Основы функционирования IP- сетей . Компьютерная сеть .

1. Основы функционирования IP-сетей.Компьютерная сеть. Передача видео по IP-сетям. Компьютерная сеть— система связи компьютерного оборудования Ethernet Token Ring LAN (local-area networks) Типы сетей WAN (wide-area networks) ISDN; xDSL E1/T1; ATM Расстояние до 1 км. Расстояние от 1 км. Сетевые устройства: Роутер (маршрутизатор) Рис.2 Хаб Хаб Мост Рис.1 Таблица 1 Свитч (коммутатор) Рис.3

2. Основы функционирования IP-сетей. Пропускная способность. Передача видео по IP-сетям. Пропускная способность – количество информации которое может быть передано через сеть за определенный промежуток времени Пропускная способность подобна ширине водопроводной трубы. В зависимости он размера трубы можно передать большее или меньшее количество воды. Например, главные городские трубы могут иметь диаметр 2 мера, а трубы в домах потребителей воду всего 2 см. Рис.1 Сетевые устройства такие как хабы, мосты коммутаторы и маршрутизаторы подобны кранам, фитингам, клапанам и др. Рис.2 Вода передаваемая по трубам подобна данным передаваемым в сети. Рис.3 Таблица 1 Следует различать понятие скорость и пропускная способность. Пропускная способность определяет предельное значение скорости.

3. Основы функционирования IP-сетей. Использование уровней. Передача видео по IP-сетям. Концепция уровней используется для связи двух компьютеров друг с другом. Передаваемая информация представляется в виде потока определенных объектов – символов, кадров, пакетов, сегментов – в зависимости от текущего уровня. Данные вопросы показывают как концепция уровней помогает понять детали сетевых потоков. Какой объект передается Вода Транспорт Пакеты Тип объекта голос видео данные горячая холодная питьевая грузовики легковые а/м мотоциклы Правила передачи очищать делать добавки выбор маршрута в сети ПДД Где передается трубы дороги сеть Рис. 1 Набор вопросов к потоку объектов, которые определяют движение объекта через систему Информация передается по сети в виде пакетов. Пакет – информационный блок (фрагмент передаваемой информации) При прохождении данных от уровня к уровню, каждый уровень вносит дополнительную информацию, обеспечивающую надежность связи с соответствующим уровнем на приемной стороне. Рис. 2 Передача пакета по сети

4. Основы функционирования IP-сетей. Использование уровней. Передача видео по IP-сетям. Концепция уровней используется для связи двух компьютеров друг с другом. Для того чтобы пакеты могли перемещаться по сети от отправителя к получателю, необходимо чтобы все сетевые устройства разговаривали на одном языке, т.е. использовали одинаковые протоколы на соответствующих уровнях модели. Отправитель Получатель связанные уровни протокол 4-го уровня протокол 4-го уровня Физическая сеть передачи данных Рис.1 Уровневая модель Протокол – набор правил, определяющий формат в котором представляется информация для передачи по сети. Аналогией могут служить переговоры пилота самолета и диспетчера в аэропорту – все, команды диспетчера и ответы пилота жестко регламентированы.

5. Основы функционирования IP-сетей. Модель OSI. Передача видео по IP-сетям. Использование общей многоуровневой сетевой модели позволило объединить корпоративные сети крупных компаний. стек протоколов 1 стек протоколов 3 стек протоколов 2 OSI (Open System Interconnection) - модель взаимодействия открытых систем, была разработана в 1984 г. международной организацией по стандартизации (ISO - International Organization for Standardization) Задачи модели решаемые моделью OSI: Сеть 2 Сеть 3 Сеть 1 Рис.1 Модель OSI Модель OSI стала основной моделью для построения и взаимодействия сетей.

6. Основы функционирования IP-сетей. Модель OSI. Передача видео по IP-сетям. Модель OSI демонстрирует как пакеты последовательно обрабатываются на соответствующих уровнях и передаются по сети, даже если отправитель и получатель используют различные физические сети. Модель OSI состоит из 7-ми уровней, каждый из которых выполняет определенную функию. Модель OSI позволяет разделить процесс сетевого взаимодействия устройств на модули ограниченные соответствующими уровнями, это упрощает процесс управления сетью, исключает распространение изменений, сделанных на одном из уровней на другие уровни модели.

7. Основы функционирования IP-сетей. Межуровневая связь. Передача видео по IP-сетям. Чтобы информация могла быть передана по сети каждый уровень модели OSI на стороне отправителя должен установить связь с соответствующим уровнем на стороне получателя. Хост А (получатель) Хост Б (отправитель) данные Процесс взаимодействия одноименных уровней получателя и отправителя осуществляется за счет обмена сообщениями, организованными по определенному правилу – протоколу. Такие сообщения называются PDU (Protocol Data Unit). данные данные сегменты Корректное функционирование каждого уровня зависит от правильности обработки информации на предыдущем уровне. пакеты При последовательном прохождении через уровни модели OSI PDU более высоких уровней инкапсулируются в PDU более низких уровней. кадры биты Типы PDU:данные, сегменты, пакеты, кадры, биты Рис.1 Взаимодействие уровней модели OSI PDU 7 PDU 1 PDU 2 PDU 3 PDU 4 PDU 5 PDU 6 Заголовок Полезная нагрузка Рис.2 Структура PDU Рис.3 Инкапсуляция PDU от уровня к уровню

8. Основы функционирования IP-сетей. Инкапсуляция данных. Передача видео по IP-сетям. Процесс инкапсуляции заключается в добавлении к полезной информации протокольных заголовков на каждом из последующих уровней модели Для передачи данных по сети от отправителя к получателю, данные должны пройти процесс инкапсуляции Получатель Отправитель Рис. 1 Процесс инкапсуляции Рис. 2 Процесс инкапсуляции

9. Основы функционирования IP-сетей. Передача данных по сети. Передача видео по IP-сетям. При передаче данных по сети связь между промежуточными устройствами устанавливается только на трех нижних уровнях модели OSI. Рис 1. Процесс установления связи между отправителем и получателем. Устройство первого уровня отправляет информацию если к нему поступили кадры со второго уровня модели, для которого, в свою очередь, поступили пакеты с третьего уровня, содержащие сегменты данных, сгенерированные сетевым приложением, которое использует пользователь. Маршрутизатор, к которому подключен компьютер пользователя, выполняет обратную инкапсуляцию до сетевого уровня, чтобы определить адрес получателя и выбрать следующий маршрутизатор, после выполняется повторная инкапсуляция и передача битового потока следующему маршрутизатору. Процесс выполняется до тех пор пока данные не дойдут до получателя.

10. Основы функционирования IP-сетей. Модель TCP/IP. Передача видео по IP-сетям. Модель TCP/IP была создана министерством обороны США, для создания распределенной сети способной обеспечить надежную связь в военное время. Задачи модели решаемые моделью OSI: • Модель также реализует структуру на основе уровней: • Уровень приложений; • Транспортный уровень; • Сетевой уровень; • Уровень доступа к сети. Рис 1. Модель TCP/IP. Модель TCP/IP была стандартизирована в 1981 году. Данная модель была принята в качестве модели для построения сети Интернет. Некоторые из уровней модели TCP/IP имеют те же названия, что и уровни модели OSI. Однако задачи выполняемые уровнями отличаются.

11. Основы функционирования IP-сетей.Модель TCP/IP. Уровень приложений. Передача видео по IP-сетям. Уровень приложений работает с протоколами верхних уровней. Модель TCP/IP объединяет все приложения и соответствующие им протоколы в один уровень. Таблица 1. Протоколы уровня приложений Рис 1. Модель TCP/IP, уровень приложений Введение единого уровня приложений обосновано гарантией того, что данные будут корректно упакованы перед тем как они попадут на следующий уровень.

12. Основы функционирования IP-сетей.Модель TCP/IP. Транспортный уровень. Передача видео по IP-сетям. Транспортный уровень обеспечивает связь отправителя и получателя информации. Транспортные протоколы сегментируют и восстанавливают данные поступающие от более высоких уровней модели. Функциями протоколов TCP и UDP являются: • Сегментация данных полученных от верхних уровней модели TCP/IP; • Отправка сегментов от одного конечного устройства к другому. Функциями протокола TCP являются: • Установление соединения между источником и получателем информации; • Обеспечение контроля передачи информации, за счет использования скользящего окна; • Обеспечение надежной доставки сегментов за счет нумерации сегментов и использования подтверждений о доставки сегментов. Рис 1. Модель TCP/IP, транспортный уровень Я отправил #10 Я получил #10 жду #11 Основной задачей транспортного уровня является обеспечение сквозного контроля и надежности передачи информации через IP-сеть. Это достигается за счет использования различных механизмов в рамках протоколов данного уровня – скользящее окно, нумерация пакетов и подтверждения доставки. Рис 2. Модель сети Интернет

13. Основы функционирования IP-сетей. Основы функционирования IP-сетей.Модель TCP/IP. Сетевой уровень. Передача видео по IP-сетям. Передача видео по IP-сетям. Сетевой уровень обеспечивает выбор наилучшего сетевого пути (маршрута) по которому будут переданы пакеты. Основным протоколом данного уровня является протокол IP. • Протокол IP выполняет следующие операции: • Формирует IP-пакет и адресную схему; • Передает информацию между сетевым уровнем и уровнем доступа к сети; • Маршрутизирует (определяет маршрут) пакеты до получателя. Рис 1. Модель TCP/IP, сетевой уровень Рис 2. Выбор маршрута в сети

14. Основы функционирования IP-сетей. Основы функционирования IP-сетей.Модель TCP/IP. Уровень доступа к сети. Передача видео по IP-сетям. Передача видео по IP-сетям. Уровень доступа к сети позволяет IP-пакетам получить доступ к физическому каналу связи, входящему в состав сетевой инфраструктуры. • На данном уровне функционируют: • драйверы сетевых карт компьютеров; • модемы; • другие устройства для доступа к сети. • Уровень доступа к сети определяет набор процедур для связи рассмотренных ранее уровней модели TCP/IP с оборудованием, непосредственно подключаемым к физическому сегменту сети. • Данный уровень определяет тип используемой сети: • LAN – Ethernet, FastEthernet; • WAN– E1/T1, ATM, FrameRelay. • а также протоколы для связи с верхними уровнями: • PPP – протокол соединения точка-точка; • ARP/RARP – протоколы определнияIP и MAC адресов Рис 1. Модель TCP/IP, уровень доступа к сети Рис 1. Пример работы протокола ARP

15. Основы функционирования IP-сетей. Основы функционирования IP-сетей. Сравнение моделей OSI и TCP/IP. Передача видео по IP-сетям. Передача видео по IP-сетям. Сеть Интернет разработана и функционирует на основе модели TCP/IP. Модель OSI как правило не используется для построения сетей, она используется для объяснения коммуникационных процессов происходящих в сети. Рис1. Сравнение моделей TCP/IP и OSI • Общие черты моделей: • В основе обеих моделей лежит многоуровневая структура; • В обеих моделях есть уровень приложений, в который включены различные сервисы; • Обе имеют совместимые транспортный и сетевой уровни; • В обеих моделях используется коммутация пакетов. • Отличия моделей: • В модели TCP/IP уровни соответствующие уровням приложений, представления и сессионному уровню модели OSI объединены в единый уровень приложений; • Уровни модели TCP/IP соответствующие канальному и физическому уровням модели OSI объединены в уровень доступа к сети. • Критика в адрес модели OSI: • Пока комитеты ISO спорили о своих стандартах, за их спиной менялась вся концепция организации сетей и по всему миру внедрялся протокол TCP/IP; • Наличие многочисленных уровней сделало эти протоколы медлительными и трудными для реализации. «UNIX. Руководство системного администратора»

16. Основы функционирования IP-сетей. Архитектура сети Интернет. Передача видео по IP-сетям. В сети Интернет используется принцип связности всех сетей входящих в ее состав на сетевом уровне модели OSI. Маршрутизатор должен обеспечить выбор пути согласно которому будет передан трафик из одной сети в другую. Рис.1 Объединение двух физических сетей через маршрутизатор Задачи выполняемые маршрутизатором усложняются по мере роста количества пользователей подключенных к сети. Задача упрощается если маршрутизатор будет хранить список всех сетей (для этого используется адрес сети, рассмотренный ранее), вместо списка всех компьютеров В этом случае все мрашрутизаторы в сети должны обмениваться сообщениями о том, какие сети к ним подключены напрямую. Рис.2Объединение трех физических сетей с использованием двух маршрутизаторов Для обмена информацией о том какие сети подключены к каждому маршрутизатору в глобальной сети используются протоколы маршрутизации: RIP, IGRP, OSPF, BGP и др.

17. Основы функционирования IP-сетей. Архитектура сети Интернет. Передача видео по IP-сетям. Структура сети сети Интернет скрыта от пользователя и является полностью прозрачной при передаче данных от отправителя к получателю. Рис.1 Упрощенная структура сети Интернет Физическая и логическая структура сети внутри облака может быть чрезвычайно сложной На сегодняшний день пользователями сети Интернет являются более 500 млн. пользователей, это является одним из доказательств, подтверждающих эффективность модели TCP/IP, на основе На сегодняшний день в сети Интернет насчитывается порядка 315’662сетей различных классов