Компьютерная сеть

Сетевые модели

Технологию сетевых коммуникаций в качестве одной большой модели будет трудно внедрить. В результате мы разделили различные компоненты сети на более мелкие модули или слои. Стандартной моделью сети является модель взаимодействия открытых систем (OSI), установленная стандартом Международной организации по стандартизации (ISO). Существуют и другие сетевые модели, хотя все они разбиты на аналогичные уровни. Каждый уровень использует службы, предоставляемые нижележащим уровнем, в то же время предоставляя службы для вышестоящего уровня. Каждый уровень может взаимодействовать только с одним и тем же уровнем на целевом устройстве.

Пример связи в сетевой модели

модель OSI

OSI (Open Systems Interconnection - Взаимосвязь открытых систем) является 7-уровневой сетевой моделью, определенной стандартом ISO (Международной организации по стандартизации) и широко используемой во всем мире. Концепция семислойной модели была представлена работой Чарльза Бахмана (Charles Bachman), Honeywell Information Services. Различные аспекты проектирования OSI развивались на основе опыта работы с сетями ARPANET, NPLNET, EIN и CYCLADES, а также работы в IFIP WG6.1.

Единица данных	Слой	Функция
Данные	Приложение	Сетевой процесс к приложению
	Презентация	Шифрование, дешифрование и преобразование данных
	Заседание	Управление сеансами между приложениями
Сегменты	Транспорт	Комплексное подключение и надежность
Пакеты (датаграммы)	Сеть	Определение пути и логическая адресация
Фрейм	Связь с данными	Физическая адресация
Бит	Физический	Передача сигналов и двоичных сигналов

Уровень 1

Физический уровень определяет электрические и физические характеристики устройств. Он также определяет модулированную и низкочастотную передачу.

Baseband

Базовый диапазон - это цифровые данные в необработанном виде (1001 1101 1010 0011). Это обеспечивает очень быструю и надежную передачу на короткие расстояния; однако, носители, как правило, создают помехи друг другу, диапазон передачи данных в Baseband очень ограничен. С увеличением скорости она становится все хуже. Технология базовых частот часто используется в локальных сетях.

• UTP кабель - макс. 100 м на скорости 100 Мбит/с без ретранслятора
• Оптическое волокно - макс. 1 км на скорости 100 Мбит/с без ретранслятора

Типичная технология: Ethernet

Модулированная передача

В телекоммуникациях модуляция - это процесс передачи сигнала сообщения, например, цифрового битового потока или аналогового аудиосигнала, внутри другого сигнала, который может быть физически передан. Устройство, обеспечивающее модуляцию сигнала в базовой полосе, называется модулятором, а устройство, обеспечивающее демодуляцию модулированного сигнала обратно в базовую полосу, называется демодулятором. Сегодня, модулятор и демодулятор интегрированы в одно устройство, называемое Modem (модулятор-демодулятор). Часто используется в WAN, WLAN, WWAN.
Типичная технология: WI-FI, ADSL, подключение кабельного телевидения (CATV).

Слой 2

Канальный уровень обеспечивает функциональные и процедурные средства для передачи данных между сетевыми объектами, а также для обнаружения и возможного исправления ошибок, которые могут возникать на физическом уровне.

Слой 3

Сетевой уровень обеспечивает функциональные и процедурные средства передачи последовательностей данных переменной длины от хоста-источника в одной сети к хосту-получателю в другой сети с использованием IP-адреса.

IP адрес

Адрес Интернет-протокола (IP-адрес) - это цифровая метка, присвоенная каждому устройству (например, компьютеру, принтеру), участвующему в компьютерной сети, использующей Интернет-протокол для связи. В настоящее время существует две версии используемых протоколов - IPv4 и IPv6.

• IPv4 использует 32-битную адресацию, которая ограничивает адресное пространство до 4294967296 (²³²) возможных уникальных адресов.

Пример: IP-192.168.0.1 маска-255.255.255.0 означает, что сетевой адрес 192.168.0.0, а адрес устройства 192.168.0.1.

• IPv6 использует 128-битную адресацию, что ограничивает адресное пространство до 2128 возможных адресов. Это считается достаточным в обозримом будущем. Полная поддержка IPv6 все еще находится на стадии реализации.

Уровень 4

Транспортный уровень обеспечивает прозрачную передачу данных между конечными пользователями, предоставляя надежные услуги передачи данных на верхние уровни. Протокол управления передачей (TCP) и пользовательский протокол передачи данных (UDP) пакета Internet Protocol Suite обычно классифицируются как протоколы 4-го уровня в OSI.

• TCP (протокол управления передачей) обеспечивает надежную, упорядоченную доставку потока байт от программы на одном компьютере к другой программе на другом компьютере. TCP используется для приложений, которые строго требуют надежной передачи (электронная почта, WWW, передача файлов (FTP), ...).
• UDP (протокол пользовательской датаграммы) использует простую модель передачи без неявных диалоговых окон рукопожатия для обеспечения надежности, упорядочения или целостности данных. UDP используется в приложениях, где требуется меньшая задержка по сравнению с надежностью (потоковое видео, VOIP, онлайн-игры,...).

Слои 5-7

Обычно объединенный в один уровень в упрощенных сетевых моделях, его основное назначение - взаимодействие с приложениями, шифрование и создание выделенных соединений при необходимости.

Цифровая модуляция: 16-QAM с примерами точек созвездия.


Аналоговая модуляция: AM - амплитудаFM - частота

Условия работы в сети

Задержка

Задержка, ошибочно называемая ping, является значением, которое измеряет, сколько времени требуется пакетам, чтобы добраться до места назначения. Оно измеряется в миллисекундах (мс). Инструмент, который измеряет задержку, называется ping, обычно используя специальные ICMP пакеты, которые меньше стандартных пакетов данных, поэтому они не утяжеляют сеть своим присутствием.

• Немедленная задержка измеряется каждые X секунд и немедленно отображается на дисплее. Его значение постоянно меняется благодаря естественным свойствам сетевой технологии пакетной коммутации. Высокие пики латентности отрицательно влияют на большинство сетевых приложений, которые могут адаптироваться к средней латентности путем выделения соответствующего объема памяти в качестве буфера. Высокие пики латентности приводят к опустошению этого буфера и временному замораживанию приложений. Это замораживание обычно называется латентностью.
• Средняя латентность - это сумма немедленной латентности, измеряемой раз в X секунд, деленная на Y. Средняя латентность используется для оценки размера буфера, в основном потому, что она не так часто меняется. Буфер позволяет некоторым приложениям, таким как потоковое видео, работать бесперебойно даже при высокой средней латентности, но он не может защитить нас от высоких пиков латентности.

Емкость (пропускная способность)

Емкость - это мера пропускной способности сети и измеряется в битах в секунду (бит/с или бит/с), сегодня это обычно Мбит/с или Мбит/с. Она показывает, сколько единиц данных передается каждую секунду. В настоящее время средняя пропускная способность намного выше, чем необходимо, и в большинстве случаев это не является ограничивающим фактором.

• Uplink - это количество пропускной способности, используемое для передачи данных от пользователя к серверу (обычно ниже для конечных пользователей).
• Downlink - это количество пропускной способности, используемое для передачи данных от сервера к пользователю (обычно выше для конечных пользователей).

Трансляция

Трансляция - это специальная передача, которая не предназначена для одного устройства, а адресована всем устройствам в конкретной сети. В основном она используется для автоматической выдачи IP-адресов устройствам DHCP-сервером и для создания ARP-таблицы, которая картирует сеть и ускоряет трафик.

Частотный план ADSL. Вверх + вниз = пропускная способность сети.