Tcp ip kompiuteriniai tinklai
5 (100%) 1 vote

Tcp ip kompiuteriniai tinklai

TCP/IP KOMPIUTERINIAI TINKLAI

Saulius

Vilnius

ĮVADAS

Kiekvienas amžius turi vieną ar keletą dominuojančių technologijų. Viena iš svarbiausių 20-ojo amžiaus technologijų – informacijos rinkimas, apdorojimas, platinimas – glaudžiai susijusi su ryšių bei kompiuterinės technikos neprecedentiniu vystymusi. Ryšių ir kompiuterių apjungimas iš esmės pakeitė kompiuterinių sistemų organizavimo principus. Kompiuterinių centrų funkcijas dažnai atlieka daug atskirų, tačiau tarpusavyje sujungtų kompiuterių.

Kompiuterinis tinklas – tai tarpusavyje sujungtų autonominių kompiuterių rinkinys. Du kompiuteriai yra sujungti į tinklą, jeigu jie gali keistis informacija. Griežto pavaldumo sistemos, taip pat paskirstytos kompiuterinės sistemos nėra kompiuteriniai tinklai.

KOMPIUTERINIŲ TINKLŲ TAIKYMAI

Tinklai kompanijoms

· Bendras resursų naudojimas. Toli vienas nuo kito esantys kompanijos kompiuteriai apjungti į tinklą. Informacija nuo vartotojo gali būti labai toli. Ją gali naudoti daug darbuotojų tuo pačiu metu.

· Didelis patikimumas. Duomenų failai turi po keletą kopijų skirtinguose kompiuteriuose. Kai vienas sugenda, galima naudotis kitais, neprarandant duomenų.

· Pinigų taupymas. Vienas didelis kompiuteris (mainframe) yra brangesnis už daug mažų, sujungtų į tinklą ir atliekančių tą patį darbą. Duomenys saugomi viename arba keliuose bendro naudojimo failų serveriuose. Vartotojai – klientai. Kliento – serverio modelis, užklausa – atsakymas.

· Galimybė nesunkiai plėsti tinklą, pajungiant naujus vartotojus ir naujus serverius pagal poreikius.

· Galinga toli esančių darbuotojų bendravimo priemonė, atliekant bendrą darbą. Kartais tai yra svarbiau už anksčiau minėtus privalumus.

KOMPIUTERINIŲ TINKLŲ TAIKYMAI

Tinklai žmonėms

Pradedant nuo 1990 m. kompiuteriniai tinklai pradėjo teikti paslaugas privatiems asmenims į namus. Pagrindinės priežastys:

· Priėjimas prie nutolusios informacijos. Finansinės institucijos. Parduotuvės. Vaizdi informacija apie prekes. Elektroniniai laikraščiai. Mokslo žurnalai, bibliotekos. Pasaulio voratinklis (World Wide Web), kur galima rasti informacijos beveik apie viską. Visa tai – asmens ir nutolusios duomenų bazės sąveika.

· Asmenų bendravimas. Tai 21-mojo amžiaus atsakas į 19-tojo telefoną. Elektroninis paštas – naudojasi milijonai žmonių. Galima pasiųsti beveik viską : tekstus, vaizdus, garsus, failus. Trūksta tik kvapo.

Toli vienas nuo kito esančių žmonių virtualūs susirinkimai – videokonferencijos. Nuotolinis mokymas, medicininė pagalba.

Pasaulinės naujienų grupės.

· Interaktyvios pramogos. Video pagal pareikalavimą. Bet kokį bet kur padarytą filmą galima gauti tuoj pat. Interaktyvūs filmai (pasirenkant kokią nori siužeto kryptį). Interaktyvios televizijos laidos. Žaidimai. Trimatė virtuali realybė.

TINKLŲ APARATINĖS PRIEMONĖS

Du svarbūs požymiai:

· Perdavimo technologija

· Dydis

Pagal perdavimo technologiją tinklai skirstomi į du tipus:

· Transliacinio tipo tinklai (Broadcast networks).

· Taškas – taškas tipo tinklai (Point-to-point networks).

Transliaciniai. Turi vieną ryšio kanalą, kurį bendrai naudoja visi kompiuteriai tinkle. Kompiuteriai siunčia trumpus pranešimus, vadinamus paketais (packets). Siunčia vienas, gauna visi. Adreso laukas pakete nurodo, kam paketas adresuotas. Gavęs paketą, kompiuteris patikrina adreso lauką ir apdoroja paketą, jei jis yra skirtas minėtam kompiuteriui. Yra galimybė paketą adresuoti visiems adresatams, nurodant specialų kodą adreso lauke. Kai kurios sistemos palaiko perdavimą tik tam tikram kompiuterių poaibiui.

Taškas – taškas. Sudaryti iš daugelio sujungimų tarp individualių kompiuterių porų. Paketai nueina adresatui per keletą tarpinių stočių. Kadangi paketui yra skirtingo ilgio keliai, tai reikalingi maršrutizacijos algoritmai, kurie yra labai svarbūs taškas – taškas tinkluose. Dažniausiai maži, geografiškai lokalizuoti tinklai yra transliaciniai, o dideli – taškas – taškas tipo.

TINKLŲ APARATINĖS PRIEMONĖS

Tinklų klasifikacija pagal dydį

Atstumas tarp procesorių Procesoriai išdėstyti bendrame(oje) Pavyzdys

0,1 m plokštėje Duomenų srautų mašinos (Data flow machines)

1 m sistemoje Multikompiuteriai

10 m kambaryje Vietiniai tinklai (VT)

100 m pastate (Local Area Networks, LAN)

1 km kvartale

10 km mieste Miesto tinklai (Metropolitan Area Networks, MAN)

100 km valstybėje Globalieji tinklai

1000 km kontinente (Wide Area Networks, WAN)

10000 km planetoje Internet

Duomenų srautų mašinos – daugiaprocesoriniai lygiagretaus veikimo kompiuteriai su daugeliu funkcinių vienetų, dirbantys pagal vieną programą.

Multikompiuteriai – sistemos, besikeičiančios pranešimais per trumpas, labai greitas magistrales.

Tikrieji tinklai – tai kompiuteriai, bendraujantys per ilgesnius kabelius. LAN, MAN, WAN.

Keleto tinklų sujungimas yra vadinamas tarptinkliniu ryšiu (Internetwork). Pasaulinis Internetas – gerai žinomas tarptinklinių ryšių pavyzdys.

Atstumas labai svarbus klasifikacinis požymis, kadangi, priklausomai nuo jo, yra naudojama skirtinga technika tinklams realizuoti.

TINKLŲ APARATINĖS PRIEMONĖS

Vietiniai
tinklai

Dažniausiai įrengiami viename pastate. Dydis – iki kelių kilometrų. Plačiai naudojami asmeninių kompiuterių ir darbo stočių sujungimui kompanijų, įstaigų kontorose bendram resursų naudojimui ir apsikeitimui informacija. Skiriasi nuo kitų tinklų dydžiu, perdavimo technologija, topologija.

Vietiniai tinklai riboto dydžio. Perdavimo laikas yra ribotas ir žinomas. Tai leidžia panaudoti tam tikrus metodus, kurie negalimi kitomis sąlygomis. Dažnai naudojamas vienas kabelis, prie kurio prijungti visi kompiuteriai.

Duomenų perdavimo sparta 10 – 100 Mb/s, mažas vėlinimas (dešimtys ms), nedaug klaidų. Tuo pačiu metu duomenis gali siųsti tik vienas kompiuteris. Reikalingas tam tikras konfliktus sprendžiantis mechanizmas, kai tuo pačiu metu duomenis nori siųsti keletas kompiuterių. Mechanizmas centralizuotas arba paskirstytas. Ethernet su magistraline topologija – tinklo su decentralizuotu valdymu pavyzdys.

Kitas transliacinio tinklo topologijos pavyzdys – žiedas. IBM token ring – populiarus žiedo pavidalo vietinis tinklas. Sparta 4 ir 16 Mb/s.

Transliaciniai tinklai toliau skirstomi į statinius ir dinaminius, priklausomai nuo to, kaip skiriamas kanalas. Statiniai, kai kiekvienam kompiuteriui yra skiriamas tam tikras laiko intervalas, kada jis gali siųsti (slot). Neproduktyviai panaudojamas kanalas, kai ne visos stotys turi ką siųsti. Dėl to dažniau naudojamos dinaminės sistemos, kai kanalas skiriamas dinamiškai pagal pareikalavimą. Yra centralizuoti ir decentralizuoti kanalo skyrimo metodai. Pirmuoju atveju yra vienas arbitražo įrenginys, kuris nusprendžia, kas perduos sekantis. Tai galima daryti priimant užklausas ir sprendžiant pagal tam tikrą algoritmą. Decentralizuotu atveju kiekviena stotis turi nuspręsti pati – siųsti ar ne. Yra įvairūs algoritmai kaip šiuo atveju išvengti chaoso.

TINKLŲ APARATINĖS PRIEMONĖS

Miesto tinklai (MAN)

Tai didesnė vietinio tinklo versija. Miesto tinklas turi vieną arba du kabelius ir neturi komutatorių. Sukurtas specialus standartas – DQDB ( Distributed Queue Dual Bus – paskirstytos eilės dviguba magistralė). Du vienkrypčiai kabeliai, prie kurių prijungti visi kompiuteriai. Kiekviena magistralė (kabelis) turi galinį įrenginį, inicijuojantį siuntimą.

Galiniai įrenginiai generuoja pastovų 53 baitų ilgio ląstelių (cells) srautą. Ląstelės keliauja į magistralės galą ir ten dingsta. Duomenų laukas 44 baitų. Kai ląstelė užimta, tą rodo Busy bitas. Bitas Request prilyginamas 1, kai stotis nusiunčia užklausą galimam duomenų išsiuntimui. Sudaroma eilė siųsti duomenis pagal pasiruošimo siųsti laiką. Išsiunčiama FIFO(First In First Out) tvarka. Eilei sudaryti kiekvienoje stotyje yra du skaitliukai: RC (Request Counter) ir CD. RC skaičiuoja, kiek yra išsiųsta užklausų iš visų stočių esančių prieš duotąją stotį, iki to momento, kai stotyje atsiranda celė siuntimui. Tada RC kopijuojamas į CD ir prilyginamas nuliui. Toliau RC skaičiuoja, kiek atėjo užklausų po celės paruošimo siuntimui. Pvz.: CD = 3, RC = 2. Tris tuščias ląsteles stotis praleidžia, po to siunčia ir po siuntimo dar 2 ląstelės lieka rezervuotos stotims, išsiuntusioms užklausas. Prieš siunčiant paruoštą ląstelę, stotis turi išsiųsti užklausą priešinga kryptimi. Tą užklausą mato visos stotys pakeliui ir padidina savo RC.

TINKLŲ APARATINĖS PRIEMONĖS

Galinis įrenginys Magistralė A

1

2

3

Kompiuteris Kompiuteris

Magistralė B Galinis įrenginys

1 pav. Miesto tipo tinklo DQDB architektūra. IEEE 802.6 standartas.

TINKLŲ APARATINĖS PRIEMONĖS

Globalieji tinklai (WAN)

WAN užima didelę teritoriją (šalis, kontinentas). Į jį įeina kompiuteriai (hosts), kur vykdomos vartotojų programos, ir komunikacijų potinklis (communication subnet), kurio pagalba kompiuteriai sujungti į tinklą (2 pav.) Potinklis perneša pranešimus nuo vieno kompiuterio prie kito. Atskiriant grynai komunikacinius aspektus nuo taikomųjų, tinklų kūrimas supaprastėja.

Daugumoje WAN potinkliai susideda iš dviejų skirtingų komponenčių – perdavimo linijų ir komutacinių elementų. Linijos (circuits, channels, trunks) perduoda bitus iš vieno kompiuterio į kitą. Komutaciniai elementai yra specializuoti kompiuteriai, naudojami sujungti keletą linijų. Jie vadinami: paketų komutacijos mazgai, tarpinės sistemos, maršrutizatoriai (routers). Potinklis (subnet) dabar turi ir kitą reikšmę, susijusią su adresavimu tinkle.

Kai paketas yra persiunčiamas iš vieno maršrutizatoriaus į kitą, jis gali praeiti per daugelį tarpinių maršrutizatorių. Kiekviename iš jų paketas priimamas ir saugomas, kol atsilaisvina reikalingas išėjimas. Potinklis, naudojantis šį principą, yra vadinamas taškas – taškas (point to point), išsaugoti ir persiųsti (store and forward) arba potinklis su paketų komutacija (packet switched subnet). Beveik visi WAN’ai (išskyrus satelitinius) turi tokius potinklius. Kai paketai yra maži ir fiksuoto dydžio, jie dažnai vadinami ląstelėmis. Yra įvairios taškas – taškas potinklių organizavimo topologijos (3 pav.). Vietiniai tinklai paprastai turi simetrinę topologiją. Globalieji tinklai dažniausiai yra nereguliarios topologijos.

Dar yra palydoviniai tinklai
antžeminės radijo sistemos. Kiekvienas maršrutizatorius turi anteną, per kurią priima ir perduoda. Visi arba tik kai kurie maršrutizatoriai gali priimti signalą iš palydovo.

TINKLŲ APARATINĖS PRIEMONĖS

Potinklis (Subnet) Maršrutizatorius

Kompiuteris (Host)

Vietinis tinklas (LAN)

2 pav. Ryšiai tarp kompiuterių (hosts) ir komunikacinio potinklio.

3 pav. Keletas galimų taškas – taškas potinklio topologijų.

TINKLŲ PROGRAMINĖ ĮRANGA

Protokolų hierarchija

Daugelis tinklų yra suorganizuoti kaip lygių arba sluoksnių rinkiniai, sudėti vienas ant kito. Kiekvieno lygio paskirtis – suteikti tam tikrą paslaugą aukštesniam lygiui. Lygis n viename kompiuteryje bendrauja su n lygiu kitame. Taisyklės ir susitarimai, naudojami šiam bendravimui, yra vadinami n lygio protokolu.

Fiziškai duomenys yra perduodami iš aukštesnio lygio į žemesnį, pasiekia fizinį lygį ir per fizinę aplinką perduodami į kitą kompiuterį. Ten pakyla iki atitinkamo lygio. Vienoduose lygiuose esantiems procesams susidaro įspūdis, kad jie bendrauja “horizontaliai”, naudodami savo lygio protokolą.

Tarp kiekvienos lygių poros yra sąsaja (interfeisas), nusakantis, kokiu būdu perduoti informaciją iš vieno į kitą. Kai sąsaja aiškiai apibrėžta, lengviau vieną lygio realizaciją pakeisti kita.

Lygių ir protokolų rinkinys vadinamas tinklo architektūra. Architektūros specifikacija turi turėti pakankamai informacijos, kad būtų galima parašyti programas arba padaryti aparatūrą kiekvienam lygiui. Nei realizacijos detalės, nei sąsajų specifikacijos nėra architektūros dalis. Protokolų sąrašas, naudojamas sistemoje, vienas protokolas vienam lygiui, yra vadinamas protokolų steku.

Pranešimą M suformuoja taikomasis procesas 5-tame lygyje ir perduoda į 4-tąjį išsiuntimui. Čia uždedama antraštė H4 prieš M ir viskas perduodama į 3-čiąjį lygį. Antraštėje yra valdanti informacija, tokia kaip eilės numeris. Kitame kompiuteryje 4-tasis lygis pagal numerius galės pranešimus perduoti eilės tvarka, jei to neužtikrina žemesnieji lygiai. Pranešimų antraštės įvairiuose lygiuose gali turėti informaciją apie dydį, laiką ir t.t.

Daugelyje tinklų pranešimų dydis neribojamas 4-tame lygyje. Tačiau beveik visur ribojamas 3-čiame lygyje . Dėl to trečias lygis pranešimus gali sukarpyti į dalis, suteikiant kiekvienai daliai antraštę. 2-asis lygis duoda ne tik antraštę, bet ir pabaigą ir viską perduoda į fizinį lygį. Priimančioje pusėje viskas vyksta atvirkščia tvarka. Svarbus yra ryšys tarp virtualaus ir realaus perdavimo, taip pat skirtumas tarp sąsajos ir protokolo. Lygiaverčiai procesai (peers) 4-tajame lygyje galvoja, kad jų bendravimas “horizontalus”, naudojantis 4-tojo lygio protokolą. Lygiaverčių procesų abstrakcija yra labai svarbi visų tinklų kūrimui. Ją panaudojant galima didelį sunkiai valdomą viso tinklo kūrimo uždavinį sudalyti į keletą mažesnių ir paprastesnių, skirtų kiekvienam lygiui.



Kompiuteris 1 Kompiuteris 2

Lygis 5 < – – – – – – – – – 5 – to lygio protokolas – – – – – – – – – – > Lygis 5

4/5 lygių sąsaja

Lygis 4 < – – – – – – – – – 4 – to lygio protokolas – – – – – – – – – – > Lygis 4

3/4 lygių sąsaja

Lygis 3 < – – – – – – – – – 3 – čio lygio protokolas – – – – – – – – – – > Lygis 3

2/3 lygių sąsaja

Lygis 2 < – – – – – – – – – 2 – ro lygio protokolas – – – – – – – – – – > Lygis 2

1/2 lygių sąsaja

Lygis 1 < – – – – – – – – – 1 – mo lygio protokolas – – – – – – – – – – > Lygis 1

Fizinė aplinka

4 pav. Lygiai, protokolai, sąsajos



Lygis

5

M < – – – – – – 5 – to lygio protokolas – – – – – – – > M

4

H4 M < – – – – – – 4 – to lygio protokolas – – – – – – – – > H4 M

3 3 – čio lygio

H3 H4 M1 H3 M2 <- protokolas – – -> H3 H4 M1 H3 M2

2 – ro lygio

2 protokolas

H2 H3 H4 M1 T2 H2 H3 M2 T2 < – > H2 H3 H4 M1 T2 H2 H3 M2 T2

1

Siuntiklis Gaviklis

5 pav. Informacijos perdavimo 5-ame lygyje pavyzdys

TINKLŲ PROGRAMINĖ ĮRANGA

Lygių kūrimo ypatumai

Kiekvienam lygiui reikalingas siuntiklio ir gaviklio identifikavimo mechanizmas. Taip pat reikalingas adresavimas, nurodantis, kokiam procesui kompiuteryje yra skirtas pranešimas.

Svarbios yra duomenų perdavimo taisyklės. Gali būti :

1. Vienkryptis perdavimas (simplex communication).

2. Dvikryptis nevienalaikis perdavimas (half-duplex communication).

3. Dvikryptis vienalaikis perdavimas (full-duplex communication).

Klaidų kontrolė. Abi pusės turi naudoti tą patį klaidų radimo ar taisymo būdą. Gaviklis turi galėti pranešti, ar duomenys atėjo be klaidų ar su klaidomis.

Pranešimų eiliškumas. Pranešimai gali būti sunumeruoti. Kaip elgtis su ne laiku atėjusiais pranešimais?

Siuntiklio ir gaviklio veikimo spartos suderinimas. Vienas iš būdų – informuoti siuntiklį apie
situaciją gaviklyje, kad siuntiklis galėtų pakeisti duomenų išsiuntimo spartą.

Pranešimų ilgis. Dažnai ilgus pranešimus reikia išskaidyti, persiųsti ir vėl surinkti kitoje pusėje. Kartais yra efektyviau keletą pranešimų apjungti į vieną ir gaviklyje vėl išskaidyti.

Maršruto parinkimas, kai perdavimo kelių yra daug.

TINKLŲ PROGRAMINĖ ĮRANGA

Paslaugų primityvai

Paslauga formaliai nusakoma primityvų (operacijų) rinkiniu, kuriuo gali pasinaudoti vartotojas ar procesas. Primityvai skirstomi į keturias klases:

1. Request (Reikalavimas, paklausimas). Prašoma paslaugos atlikti tam tikrą darbą.

2. Indication (Indikacija). Procesas informuojamas apie įvykį.

3. Response (Atsakymas, reakcija). Noras atsakyti, reaguoti į įvykį.

4. Confirm (Patvirtinimas). Atsakymas į ankstesnį reikalavimą (Request)

Pvz.: Susijungimas ir atsijungimas. CONNECT.

Pasiunčiamas paketas CONNECT.request iš susijungimo iniciatoriaus. Gaviklis gauna CONNECT.indication, pranešantį, kad procesas iš kažkur reikalauja susijungimo. Gaviklis su CONNECT.response pasako, ar jis nori užmegzti ryšį ar ne. Siuntiklis sužino, kas atsitiko (priimtas pasiūlymas ar ne), per CONNECT.confirm primityvą.

Primityvai gali turėti parametrus. CONENCT.request gali būti nurodyta, prie kokios mašinos norima jungtis, koks reikalingos paslaugos tipas, maksimalus pranešimo ilgis. CONNECT.indication gali turėti kviečiančiojo identifikacinę informaciją, reikalingos paslaugos tipą, siūlomą maksimalų pranešimo ilgį. Jei gaviklis nesutinka su tokiu pranešimo ilgiu, tai alternatyvusis pasiūlymas gali būti atsakymo primityve, kuris gaunamas per CONNECT.confirm. Derybų detalės yra protokolo dalis. Pvz.: gali būti pasirinktas mažiausias pranešimo ilgis iš pasiūlytųjų.

Paslaugos gali būti patvirtintosios arba nepatvirtintosios. Pirmuoju atveju naudojami visi keturi primityvai. Antruoju atveju yra tik Request ir Indication. CONNECT yra visada patvirtinama paslauga. Duomenų perdavimas gali būti kaip patvirtintasis taip ir ne, priklausomai nuo siunčiančiosios pusės pareikalavimo. Tinkluose naudojami abu šie tipai.

BAZINIAI MODELIAI

OSI bazinis modelis

Sukurtas pagal ISO (International Standards Organization) pasiūlymą kaip pirmas žingsnis, einant į protokolų, naudojamų įvairiuose lygiuose, tarptautinį standartizavimą.

Pavadintas ISO OSI (Open Systems Interconnection) Reference Model.

Atvirųjų sistemų tarpusavio sujungimo bazinis modelis.

Sudarytas iš 7 lygių (sluoksnių). Jų kūrimui naudoti principai:

1. Kiekvienas lygis turi vykdyti gerai apibrėžtas funkcijas.

2. Kiekvieno lygio funkcija turi būti pasirinkta orientuojantis į tarptautinių protokolų standartų sukūrimą.

3. Lygių ribos turi būti pasirinktos taip, kad minimizuotų informacijos srautą per sąsają.

4. Lygių skaičius turi būti pakankamai didelis, kad skirtingos funkcijos nepatektų be reikalo į tą patį lygį, ir pakankamai mažas, kad architektūra nepasidarytų griozdiška.

OSI modelis – tai ne tinklo architektūra, kadangi jis nenurodo tikslių paslaugų ir protokolų, kurie turi būti naudojami kiekviename lygyje. Jis tik pasako, ką kiekvienas lygis turi daryti. Tačiau ISO yra sukūrusi standartus visiems lygiams, nors jie nėra bazinio modelio dalis. Kiekvienas yra paskelbtas kaip atskiras tarptautinis standartas.

Pagrindinis ISO standartas OSI modeliui – ISO7498. Yra dar daug kitų ISO standartų, papildančių pagrindinį.



OSI BAZINIS MODELIS

Lygis Apsikeitimo

vieneto

pavadinimas

7

Taikomasis Taikomasis APDU

(Aplication ) < – – Taikomojo lygio protokolas – – > (Aplication )

6

Vaizdavimo Vaizdavimo PPDU

(Presentation) < – – -Vaizdavimo lygio protokolas – – – > (Presentation) Sąsaja

5

Sesijinis Sesijinis SPDU

(Session) < – – – Sesijinio lygio protokolas – – – – – > (Session)Sąsaja

4

Transportinis Transportinis TPDU

(Transport) < – – – Transportinio lygio protokolas – – > (Transport)

Ryšių potinklio riba

3 Vidinis potinklio protokolas

Tinklinis Tinklinis Paketas

(Network) < – – – – – – >Tinklinis <—->Tinklinis <- – – – – -> (Network) (Packet)

2

Šiuo metu Jūs matote 30% šio straipsnio.
Matomi 2613 žodžiai iš 8680 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.