый чипом. Сигналы передаются с этими кодами независимо, внутри всей полосы пропускания. Приемник заранее знает, какой сигнал чип-кода он должен получить.

Сетевое переключение

Коммутация - это процесс пересылки пакетов, поступающих с одного порта на порт, ведущий к месту назначения. Когда данные поступают в порт, они называются входящими, а когда данные покидают порт или выходят из него, они называются выходными. Система связи может включать в себя количество коммутаторов и узлов. На широком уровне переключение можно разделить на две основные категории:

  • Без установления соединения: данные пересылаются от имени таблиц пересылки. Предыдущее подтверждение связи не требуется, и подтверждения не являются обязательными.

  • Ориентация на соединение: перед переключением данных для пересылки в пункт назначения необходимо предварительно установить канал вдоль пути между обеими конечными точками. Затем данные передаются по этой схеме. После завершения передачи можно сохранить цепи для будущего использования или немедленно отключить.

Коммутация цепей

Когда два узла обмениваются данными друг с другом по выделенному каналу связи, это называется коммутацией каналов. Необходим заранее определенный маршрут, по которому будут передаваться данные, и никакие другие данные не допускаются. В коммутации каналов для передачи данных цепь должна быть установлена так, чтобы передача данных могла иметь место.

Схемы могут быть постоянными или временными. Приложения, которые используют коммутацию каналов, могут проходить три этапа:

  • Установить цепь

  • Перенести данные

  • Отключить цепь

Коммутация цепей

Коммутация каналов была разработана для голосовых приложений. Телефон - лучший подходящий пример коммутации каналов. Прежде чем пользователь сможет выполнить вызов, в сети устанавливается виртуальный путь между вызывающим и вызываемым абонентами.

Переключение сообщений

Эта техника была где-то в середине коммутации каналов и коммутации пакетов. При переключении сообщений все сообщение обрабатывается как блок данных и переключается / передается полностью.

Коммутатор, работающий над переключением сообщений, сначала получает сообщение целиком и буферизует его до тех пор, пока не будут доступны ресурсы для его передачи на следующий переход. Если на следующем прыжке недостаточно ресурсов для размещения сообщения большого размера, сообщение сохраняется и коммутатор ожидает.

Переключение сообщений

Эта техника считалась заменой коммутации каналов. Как и при переключении каналов, весь путь блокируется только для двух объектов. Переключение сообщений заменяется переключением пакетов. Переключение сообщений имеет следующие недостатки:

  • Каждому коммутатору в транзитном пути требуется достаточно места для размещения всего сообщения.

  • Из-за техники хранения и пересылки и ожидания, пока ресурсы не станут доступны, переключение сообщений происходит очень медленно.

  • Переключение сообщений не было решением для потокового мультимедиа и приложений реального времени.

Пакетная коммутация

Недостатки коммутации сообщений породили идею коммутации пакетов. Все сообщение разбито на более мелкие куски, называемые пакетами. Информация о переключении добавляется в заголовок каждого пакета и передается независимо.

Промежуточным сетевым устройствам легче хранить пакеты небольшого размера, и они не занимают много ресурсов ни на пути несущей, ни во внутренней памяти коммутаторов.

Пакетная коммутация

Коммутация пакетов повышает эффективность линии, поскольку пакеты из нескольких приложений могут мультиплексироваться по несущей. Интернет использует технику коммутации пакетов. Коммутация пакетов позволяет пользователю различать потоки данных на основе приоритетов. Пакеты хранятся и пересылаются в соответствии с их приоритетом для обеспечения качества обслуживания.

Введение в канальный уровень

Канальный уровень данных является вторым уровнем модели OSI Layered. Этот слой является одним из самых сложных слоев и имеет сложные функции и обязательства. Уровень канала передачи данных скрывает детали базового оборудования и представляет себя на верхнем уровне в качестве средства связи.

Канальный уровень работает между двумя хостами, которые в некотором смысле напрямую связаны между собой. Это прямое соединение может быть точка-точка или трансляция. Говорят, что системы в широковещательной сети находятся на одной линии. Работа канального уровня имеет тенденцию усложняться, когда он имеет дело с несколькими хостами в одной области коллизий.

Уровень звена данных отвечает за преобразование потока данных в сигналы побитно и за передачу его по базовому оборудованию. На приемном конце уровень канала передачи данных получает данные от аппаратных средств в виде электрических сигналов, собирает их в распознаваемом формате кадра и передает на верхний уровень.

Канальный уровень имеет два подуровня:

  • Управление логическим каналом: имеет дело с протоколами, контролем потока и контролем ошибок

  • Контроль доступа к медиа: имеет дело с фактическим контролем медиа

Функциональность Data-Link Layer

Канальный уровень выполняет много задач от имени верхнего уровня. Эти:

  • обрамление

    Канальный уровень принимает пакеты от сетевого уровня и инкапсулирует их в кадры. Затем он отправляет каждый кадр побитно на аппаратном уровне. На стороне приемника канальный уровень принимает сигналы от оборудования и собирает их в кадры.

  • адресация

    Канальный уровень обеспечивает механизм аппаратной адресации уровня 2. Аппаратный адрес считается уникальным в ссылке. Это закодировано в аппаратные средства во время производства.

  • синхронизация

    Когда кадры данных отправляются по ссылке, обе машины должны быть синхронизированы, чтобы выполнить передачу.

  • Контроль ошибок

    Иногда сигналы могут столкнуться с проблемой при переходе, и биты перевернуты. Эти ошибки обнаружены и предпринята попытка восстановить фактические биты данных. Он также предоставляет механизм сообщения об ошибках отправителю.

  • Управление потоком

    Станции на одной и той же ссылке могут иметь разную скорость или пропускную способность. Канальный уровень обеспечивает управление потоком, что позволяет обоим машинам обмениваться данными с одинаковой скоростью.

  • Мультидоступ

    Когда хост по общей ссылке пытается передать данные, он имеет высокую вероятность коллизии. Канальный уровень обеспечивает механизм, такой как CSMA / CD, для обеспечения возможности доступа к совместно используемым мультимедиа между несколькими системами.

Обнаружение и исправление ошибок

Существует много причин, таких как шум, перекрестные помехи и т. Д., Которые могут помочь повреждению данных во время передачи. Верхние уровни работают на некотором обобщенном представлении сетевой архитектуры и не осведомлены о фактической аппаратной обработке данных. Поэтому верхние уровни ожидают безошибочной передачи между системами. Большинство приложений не будет работать ожидаемым образом, если они получат ошибочные данные. Такие приложения, как передача голоса и видео, могут быть не подвержены влиянию ошибок, и при некоторых ошибках они все еще могут работать хорошо.

Канальный уровень использует некоторый механизм контроля ошибок, чтобы гарантировать, что кадры (битовые потоки данных) передаются с определенным уровнем точности. Но чтобы понять, как ошибки контролируются, важно знать, какие типы ошибок могут возникать.

Типы ошибок

Может быть три типа ошибок:

  • Ошибка одного бита

    Ошибка одного бита

    В кадре есть только один бит в любом месте, который поврежден.

  • Ошибка нескольких бит

    Ошибка нескольких бит

    Кадр получен с более чем одним битом в поврежденном состоянии.

  • Взрывная ошибка

    Взрывная ошибка

    Кадр содержит более 1 поврежденных последовательных битов.

Механизм контроля ошибок может включать два возможных способа:

  • Обнаружение ошибок

  • Исправление ошибки

Обнаружение ошибок

Ошибки в принятых кадрах обнаруживаются с помощью проверки четности и проверки циклическим избыточным кодом (CRC). В обоих случаях несколько дополнительных битов отправляются вместе с фактическими данными, чтобы подтвердить, что биты, полученные на другом конце, такие же, как они были отправлены. Если контр-проверка на стороне получателя не пройдена, биты считаются поврежденными.

Проверка четности

Один дополнительный бит отправляется вместе с исходными битами, чтобы сделать число 1 с четным в случае четной четности или нечетным в случае нечетной четности.

Отправитель при создании кадра считает в нем количество единиц. Например, если используется четность и число 1 является четным, то добавляется один бит со значением 0. Таким образом, число 1s остается четным. Если число 1s нечетно, для его добавления добавляется четный бит со значением 1.

Четный паритет

Приемник просто считает количество 1 в кадре. Если счет 1 равен четному и используется четная четность, кадр считается не поврежденным и принимается. Если счетчик 1с является нечетным и используется нечетная четность, кадр все еще не поврежден.

Если один бит переходит при передаче, получатель может обнаружить его, посчитав количество единиц. Но когда ошибочно более одного бита, получателю очень трудно обнаружить ошибку.

Циклическая проверка избыточности (CRC)

CRC - это другой подход к обнаружению, содержит ли принятый кадр достоверные данные. Этот метод включает двоичное разделение отправляемых битов данных. Делитель генерируется с использованием полиномов. Отправитель выполняет операцию деления передаваемых битов и вычисляет остаток. Перед отправкой фактических битов отправитель добавляет остаток в конце фактических битов. Фактические биты данных плюс остаток называются кодовым словом. Отправитель передает биты данных в виде кодовых слов.

CRC

На другом конце приемник выполняет операцию деления над кодовыми словами с использованием того же делителя CRC. Если остаток содержит все нули, биты данных принимаются, в противном случае считается, что при передаче произошло повреждение данных.

Исправление ошибки

В цифровом мире исправление ошибок может быть сделано двумя способами:

  • Коррекция обратной ошибки Когда получатель обнаруживает ошибку в полученных данных, он отправляет запрос назад отправителю для повторной передачи блока данных.

  • Прямое исправление ошибок Когда получатель обнаруживает некоторую ошибку в полученных данных, он выполняет код с исправлением ошибок, который помогает ему автоматически восстанавливаться и исправлять некоторые виды ошибок.

Первая, обратная коррекция ошибок, проста и может быть эффективно использована только тогда, когда повторная передача не дорогая. Например, волоконная оптика. Но в случае беспроводной передачи повторная передача может стоить слишком дорого. В последнем случае используется прямое исправление ошибок.

Чтобы исправить ошибку в кадре данных, получатель должен точно знать, какой бит в кадре поврежден. Чтобы найти бит по ошибке, избыточные биты используются в качестве битов четности для обнаружения ошибок. Например, мы берем слова ASCII (7-битные данные), затем может потребоваться 8 видов информации, которые нам нужны: первые семь бит, чтобы сообщить нам, какой бит это ошибка и еще один бит, чтобы сказать, что нет ошибки.

Для m битов данных используется r избыточных битов. r бит может предоставить 2r комбинаций информации. В кодовом слове бита m + r существует вероятность того, что сами r биты могут быть повреждены. Таким образом, число используемых r битов должно сообщать о расположении бит m + r плюс информация об отсутствии ошибок, т.е. m + r + 1.

Обязательные биты

Канал управления данными и протоколы

Канальный уровень отвечает за реализацию двухточечного потока и механизма контроля ошибок.

Управление потоком

Когда кадр данных (данные уровня 2) отправляется с одного хоста на другой через один носитель, требуется, чтобы отправитель и получатель работали с одинаковой скоростью. То есть отправитель отправляет данные со скоростью, с которой получатель может обрабатывать и принимать данные. Что, если скорость (аппаратная / программная) отправителя или получателя отличается? Если отправитель отправляет слишком быстро, получатель может быть перегружен (перегружен) и данные могут быть потеряны.

Для управления потоком можно использовать два типа механизмов:

  • Остановись и подожди

    Этот механизм управления потоком вынуждает отправителя после передачи кадра данных останавливаться и ждать, пока не будет получено подтверждение отправленного кадра данных.

    Остановись и подожди
  • Раздвижное окно

    В этом механизме управления потоком и отправитель, и получатель согласовывают количество кадров данных, после которых следует отправлять подтверждение. Как мы узнали, механизм управления потоком остановки и ожидания тратит впустую ресурсы, этот протокол пытается максимально использовать базовые ресурсы.

Контроль ошибок

Когда кадр данных передается, существует вероятность того, что кадр данных может быть потерян при передаче или получен поврежденным. В обоих случаях получатель не получает правильный фрейм данных, а отправитель ничего не знает о какой-либо потере. В этом случае и отправитель, и получатель оснащены некоторыми протоколами, которые помогают им обнаруживать транзитные ошибки, такие как потеря данных. Рамка. Следовательно, либо отправитель повторно передает кадр данных, либо получатель может запросить повторную отправку предыдущего кадра данных.

Требования к механизму контроля ошибок:

  • Обнаружение ошибок - отправитель и получатель, оба или любые, должны удостовериться, что в транзите есть какая-то ошибка.

  • Положительный ACK - Когда получатель получает правильный кадр, он должен подтвердить его.

  • Отрицательный ACK - Когда получатель получает поврежденный кадр или дублированный кадр, он отправляет NACK обратно отправителю, и отправитель должен повторно передать правильный кадр.

  • Повторная передача: отправитель поддерживает часы и устанавливает период ожидания. Если подтверждение ранее переданного кадра данных не приходит до истечения времени ожидания, отправитель повторно передает кадр, думая, что кадр или его подтверждение потеряны при передаче.

Существует три типа доступных методов, которые канальный уровень данных может развернуть для контроля ошибок с помощью автоматических запросов на повторение (ARQ):

  • Остановка и ожидание ARQ

    Остановись и подожди ARQ

    В ARQ остановки и ожидания может произойти следующий переход:

    • Отправитель поддерживает счетчик времени ожидания.
    • Когда кадр отправляется, отправитель запускает счетчик тайм-аута.
    • Если подтверждение кадра приходит вовремя, отправитель передает следующий кадр в очереди.
    • Если подтверждение не приходит вовремя, отправитель предполагает, что либо кадр, либо его подтверждение потеряно при передаче. Отправитель повторно передает кадр и запускает счетчик времени ожидания.
    • Если получено отрицательное подтверждение, отправитель повторно передает кадр.
  • Go-Back-N ARQ

    Механизм остановки и ожидания ARQ не использует ресурсы в лучшем виде. Когда подтверждение получено, отправитель бездействует и ничего не делает. В методе Go-Back-N ARQ и отправитель, и получатель поддерживают окно.

    Назад-н ARQ

    Размер окна отправки позволяет отправителю отправлять несколько кадров без получения подтверждения предыдущих. Окно получения позволяет приемнику принимать несколько кадров и подтверждать их. Приемник отслеживает порядковый номер входящего кадра.

    Когда отправитель отправляет все кадры в окне, он проверяет, к какому порядковому номеру он получил положительное подтверждение. Если все кадры подтверждены, отправитель отправляет следующий набор кадров. Если отправитель обнаруживает, что он получил NACK или не получил ACK для определенного кадра, он повторно передает все кадры, после чего он не получает никакого положительного ACK.

  • Выборочный повтор ARQ

    В Go-back-N ARQ предполагается, что приемник не имеет никакого буферного пространства для своего размера окна и должен обрабатывать каждый кадр по мере его поступления. Это заставляет отправителя повторно передавать все кадры, которые не были подтверждены.

    В режиме Selective-Repeat ARQ приемник, отслеживая порядковые номера, буферизует кадры в памяти и отправляет NACK только для того кадра, который отсутствует или поврежден.

    Отправитель в этом случае отправляет только пакет, для которого получен NACK.

Сетевой уровень Введение

Уровень 3 в модели OSI называется Сетевым уровнем. Сетевой уровень управляет параметрами, касающимися адресации хоста и сети, управления подсетями и межсетевого взаимодействия.

Сетевой уровень берет на себя ответственность за маршрутизацию пакетов от источника к месту назначения в пределах или за пределами подсети. Две разные подсети могут иметь разные схемы адресации или несовместимые типы адресации. То же самое с протоколами, две разные подсети могут работать на разных протоколах, которые не совместимы друг с другом. Сетевой уровень отвечает за маршрутизацию пакетов от источника к месту назначения, отображая различные схемы и протоколы адресации.

Функциональные возможности уровня 3

Устройства, работающие на сетевом уровне, в основном ориентированы на маршрутизацию. Маршрутизация может включать в себя различные задачи, направленные на достижение единой цели. Это могут быть:

  • Адресация устройств и сетей.

  • Заполнение таблиц маршрутизации или статических маршрутов.

  • Очередь входящих и исходящих данных, а затем их пересылка в соответствии с ограничениями качества обслуживания, установленными для этих пакетов.

  • Межсетевое взаимодействие между двумя разными подсетями.

  • Доставка пакетов к месту назначения с максимальными усилиями.

  • Обеспечивает механизм, ориентированный на соединение и не требующий подключения.

Особенности сетевого уровня

С его стандартными функциями, уровень 3 может предоставлять различные функции, такие как:

  • Управление качеством обслуживания

  • Балансировка нагрузки и управление ссылками

  • Безопасность

  • Взаимосвязь разных протоколов и подсетей с разными схемами.

  • Различное логическое проектирование сети по сравнению с физическим проектированием сети.

  • L3 VPN и туннели могут использоваться для обеспечения сквозного выделенного подключения.

Протокол Интернета широко используется и использует протокол сетевого уровня, который помогает связывать конечные устройства через Интернет. Он поставляется в двух вариантах. IPv4, который правит миром десятилетиями, но сейчас исчерпывает адресное пространство. IPv6 создан, чтобы заменить IPv4, и, надеюсь, также уменьшит ограничения IPv4.

Сетевая адресация

Сетевая адресация уровня 3 является одной из основных задач сетевого уровня. Сетевые адреса всегда логичны, то есть это программные адреса, которые могут быть изменены соответствующими конфигурациями.

Сетевой адрес всегда указывает на хост / узел / сервер, или он может представлять всю сеть. Сетевой адрес всегда настраивается на сетевой интерфейсной карте и обычно сопоставляется системой с MAC-адресом (аппаратный адрес или адрес уровня 2) устройства для связи уровня 2.

Существуют различные виды сетевых адресов:

  • IP

  • IPX

  • AppleTalk

Мы обсуждаем здесь ИС, поскольку она является единственной, которую мы используем на практике в наши дни.

Сетевая адресация

IP-адресация обеспечивает механизм для разграничения между хостами и сетью. Поскольку IP-адреса назначаются иерархически, хост всегда находится в определенной сети. Хосту, который должен обмениваться данными вне своей подсети, необходимо знать сетевой адрес назначения, куда должен быть отправлен пакет / данные.

Хостам в разных подсетях нужен механизм для поиска друг друга. Эта задача может быть выполнена DNS. DNS - это сервер, который предоставляет адрес уровня 3 удаленного хоста, сопоставленный с его доменным именем или полным доменным именем. Когда хост получает адрес уровня 3 (IP-адрес) удаленного хоста, он пересылает весь свой пакет на свой шлюз. Шлюз - это маршрутизатор, снабженный всей информацией, которая приводит к маршрутизации пакетов на хост назначения.

Маршрутизаторы используют справочные таблицы маршрутизации, которые содержат следующую информацию:

  • Способ добраться до сети

Маршрутизаторы после получения запроса на пересылку перенаправляют пакет на следующий узел (соседний маршрутизатор) в направлении пункта назначения.

Следующий маршрутизатор на пути следует тому же самому, и в конечном итоге пакет данных достигает своего места назначения.

Сетевой адрес может быть одним из следующих:

  • Одноадресная передача (предназначена для одного хоста)

  • Multicast (предназначено для группы)

  • Трансляция (предназначена для всех)

  • Anycast (предназначен для ближайшего)

Маршрутизатор никогда не пересылает широковещательный трафик по умолчанию. Многоадресный трафик использует особую обработку, так как это в основном видеопоток или аудио с наивысшим приоритетом. Anycast похож на одноадресную рассылку, за исключением того, что пакеты доставляются в ближайший пункт назначения, когда доступно несколько пунктов назначения.

Маршрутизация сетевого уровня

Когда устройство имеет несколько путей для достижения цели, оно всегда выбирает один путь, предпочитая его другим. Этот процесс выбора называется маршрутизацией. Маршрутизация осуществляется с помощью специальных сетевых устройств, называемых маршрутизаторами, или с помощью программных процессов. Программные маршрутизаторы имеют ограниченную функциональность и ограниченную область применения.

Маршрутизатор всегда настроен на некоторый маршрут по умолчанию. Маршрут по умолчанию сообщает маршрутизатору, куда переслать пакет, если для определенного пункта назначения не найдено ни одного маршрута. Если существует несколько путей для достижения одного и того же пункта назначения, маршрутизатор может принять решение на основе следующей информации:

  • Счетчик прыжков

  • Пропускная способность

  • метрический

  • Префикс длины

  • задержка

Маршруты могут быть статически настроены или динамически изучены. Один маршрут можно настроить так, чтобы он был предпочтительнее других.

Одноадресная маршрутизация

Большая часть трафика в Интернете и интрасетях, известных как одноадресные данные или одноадресный трафик, отправляется с указанным адресатом. Маршрутизация одноадресных данных через Интернет называется одноадресной маршрутизацией. Это самая простая форма маршрутизации, потому что пункт назначения уже известен. Следовательно, маршрутизатор просто должен посмотреть таблицу маршрутизации и переслать пакет на следующий переход.

Одноадресная маршрутизация

Широковещательная маршрутизация

По умолчанию широковещательные пакеты не маршрутизируются и не пересылаются маршрутизаторами в любой сети. Маршрутизаторы создают широковещательные домены. Но он может быть настроен для пересылки трансляций в некоторых особых случаях. Широковещательное сообщение предназначено для всех сетевых устройств.

Широковещательная маршрутизация может быть выполнена двумя способами (алгоритм):

  • Маршрутизатор создает пакет данных и затем отправляет его каждому хосту по одному. В этом случае маршрутизатор создает несколько копий одного пакета данных с разными адресами назначения. Все пакеты отправляются как одноадресные, но поскольку они отправляются всем, он имитирует, как если бы маршрутизатор вещал.

    Этот метод потребляет много пропускной способности, и маршрутизатор должен адрес назначения каждого узла.

  • Во-вторых, когда маршрутизатор получает пакет для широковещательной передачи, он просто выводит эти пакеты из всех интерфейсов. Все роутеры настроены одинаково.

    Широковещательная маршрутизация

    Этот метод прост в ЦП маршрутизатора, но может вызвать проблему дублирующих пакетов, полученных от одноранговых маршрутизаторов.

    Переадресация по обратному пути - это метод, при котором маршрутизатор заранее знает о своем предшественнике, откуда он должен получать широковещательную рассылку. Этот метод используется для обнаружения и удаления дубликатов.

Multicast Routing

Многоадресная маршрутизация - это особый случай широковещательной маршрутизации с разницей в значимости и трудностями. В широковещательной маршрутизации пакеты отправляются всем узлам, даже если они этого не хотят. Но в многоадресной маршрутизации данные отправляются только узлам, которые хотят получать пакеты.

Многоадресная маршрутизация

Маршрутизатор должен знать, что существуют узлы, которые хотят получать многоадресные пакеты (или поток), тогда только он должен пересылать. Многоадресная маршрутизация работает по протоколу связующего дерева, чтобы избежать зацикливания.

Многоадресная маршрутизация также использует технику переадресации обратного пути для обнаружения и удаления дубликатов и циклов.

Anycast Routing

Пересылка пакетов Anycast - это механизм, в котором несколько хостов могут иметь один и тот же логический адрес. Когда пакет, предназначенный для этого логического адреса, получен, он отправляется хосту, который является ближайшим в топологии маршрутизации.

Anycast маршрутизация

Anycast маршрутизация осуществляется с помощью DNS-сервера. Всякий раз, когда пакет Anycast получен, он запрашивает DNS, куда его отправлять. DNS предоставляет IP-адрес, который является ближайшим IP-адресом, настроенным на нем.

Протоколы одноадресной маршрутизации

Существует два вида протоколов маршрутизации, доступных для маршрутизации одноадресных пакетов:

  • Протокол векторной маршрутизации

    Вектор расстояния - это простой протокол маршрутизации, который принимает решение о количестве переходов между источником и пунктом назначения. Маршрут с меньшим количеством прыжков считается лучшим маршрутом. Каждый маршрутизатор объявляет свои лучшие маршруты к другим маршрутизаторам. В конечном счете, все маршрутизаторы создают свою топологию сети на основе рекламы своих одноранговых маршрутизаторов,

    Например, Routing Information Protocol (RIP).

  • Протокол маршрутизации состояния канала

    Протокол Link State является несколько более сложным протоколом, чем Distance Vector. Он учитывает состояния ссылок всех маршрутизаторов в сети. Этот метод помогает маршрутам построить общий граф всей сети. Все маршрутизаторы затем рассчитывают свой лучший путь для целей маршрутизации. Например, Open Shortest Path First (OSPF) и Промежуточная система к промежуточной системе (ISIS).

Протоколы многоадресной маршрутизации

Протоколы одноадресной маршрутизации используют графики, в то время как протоколы многоадресной маршрутизации используют деревья, то есть связующее дерево, чтобы избежать циклов. Оптимальное дерево называется остовным деревом кратчайшего пути.

  • DVMRP - протокол многоадресной маршрутизации для векторного расстояния

  • MOSPF - Multicast Open сначала самый короткий путь

  • CBT - Основанное Дерево

  • PIM - протокол независимой многоадресной передачи

Независимая от протокола Multicast сейчас широко используется. У этого есть два аромата:

  • Плотный режим PIM

    В этом режиме используются исходные деревья. Это используется в плотной окружающей среде, такой как LAN.

  • Режим разрежения PIM

    В этом режиме используются общие деревья. Он используется в редких условиях, таких как WAN.

Алгоритмы маршрутизации

Алгоритмы маршрутизации следующие:

затопление

Флудинг - самый простой способ пересылки пакетов. Когда пакет получен, маршрутизаторы отправляют его на все интерфейсы, кроме того, на котором он был получен. Это создает слишком большую нагрузку на сеть и множество дублирующих пакетов, блуждающих в сети.

Время жизни (TTL) может использоваться, чтобы избежать бесконечного зацикливания пакетов. Существует другой подход для затопления, который называется избирательным затоплением, чтобы уменьшить нагрузку на сеть. В этом методе маршрутизатор не выпадает на всех интерфейсах, но выборочных.

Кратчайший путь

Решение о маршрутизации в сетях, в основном, принимается на основе стоимости между источником и пунктом назначения. Хоп счет играет главную роль здесь. Кратчайший путь - это метод, который использует различные алгоритмы для определения пути с минимальным количеством прыжков.

Общие алгоритмы кратчайшего пути:

  • Алгоритм Дейкстры

  • Алгоритм Беллмана Форда

  • Алгоритм Флойда Варшалла

межсетевых

В сценарии реального мира сети, находящиеся под одним и тем же администрированием, обычно разбросаны географически. Может существовать требование соединения двух разных сетей одного и того же типа, а также разных типов. Маршрутизация между двумя сетями называется межсетевым взаимодействием.

Сети могут считаться различными на основе различных параметров, таких как протокол, топология, сеть уровня 2 и схема адресации.

В межсетевом взаимодействии маршрутизаторы знают адреса друг друга и адреса за их пределами. Они могут быть статически настроены для работы в другой сети или могут обучаться с использованием протокола межсетевой маршрутизации.

Маршрутизация

Протоколы маршрутизации, которые используются внутри организации или администрации, называются протоколами внутренних шлюзов или IGP. RIP, OSPF являются примерами IGP. Маршрутизация между различными организациями или администрациями может иметь протокол внешнего шлюза, и существует только один EGP, т.е. протокол пограничного шлюза.

туннелирование

Если они представляют собой две географически отдельные сети, которые хотят обмениваться данными друг с другом, они могут развернуть выделенную линию между ними или они должны передавать свои данные через промежуточные сети.

Туннелирование - это механизм, посредством которого две или более одинаковые сети обмениваются данными друг с другом, передавая промежуточные сетевые сложности. Туннелирование настроено на обоих концах.

туннелирование

Когда данные поступают с одного конца туннеля, они помечаются. Эти помеченные данные затем направляются в промежуточную или транзитную сеть для достижения другого конца туннеля. Когда данные существуют в туннеле, их тег удаляется и доставляется в другую часть сети.

Оба конца выглядят так, как будто они напрямую связаны, а пометка делает передачу данных через транзитную сеть без каких-либо изменений.

Фрагментация пакетов

У большинства сегментов Ethernet их максимальная единица передачи (MTU) фиксирована до 1500 байтов. Пакет данных может иметь большую или меньшую длину пакета в зависимости от приложения. Устройства в транзитном пути также имеют свои аппаратные и программные возможности, которые сообщают, какой объем данных может обрабатывать устройство и какой размер пакета он может обрабатывать.

Если размер пакета данных меньше или равен размеру пакета, который может обработать транзитная сеть, он обрабатывается нейтрально. Если пакет больше, он разбивается на более мелкие части и затем пересылается. Это называется фрагментацией пакетов. Каждый фрагмент содержит один и тот же адрес назначения и адрес источника и легко маршрутизируется через транзитный путь. На приемном конце он снова собирается.

Если пакет с битом DF (не фрагментировать), установленным в 1, поступает на маршрутизатор, который не может обработать пакет из-за его длины, пакет отбрасывается.

Когда пакет, полученный маршрутизатором, получает бит MF (больше фрагментов), равный 1, маршрутизатор узнает, что это фрагментированный пакет, и части исходного пакета находятся в пути.

Если пакет фрагментирован слишком маленьким, накладные расходы увеличиваются. Если пакет фрагментирован слишком большой, промежуточный маршрутизатор может быть не в состоянии обработать его, и он может быть отброшен.

Протоколы сетевого уровня

Каждый компьютер в сети имеет IP-адрес, по которому он может быть уникально идентифицирован и адресован. IP-адрес - это логический адрес уровня 3 (сетевой уровень). Этот адрес может меняться каждый раз при перезагрузке компьютера. Компьютер может иметь один IP-адрес в один момент времени и другой IP-адрес в другое время.

Протокол разрешения адресов (ARP)

Во время связи хосту необходим адрес уровня 2 (MAC) машины назначения, которая принадлежит тому же широковещательному домену или сети. MAC-адрес физически записывается в сетевую интерфейсную карту (NIC) машины и никогда не меняется.

С другой стороны, IP-адрес в открытом доступе редко изменяется. Если сетевой адаптер изменяется в случае какой-либо неисправности, MAC-адрес также изменяется. Таким образом, для связи уровня 2 требуется сопоставление между ними.

ARP Механизм

Чтобы узнать MAC-адрес удаленного хоста в домене широковещания, компьютер, желающий инициировать связь, отправляет широковещательное сообщение ARP, спрашивающее: «У кого этот IP-адрес?» ) получить этот пакет и обработать его. Пакет ARP содержит IP-адрес хоста назначения, с которым хост-отправитель хочет общаться. Когда хост получает пакет ARP, предназначенный для него, он отвечает обратно своим собственным MAC-адресом.

Как только хост получает MAC-адрес назначения, он может связываться с удаленным хостом, используя протокол связи уровня 2. Это сопоставление MAC-адреса и IP-адреса сохраняется в кэше ARP как отправляющего, так и принимающего хостов. В следующий раз, если им потребуется обмен данными, они могут напрямую обратиться к соответствующему кешу ARP.

Обратный ARP - это механизм, при котором хост знает MAC-адрес удаленного хоста, но для связи требуется знать IP-адрес.

Протокол управляющих сообщений Интернета (ICMP)

ICMP - это сетевой протокол диагностики и протокол сообщений об ошибках. ICMP принадлежит к комплекту протоколов IP и использует IP в качестве протокола несущей. После создания ICMP-пакета он инкапсулируется в IP-пакет. Поскольку сам IP является ненадежным протоколом с максимальными усилиями, также как и ICMP.

Любые отзывы о сети отправляются обратно на исходный хост. Если в сети происходит какая-либо ошибка, об этом сообщается посредством ICMP. ICMP содержит десятки диагностических сообщений и сообщений об ошибках.

ICMP-echo и ICMP-echo-reply являются наиболее часто используемыми сообщениями ICMP для проверки достижимости сквозных хостов. Когда хост получает запрос ICMP-эхо, он обязан отправить обратно ответ ICMP-эхо. Если в транзитной сети возникнут какие-либо проблемы, ICMP сообщит об этой проблеме.

Интернет-протокол версии 4 (IPv4)

IPv4 - это 32-битная схема адресации, используемая в качестве механизма адресации хоста TCP / IP. IP-адресация позволяет каждому хосту в сети TCP / IP быть однозначно идентифицируемыми.

IPv4 обеспечивает иерархическую схему адресации, которая позволяет разделить сеть на подсети, каждая из которых имеет четко определенное количество хостов. IP-адреса делятся на множество категорий:

  • Класс A - он использует первый октет для сетевых адресов и последние три октета для адресации хоста

  • Класс B - он использует первые два октета для сетевых адресов и два последних для адресации хоста

  • Класс C - он использует первые три октета для сетевых адресов и последний для адресации хоста

  • Класс D - он обеспечивает плоскую схему IP-адресации в отличие от иерархической структуры для выше трех.

  • Класс E - используется как экспериментальный.

IPv4 также имеет четко определенные адресные пространства для использования в качестве частных адресов (не маршрутизируемых в Интернете) и общедоступных адресов (предоставляемых интернет-провайдерами и маршрутизируемых в Интернете).

Хотя IP не является надежным; он обеспечивает механизм «Best-Effort-Delivery».

Интернет-протокол версии 6 (IPv6)

Исчерпание адресов IPv4 привело к появлению версии 6 Интернет-протокола следующего поколения. IPv6 обращается к своим узлам с 128-битным адресом, обеспечивая достаточно адресного пространства для будущего использования на всей планете или за ее пределами.

IPv6 ввел адресацию Anycast, но удалил концепцию вещания. IPv6 позволяет устройствам самостоятельно получать адрес IPv6 и обмениваться данными внутри этой подсети. Эта автоконфигурация устраняет зависимость серверов DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Таким образом, даже если DHCP-сервер в этой подсети не работает, узлы могут связываться друг с другом.

IPv6 предоставляет новую функцию мобильности IPv6. Машины с мобильным IPv6 могут перемещаться без необходимости менять свои IP-адреса.

IPv6 все еще находится на переходном этапе и, как ожидается, полностью заменит IPv4 в ближайшие годы. В настоящее время существует несколько сетей, работающих на IPv6. Для сетей с поддержкой IPv6 существует несколько механизмов перехода, позволяющих легко общаться и перемещаться по разным сетям по IPv4. Эти:

  • Реализация двойного стека
  • туннелирование
  • NAT-PT

Введение в транспортный уровень

Следующий уровень в модели OSI распознается как транспортный уровень (уровень 4). Все модули и процедуры, относящиеся к транспортировке данных или потока данных, подразделяются на этот уровень. Как и все другие уровни, этот уровень связывается со своим равноправным транспортным уровнем удаленного хоста.

Транспортный уровень предлагает одноранговое и сквозное соединение между двумя процессами на удаленных хостах. Транспортный уровень берет данные с верхнего уровня (т. Е. Прикладного уровня), а затем разбивает их на сегменты меньшего размера, нумерует каждый байт и передает на нижний уровень (сетевой уровень) для доставки.

функции

  • Этот уровень является первым, который разбивает информационные данные, предоставляемые прикладным уровнем, на более мелкие единицы, называемые сегментами. Он нумерует каждый байт в сегменте и ведет их учет.

  • Этот уровень гарантирует, что данные должны быть получены в той же последовательности, в которой они были отправлены.

  • Этот уровень обеспечивает сквозную доставку данных между хостами, которые могут принадлежать или не принадлежать одной подсети.

  • Все серверные процессы, предназначенные для связи по сети, оснащены хорошо известными точками доступа транспортных служб (TSAP), также известными как номера портов.

Сквозное общение

Процесс на одном хосте идентифицирует свой одноранговый хост в удаленной сети с помощью TSAP, также известных как номера портов. TSAP очень хорошо определены, и процесс, который пытается связаться со своим партнером, знает об этом заранее.

TSAP

Например, когда клиент DHCP хочет установить связь с удаленным сервером DHCP, он всегда запрашивает порт 67. Когда клиент DNS хочет установить связь с удаленным сервером DNS, он всегда запрашивает порт 53 (UDP).

Два основных протокола транспортного уровня:

  • Протокол управления передачей

    Это обеспечивает надежную связь между двумя хостами.

  • Протокол пользовательских датаграмм

    Это обеспечивает ненадежную связь между двумя хостами.

Протокол управления передачей

Протокол управления передачей (TCP) является одним из наиболее важных протоколов пакета интернет-протоколов. Это наиболее широко используемый протокол для передачи данных в сети связи, такой как Интернет.

Характеристики

  • TCP - это надежный протокол. Таким образом, получатель всегда отправляет отправителю либо положительное, либо отрицательное подтверждение о пакете данных, так что отправитель всегда имеет четкое представление о том, достигнут ли пакет данных в пункте назначения или ему необходимо отправить его повторно.

  • TCP гарантирует, что данные достигают предполагаемого места назначения в том же порядке, в котором они были отправлены.

  • TCP ориентирован на соединение. TCP требует, чтобы соединение между двумя удаленными точками было установлено перед отправкой фактических данных.

  • TCP обеспечивает проверку ошибок и механизм восстановления.

  • TCP обеспечивает сквозную связь.

  • TCP обеспечивает управление потоком и качество обслуживания.

  • TCP работает в режиме точка-точка Клиент / Сервер.

  • TCP обеспечивает полный дуплексный сервер, то есть он может выполнять роли как получателя, так и отправителя.

заголовок

Длина заголовка TCP составляет минимум 20 байтов и максимум 60 байтов.

Заголовок TCP
  • Порт источника (16 бит) - определяет порт источника процесса приложения на отправляющем устройстве.

  • Порт назначения (16 бит) - определяет порт назначения процесса приложения на приемном устройстве.

  • Sequence Number (32-bit) - порядковый номер байтов данных сегмента в сеансе.

  • Номер подтверждения (32 бита) - когда установлен флаг ACK, этот номер содержит следующий порядковый номер ожидаемого байта данных и работает как подтверждение предыдущих полученных данных.

  • Смещение данных (4 бита) - в этом поле указывается как размер заголовка TCP (32-разрядные слова), так и смещение данных в текущем пакете во всем сегменте TCP.

  • Зарезервировано (3 бита) - зарезервировано для будущего использования, и все по умолчанию установлены на ноль.

  • Флаги (1-битный каждый)

    • NS - бит Nonce Sum используется в процессе явного оповещения о перегрузке.

    • CWR - Когда хост получает пакет с установленным битом ECE, он устанавливает Windows переполнения, уменьшенный, чтобы подтвердить, что ECE получено.

    • ECE - имеет два значения:

      • Если бит SYN равен 0, то ECE означает, что для IP-пакета установлен бит CE (опыт перегрузки).

      • Если бит SYN установлен в 1, ECE означает, что устройство поддерживает ECT.

    • URG - указывает, что поле Urgent Pointer содержит важные данные и должно быть обработано.

    • ACK - указывает, что поле подтверждения имеет значение. Если ACK очищен до 0, это указывает, что пакет не содержит никакого подтверждения.

    • PSH - если установлено, это запрос к принимающей станции о передаче данных (как только они поступят) в принимающее приложение без их буферизации.

    • RST - флаг сброса имеет следующие особенности:

      • Используется для отказа от входящего соединения.

      • Используется для отклонения сегмента.

      • Он используется для перезапуска соединения.

    • SYN - этот флаг используется для установки соединения между хостами.

    • FIN - этот флаг используется для освобождения соединения, и после этого больше не происходит обмена данными. Поскольку пакеты с флагами SYN и FIN имеют порядковые номера, они обрабатываются в правильном порядке.

  • Размер Windows - это поле используется для управления потоком между двумя станциями и указывает объем буфера (в байтах), который получатель выделил для сегмента, т.е. сколько данных ожидает получатель.

  • Контрольная сумма - это поле содержит контрольную сумму заголовка, данных и псевдо заголовков.

  • Срочный указатель - указывает на байт срочных данных, если флаг URG установлен в 1.

  • Опции - это облегчает дополнительные опции, которые не охватываются обычным заголовком. Поле опций всегда описывается 32-битными словами. Если это поле содержит данные менее 32-разрядных, заполнение используется для покрытия оставшихся битов для достижения 32-разрядной границы.

адресация

TCP-связь между двумя удаленными узлами осуществляется с помощью номеров портов (TSAP). Номера портов могут варьироваться от 0 до 65535, которые делятся на:

  • Системные порты (0 - 1023)
  • Пользовательские порты (1024 - 49151)
  • Частные / Динамические Порты (49152 - 65535)

Управление подключением

TCP связь работает в модели Сервер / Клиент. Клиент инициирует соединение, а сервер либо принимает, либо отклоняет его. Трехстороннее рукопожатие используется для управления соединением.

TCP Handshake

создание

Клиент инициирует соединение и отправляет сегмент с порядковым номером. Сервер подтверждает это своим собственным порядковым номером и ACK сегмента клиента, который на единицу больше порядкового номера клиента. Клиент после получения ACK своего сегмента отправляет подтверждение ответа Сервера.

Выпуск

Любой из сервера и клиента может отправить сегмент TCP с флагом FIN, установленным в 1. Когда принимающая сторона отвечает на него обратно ACKnowledging FIN, это направление связи TCP закрывается, и соединение освобождается.

Управление пропускной способностью

TCP использует концепцию размера окна для удовлетворения потребностей управления пропускной способностью. Размер окна сообщает отправителю на удаленном конце, сколько сегментов байтов данных может получить получатель на этом конце. TCP использует фазу медленного запуска с использованием размера окна 1 и экспоненциально увеличивает размер окна после каждого успешного соединения.

Например, клиент использует размер окна 2 и отправляет 2 байта данных. Когда подтверждение этого сегмента получено, размер окна удваивается до 4, и при следующей отправке сегмент будет иметь длину 4 байта данных. Когда подтверждение 4-байтового сегмента данных получено, клиент устанавливает размер окна равным 8 и так далее.

Если подтверждение пропущено, то есть данные потеряны в транзитной сети или они получили NACK, тогда размер окна уменьшается до половины, и фаза медленного запуска начинается снова.

Контроль ошибок и контроль потока

TCP использует номера портов, чтобы узнать, какой процесс приложения ему необходим для передачи сегмента данных. Кроме того, он использует порядковые номера для синхронизации с удаленным хостом. Все сегменты данных отправляются и принимаются с порядковыми номерами. Отправитель знает, какой последний сегмент данных был получен Получателем, когда он получает ACK. Получатель знает о последнем сегменте, отправленном Отправителем, ссылаясь на порядковый номер недавно принятого пакета.

Если порядковый номер недавно принятого сегмента не совпадает с порядковым номером, который ожидал получатель, то он отбрасывается и NACK отправляется обратно. Если два сегмента поступают с одинаковым порядковым номером, значение временной метки TCP сравнивается для принятия решения.

мультиплексирование

Техника объединения двух или более потоков данных в одном сеансе называется мультиплексированием. Когда TCP-клиент инициализирует соединение с сервером, он всегда ссылается на четко определенный номер порта, который указывает на процесс приложения. Сам клиент использует случайно сгенерированный номер порта из частных пулов номеров портов.

Используя мультиплексирование TCP, клиент может взаимодействовать с несколькими различными процессами приложения в одном сеансе. Например, клиент запрашивает веб-страницу, которая, в свою очередь, содержит различные типы данных (HTTP, SMTP, FTP и т. Д.), Тайм-аут сеанса TCP увеличивается, и сеанс остается открытым в течение более длительного времени, так что накладные расходы трехстороннего рукопожатия могут избегать.

Это позволяет клиентской системе получать несколько соединений через одно виртуальное соединение. Эти виртуальные соединения не годятся для серверов, если время ожидания слишком велико.

Контроль заторов

Когда большой объем данных подается в систему, которая не способна их обработать, возникает перегрузка. TCP контролирует перегрузку с помощью механизма Window. TCP устанавливает размер окна, сообщая другому концу, какой объем данных отправлять. TCP может использовать три алгоритма для контроля перегрузки:

  • Аддитивное увеличение, мультипликативное снижение

  • Медленный старт

  • Тайм-аут Реакция

Таймер управления

TCP использует разные типы таймеров для контроля и управления различными задачами:

Таймер поддержки:

  • Этот таймер используется для проверки целостности и достоверности соединения.

  • По истечении времени поддержания активности хост отправляет зонд, чтобы проверить, существует ли еще соединение.

Таймер ретрансляции:

  • Этот таймер поддерживает состояние сеанса отправленных данных.

  • Если подтверждение отправленных данных не получено в течение времени повторной передачи, сегмент данных отправляется снова.

Постоянный таймер:

  • Сеанс TCP может быть приостановлен любым хостом путем отправки размера окна 0.

  • Чтобы возобновить сеанс, хост должен отправить Размер окна с некоторым большим значением.

  • Если этот сегмент никогда не достигает другого конца, оба конца могут ждать друг друга в течение бесконечного времени.

  • Когда истекает таймер сохранения, хост повторно отправляет свой размер окна, чтобы сообщить другому концу.

  • Persist Timer помогает избежать тупиков в общении.

Timed-Wait:

  • После освобождения соединения любой из хостов ждет времени тайм-аута, чтобы полностью разорвать соединение.

  • Это делается для того, чтобы убедиться, что другой конец получил подтверждение своего запроса на завершение соединения.

  • Тайм-аут может быть максимум 240 секунд (4 минуты).

Восстановление после сбоя

TCP очень надежный протокол. Он предоставляет порядковый номер для каждого байта, отправленного в сегменте. Он обеспечивает механизм обратной связи, т. Е. Когда хост принимает пакет, он связывается с ACK, чтобы этот пакет имел следующий ожидаемый порядковый номер (если это не последний сегмент).

Когда TCP-сервер прерывает промежуточную связь и перезапускает процесс, он отправляет широковещательную рассылку TPDU всем своим хостам. Затем хосты могут отправить последний сегмент данных, который никогда не был подтвержден, и продолжить работу.

Протокол пользовательских датаграмм

Протокол пользовательских дейтаграмм (UDP) - это самый простой протокол связи транспортного уровня, доступный из набора протоколов TCP / IP. Это предполагает минимальный объем коммуникационного механизма. UDP считается ненадежным транспортным протоколом, но он использует IP-сервисы, которые обеспечивают наилучший механизм доставки.

В UDP получатель не генерирует подтверждение приема пакета и, в свою очередь, отправитель не ожидает подтверждения отправки пакета. Этот недостаток делает этот протокол ненадежным, а также облегчает обработку.

Требование UDP

Может возникнуть вопрос, зачем нам нужен ненадежный протокол для передачи данных? Мы разворачиваем UDP, где пакеты подтверждения совместно используют фактические данные. Например, в случае потокового видео тысячи пакетов направляются его пользователям. Подтверждение всех пакетов является проблематичным и может содержать огромное количество потери пропускной способности. Наилучший механизм доставки базового IP-протокола обеспечивает максимальные усилия для доставки своих пакетов, но даже если некоторые пакеты в потоковом видео теряются, воздействие не является катастрофическим и может быть легко проигнорировано. Потеря нескольких пакетов в видео и голосовом трафике иногда остается незамеченной.

Характеристики

  • UDP используется, когда подтверждение данных не имеет никакого значения.

  • UDP - хороший протокол для передачи данных в одном направлении.

  • UDP прост и подходит для связи на основе запросов.

  • UDP не ориентирован на соединение.

  • UDP не предоставляет механизм контроля перегрузки.

  • UDP не гарантирует заказанную доставку данных.

  • UDP не имеет состояния.

  • UDP является подходящим протоколом для потоковых приложений, таких как VoIP, потоковая передача мультимедиа.

Заголовок UDP

Заголовок UDP так же прост, как и его функция.

Заголовок UDP

Заголовок UDP содержит четыре основных параметра:

  • Порт источника - эта 16-битная информация используется для идентификации порта источника пакета.

  • Порт назначения - это 16-битная информация, используемая для идентификации службы прикладного уровня на машине назначения.

  • Длина - поле Длина указывает всю длину пакета UDP (включая заголовок). Это 16-битное поле, а минимальное значение составляет 8 байт, то есть размер самого заголовка UDP.

  • Контрольная сумма - в этом поле хранится значение контрольной суммы, сгенерированное отправителем перед отправкой. IPv4 имеет это поле как необязательное, поэтому, когда поле контрольной суммы не содержит никакого значения, оно устанавливается в 0, а все его биты устанавливаются в ноль.

UDP-приложение

Вот несколько приложений, где UDP используется для передачи данных:

  • Службы доменных имен

  • Простой протокол управления сетью

  • Тривиальный протокол передачи файлов

  • Протокол маршрутной информации

  • Kerberos

Уровень приложений Введение

Прикладной уровень является самым верхним уровнем в многоуровневой модели OSI и TCP / IP. Этот уровень существует в обеих многоуровневых моделях из-за его важности взаимодействия с пользователем и пользовательскими приложениями. Этот уровень предназначен для приложений, которые задействованы в системе связи.

Пользователь может или не может напрямую взаимодействовать с приложениями. Прикладной уровень - это то, где фактическое общение инициируется и отражает. Поскольку этот слой находится на вершине стека слоев, он не обслуживает другие слои. Прикладной уровень использует транспорт и все нижние уровни для связи или передачи своих данных на удаленный хост.

Когда протокол прикладного уровня хочет связаться со своим одноранговым протоколом прикладного уровня на удаленном хосте, он передает данные или информацию на транспортный уровень. Транспортный слой делает все остальное с помощью всех нижележащих слоев.

Уровень приложений

Существует двусмысленность в понимании уровня приложений и его протокола. Не каждое пользовательское приложение может быть помещено в прикладной уровень. кроме тех приложений, которые взаимодействуют с системой связи. Например, разработка программного обеспечения или текстового редактора не может рассматриваться как программы прикладного уровня.

С другой стороны, когда мы используем веб-браузер, который фактически использует протокол передачи гипертекста (HTTP) для взаимодействия с сетью. HTTP - это протокол прикладного уровня.

Другим примером является протокол передачи файлов, который помогает пользователю передавать текстовые или двоичные файлы по сети. Пользователь может использовать этот протокол в любом программном обеспечении на основе графического интерфейса, таком как FileZilla или CuteFTP, и тот же пользователь может использовать FTP в режиме командной строки.

Следовательно, независимо от того, какое программное обеспечение вы используете, это протокол, который рассматривается на прикладном уровне, используемом этим программным обеспечением. DNS - это протокол, который помогает протоколам пользовательских приложений, таким как HTTP, выполнять свою работу.

Модель клиент-сервер

Два удаленных процесса приложения могут взаимодействовать в основном двумя разными способами:

  • Одноранговый: оба удаленных процесса выполняются на одном уровне и обмениваются данными с использованием некоторого общего ресурса.

  • Клиент-сервер: один удаленный процесс действует как клиент и запрашивает некоторый ресурс у другого процесса приложения, выступающего в роли сервера.

В модели клиент-сервер любой процесс может выступать в роли сервера или клиента. Это не тип машины, размер машины или ее вычислительная мощность, которая делает его сервером; Именно способность обслуживать запрос делает машину сервером.

Система может действовать как Сервер и Клиент одновременно. То есть один процесс действует как сервер, а другой - как клиент. Также может случиться, что процессы клиента и сервера находятся на одном компьютере.

связь

Два процесса в модели клиент-сервер могут взаимодействовать различными способами:

  • Розетки

  • Удаленные вызовы процедур (RPC)

Розетки

В этой парадигме процесс, выполняющий роль сервера, открывает сокет, используя хорошо известный (или известный клиенту) порт, и ожидает, пока не поступит какой-либо клиентский запрос. Второй процесс, действующий как Клиент, также открывает сокет, но вместо ожидания входящего запроса клиент обрабатывает «запросы в первую очередь».

Когда запрос поступает на сервер, он обслуживается. Это может быть либо обмен информацией, либо запрос ресурса.

Удаленный вызов процедур

Это механизм, в котором один процесс взаимодействует с другим посредством вызовов процедур. Один процесс (клиент) вызывает процедуру, лежащую на удаленном хосте. Процесс на удаленном хосте называется сервером. Оба процесса выделены заглушки. Это общение происходит следующим образом:

  • Клиентский процесс вызывает клиентскую заглушку. Он передает все параметры, относящиеся к локальной программе.

  • Все параметры затем упаковываются (маршалируются) и выполняется системный вызов для отправки их на другую сторону сети.

  • Ядро отправляет данные по сети, а другой конец получает их.

  • Удаленный хост передает данные в заглушку сервера, где они распаковываются.

  • Параметры передаются в процедуру, а затем процедура выполняется.

  • Результат отправляется обратно клиенту таким же образом.

Протоколы приложений

Есть несколько протоколов, которые работают для пользователей на уровне приложений. Протоколы прикладного уровня можно широко разделить на две категории:

  • Протоколы, которые используются пользователями. Для электронной почты, например, электронная почта.

  • Протоколы, которые помогают и поддерживают протоколы, используемые пользователями. Например, DNS.

Немногие из протоколов прикладного уровня описаны ниже:

система доменных имен

Система доменных имен (DNS) работает по модели Client Server. Он использует протокол UDP для связи транспортного уровня. DNS использует иерархическую схему именования доменов. DNS-сервер настроен с использованием полностью определенных доменных имен (FQDN) и адресов электронной почты, сопоставленных с их соответствующими адресами интернет-протокола.

DNS-сервер запрашивается с полным доменным именем, и он отвечает обратно с IP-адресом, сопоставленным с ним. DNS использует UDP-порт 53.

Простой протокол пересылки почты

Протокол SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) используется для передачи электронной почты от одного пользователя другому. Эта задача выполняется с помощью клиентского программного обеспечения электронной почты (пользовательских агентов), которое использует пользователь. Агенты пользователя помогают пользователю печатать и форматировать электронную почту и сохранять ее до тех пор, пока не станет доступным Интернет. Когда электронное письмо отправляется для отправки, процесс отправки обрабатывается агентом передачи сообщений, который обычно встроен в клиентское программное обеспечение электронной почты.

Агент передачи сообщений использует SMTP для пересылки электронной почты другому агенту передачи сообщений (на стороне сервера). В то время как SMTP используется конечным пользователем только для отправки электронной почты, серверы обычно используют SMTP для отправки и получения электронной почты. SMTP использует порты TCP с номерами 25 и 587.

Клиентское программное обеспечение использует протоколы доступа к интернет-сообщениям (IMAP) или POP для получения электронной почты.

протокол передачи файлов

Протокол передачи файлов (FTP) является наиболее широко используемым протоколом для передачи файлов по сети. FTP использует TCP / IP для связи и работает на TCP-порте 21. FTP работает на модели клиент / сервер, где клиент запрашивает файл с сервера, а сервер отправляет запрошенный ресурс обратно клиенту.

FTP использует внешнее управление, т.е. FTP использует TCP-порт 20 для обмена управляющей информацией, и фактические данные отправляются через TCP-порт 21.

Клиент запрашивает у сервера файл. Когда сервер получает запрос на файл, он открывает TCP-соединение для клиента и передает файл. После завершения передачи сервер закрывает соединение. Для второго файла клиент снова запрашивает, и сервер повторно открывает новое TCP-соединение.

Протокол почтового отделения (POP)

Почтовый протокол версии 3 (POP 3) - это простой протокол поиска почты, используемый агентами пользователей (клиентским программным обеспечением электронной почты) для получения почты с почтового сервера.

Когда клиенту нужно получить почту с сервера, он открывает соединение с сервером по TCP-порту 110. Затем пользователь может получить доступ к своим письмам и загрузить их на локальный компьютер. POP3 работает в двух режимах. Самый распространенный режим удаления - это удаление сообщений электронной почты с удаленного сервера после их загрузки на локальные компьютеры. Второй режим, режим хранения, не удаляет электронную почту с почтового сервера и дает пользователю возможность получить доступ к почте позже на почтовом сервере.

Протокол передачи гипертекста (HTTP)

Протокол передачи гипертекста (HTTP) является основой всемирной паутины. Гипертекст - это хорошо организованная система документации, которая использует гиперссылки для связи страниц в текстовых документах. HTTP работает на модели клиент-сервер. Когда пользователь хочет получить доступ к любой HTTP-странице в Интернете, клиентский компьютер на стороне пользователя инициирует TCP-соединение с сервером через порт 80. Когда сервер принимает запрос клиента, клиент получает доступ к веб-страницам.

Для доступа к веб-страницам клиент обычно использует веб-браузеры, которые отвечают за инициирование, поддержание и закрытие TCP-соединений. HTTP - это протокол без сохранения состояния, что означает, что Сервер не хранит информацию о более ранних запросах клиентов.

HTTP версии

  • HTTP 1.0 использует непостоянный HTTP. Не более одного объекта может быть отправлено через одно TCP-соединение.

  • HTTP 1.1 использует постоянный HTTP. В этой версии несколько объектов могут быть отправлены через одно соединение TCP.

Сетевые сервисы

Компьютерные системы и компьютеризированные системы помогают людям эффективно работать и исследовать немыслимое. Когда эти устройства соединены вместе, чтобы сформировать сеть, возможности расширяются многократно. Некоторые основные услуги, которые может предложить компьютерная сеть.

Службы каталогов

Эти сервисы отображаются между именем и его значением, которое может быть значением переменной или фиксированным. Эта программная система помогает хранить информацию, организовывать ее и предоставляет различные способы доступа к ней.

  • Учет

    В организации нескольким пользователям сопоставлены их имена пользователей и пароли. Службы каталогов предоставляют средства для хранения этой информации в зашифрованном виде и доступны по запросу.

  • Аутентификация и авторизация

    Учетные данные пользователя проверяются для аутентификации пользователя во время входа в систему и / или периодически. Учетные записи пользователей можно настроить в иерархическую структуру, а их доступ к ресурсам можно контролировать с помощью схем авторизации.

  • Службы доменных имен

    DNS широко используется и является одной из важнейших услуг, на которых работает интернет. Эта система отображает IP-адреса на доменные имена, которые легче запомнить и вспомнить, чем IP-адреса. Поскольку сеть работает с помощью IP-адресов, и люди, как правило, запоминают имена веб-сайтов, DNS предоставляет IP-адрес веб-сайта, который отображается на его имя из серверной части по запросу имени веб-сайта от пользователя.

Файловые сервисы

Файловые сервисы включают обмен и передачу файлов по сети.

  • Обмен файлами

    Одной из причин, по которой появились сети, стал обмен файлами. Общий доступ к файлам позволяет пользователям делиться своими данными с другими пользователями. Пользователь может загрузить файл на определенный сервер, который доступен для всех предполагаемых пользователей. В качестве альтернативы пользователь может сделать свой файл доступным для общего пользования на своем компьютере и предоставить доступ предполагаемым пользователям.

  • Передача файла

    Это действие по копированию или перемещению файла с одного компьютера на другой или на несколько компьютеров с помощью базовой сети. Сеть позволяет своему пользователю находить других пользователей в сети и передавать файлы.

Услуги связи

  • Эл. адрес

    Электронная почта - это способ связи, без которого пользователь компьютера не может работать. Это основа современных возможностей Интернета. Система электронной почты имеет один или несколько почтовых серверов. Всем его пользователям предоставляются уникальные идентификаторы. Когда пользователь отправляет электронное письмо другому пользователю, оно фактически передается между пользователями с помощью почтового сервера.

  • Социальная сеть

    Последние технологии сделали техническую жизнь социальной. Люди, разбирающиеся в компьютерах, могут находить других известных людей или друзей, могут общаться с ними и могут обмениваться мыслями, фотографиями и видео.

  • Интернет-чат

    Интернет-чат предоставляет услуги мгновенной передачи текста между двумя хостами. Два или более человека могут общаться друг с другом, используя текстовые службы чата Internet Relay. В наши дни голосовой чат и видеочат очень распространены.

  • Доски обсуждений

    Дискуссионные доски предоставляют механизм для соединения нескольких людей с одинаковыми интересами. Он позволяет пользователям задавать вопросы, вопросы, предложения и т. Д., Которые могут видеть все остальные пользователи. Другие могут также ответить.

  • Удаленный доступ

    Эта услуга позволяет пользователю получить доступ к данным, находящимся на удаленном компьютере. Эта функция называется удаленным рабочим столом. Это можно сделать с помощью какого-либо удаленного устройства, например, мобильного телефона или домашнего компьютера.

Сервисы приложений

Это не что иное, как предоставление сетевых услуг пользователям, таких как веб-службы, управление базами данных и совместное использование ресурсов.

  • Обмен ресурсами

    Для эффективного и экономичного использования ресурсов сеть предоставляет средства для их совместного использования. Это может включать в себя серверы, принтеры, носители данных и т. Д.

  • Базы данных

    Этот сервис приложений является одним из наиболее важных сервисов. Он хранит данные и информацию, обрабатывает их и позволяет пользователям эффективно извлекать их с помощью запросов. Базы данных помогают организациям принимать решения на основе статистики.

  • Веб-сервисы

    Всемирная паутина стала синонимом интернета. Она используется для подключения к интернету и доступа к файлам и информационным службам, предоставляемым интернет-серверами.