Тема 2. Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем (ВОС)

Содержание конспекта лекций

 

Содержание конспекта лекций. 1

Лекция 1. 2

Тема 1. Введение. Цель и задачи курса. 2

Тема 2. Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем (ВОС) 3

Лекция 2. 4

Тема 3. Семейство протоколов TCP/IP. 4

Лекция 3. 6

Тема 4. Общая характеристика и компоненты TCP/IP. 6

Тема 5. Принципы объединения сетей на основе протоколов сетевого уровня, решаемые задачи 9

Лекция 4. 11

Тема 6. Архитектура составной сети, реализация межсетевого взаимодействия. 11

Тема 7. Физические основы информационных сетей. 12

Лекция 5. 13

Тема 8. Технологии локальных сетей. 13

Тема 9. Создание серверных приложений. 15

Лекция 6. 18

Тема 10. Механизмы ввода-вывода. 18

Тема 11. Основные этапы решения задач на ЭВМ... 21

Лекция 7. 22

Тема 12. Диалоговые программы.. 22

Тема 13. Постановка задачи и спецификация программы.. 25

Лекция 8. 27

Тема 14. Способы записи алгоритма. 27

Тема 15. Программа на языке высокого уровня. 28

Лекция 9. 32

Тема 16. Устройства передачи и приема. 32

Лекция 10. 33

Тема 17. Беспроводные сетевые технологии. 33

Лекция 11. 35

Тема 18. Особенности монтажа локальных вычислительных сетей. 35

Лекция 12. 41

Тема 19. Сетевые операционные системы.. 41

Лекция 13. 45

Тема 20. Средства автоматизации сетевых операционных систем.. 45

Лекция 14. 49

Тема 21. Глобальные вычислительные сети. 49

Лекция 15. 50

Тема 22. Типы корпоративных сетей. Удаленный доступ. 50

Лекция 16. 52

Тема 23. Объектно-ориентированные сокеты.. 52

Лекция 17. 54

Тема 24. Организация ввода-вывода операционной системы.. 54

Лекция 18. 57

Тема 25. Представление основных структур программирования. 57

Лекция 19. 60

Тема 26. Подпрограммы.. 60

Лекция 20. 64

Тема 27. Динамические структуры данных. 64

Лекция 21. 66

Тема 28. Списки. 66

Лекция 22. 69

Тема 29. Рекурсия. 69

 

Лекция 1

Тема 1. Введение. Цель и задачи курса

Можно с уверенностью сказать, что наступивший 21 век - век информации - этой невесомой нематериальной, но исключительно важной для человека субстанции. Особенно важное значение приобретает распространение и обмен информацией. Для передачи информации в различном её виде (текст, изображение, звук и т.д.) на большие расстояния изобретено огромное количество разнообразных технических средств, таких как радио, телетайп, телевидение, а также появившиеся сравнительно недавно - телекс, телефакс, компьютерные телекоммуникации.

В настоящее время эти средства дистанционной передачи информации принято называть средствами телекоммуникации от греческого tele – вдаль, далеко, и латинского communicatio - общение.

Компьютерные телекоммуникации - считаются не только самым новым, но и самым перспективным видом телекоммуникаций. Они обладают рядом неоспоримых преимуществ по сравнению с традиционными средствами общения людей и передачи информации. Они дешевле многих других средств передачи текста, позволяют не только передавать, получать, но и хранить и обрабатывать информацию. Таким образом, КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ – это дистанционная передача данных с одного компьютера на другой. 

Проблема передачи информации с одного компьютера на другой возникла практически одновременно с появлением компьютеров. Можно, конечно, передавать информацию с помощью внешних носителей информации - магнитных дисков. Но этот способ достаточно медленный и неудобный. Значительно лучше соединить компьютеры кабелем, загрузить программу для передачи информации и, таким образом, получить простейшую компьютерную сеть.

Исторически сложились два подхода к разработке технологий по объединению компьютеров:

1. Технологии локальных сетей. В компьютерное «средневековье», когда компьютеров было мало, но каждый из них обслуживал огромное число людей, существовали системы удаленных терминалов - устройств позволяющих нескольким людям одновременно работать с одним компьютером. Они состояли из дисплея и клавиатуры, и были одними из прародителей современных ПК, а технология их соединения с главным компьютером послужила основой для создания в 70-х годах 20 века первых сетей, которые мы теперь называем локальными. Они требуют специального оборудования (платы расширения, кабели, переходники), пространственно ограничены (одна сеть в одном здании), но зато связывают компьютеры достаточно тесно: одна машина может непосредственно обращаться к периферийным устройствам другой напрямую.

2. Технологии глобальных сетей. Технологии, которые предназначены для связи достаточно удаленных компьютеров. Термин глобальная сеть недостаточно удачен, т.к. далеко не каждая сеть охватывает весь мир. Если локальная сеть может быть в каждой фирме, то глобальные сети можно пересчитать по пальцам. Технологии глобальных сетей призваны объединять персональные компьютеры и локальные сети, где бы они не находились, превращая весь мир в «глобальную деревню». Поэтому для такого объединения удаленных компьютеров часто используются существующие линии связи, изначально предназначенные для совсем других целей (телефонные, телеграфные, кабельные сети). Для разработки этих технологий применяются методы и оборудование, существенно отличающееся от методов и оборудования, характерных для локальных сетей. Если в локальных сетях компьютеры постоянно «чувствуют локоть друг друга», то чтобы пообщаться с удаленным компьютером через глобальную сеть необходимо произвести некоторые действия: выйти в сеть указать адрес нужного компьютера, подождать пока установится связь.

Итак, к середине 80-х годов 20 века существовало два различных (взаимодополняющих) подхода к объединению компьютеров. Чтобы лучше разобраться в технологических принципах построения локальных и глобальных компьютерных сетей, рассмотрим эволюцию компьютерных технологий, начиная с 60-х годов прошлого века.

Тема 2. Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем (ВОС)

В модели OSI средства сетевого взаимодействия делятся на семь уровней, для которых определены стандартные названия и функции. Модель OSI не является вещью, которую можно потрогать. Она представляет собой архитектурный каркас и самые общие рекомендации для сетевых коммуникаций.

Термин открытая система - означает система не замкнута в себе и может наращиваться до бесконечности. В ней нет никакой привязки к конкретной аппаратуре либо программному обеспечению. OSI – абстрактная система.

В широком смысле открытой системой может быть названа любая систем (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), предоставляющая или потребляющая сетевые ресурсы, которая построена в соответствии с открытыми спецификациями. Под термином "спецификация" в вычислительной технике понимают описание аппаратных или программных компонентов: способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, условий эксплуатации, ограничений и особых характеристик.

Под открытыми спецификациями понимаются опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.

Для реальных систем полная открытость является недостижимым идеалом, "открыты" лишь некоторые части, поддерживающие внешние интерфейсы. Например, открытость семейства операционных систем Unix заключается, кроме всего прочего, в наличии стандартизованного программного интерфейса между ядром и приложениями, что позволяет легко переносить приложения из среды одной версии Unix в среду другой версии. Чем больше открытых спецификаций использовано при разработке системы, тем борее открытой она является.

В модели OSI под открытой системой понимается сетевое устройство, готовое взаимодействовать с другими сетевыми устройствами с использованием стандартных правил, определяющих формат, содержание и значение принимаемых и отправляемых сообщений.

Если две сети построены с соблюдением принципов открытости, то это дает следующие преимущества:

возможность построения сети из аппаратных и программных средств различных производителей, придерживающихся одного и того же стандарта;

возможность безболезненной замены отдельных компонентов сети другими, более совершенными, что позволяет сети развиваться с минимальными затратами;

возможность легкого объединять одну сеть с другой;

простота освоения и обслуживания сети.

Модель OSI определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень. Модель OSI была разработана на основании большого опыта, полученного при создании компьютерных сетей, в основном глобальных. Полное описание этой модели занимает более 1000 страниц текста. Поэтому в этом разделе дано краткое описание сути модели.

В модели OSI средства взаимодействия делят на семь уровней.

7-й - прикладной (Application),

6-й - представительный (Presentation),

5-й - сеансовый (Session),

4-й - транспортный (Transport),

3-й - сетевой (Network),

2-й - канальный (Data Link)

1 -й - физический (Physical)

Каждый уровень имеет дело с одним определенной стороной взаимодействия сетевых устройств. Модель OSI описывает взаимодействие двух сетевых компьютеров. Передача данных от одного компьютера к другому начинается с седьмого уровня; данные передаются с уровня на уровень. При приеме данные передаются вверх от первого уровня. Два компьютера устанавливают сетевое взаимодействие тогда, когда их программное обеспечение соответствующего уровня модели OSI может взаимодействовать между собой.

При сетевом взаимодействии вышестоящие уровни выполняют более сложные глобальные задачи. Нижестоящие уровни выполняют более простые и более конкретные функции. Каждый уровень взаимодействует только с теми уровнями, которые находятся выше и ниже его через некоторые точки входа – интерфейс. Каждый уровень работает с абонентом так, как будто он имеет прямую и непосредственную связь с соответствующим уровнем другого абонента, т.е. между одноименными уровнями абонентов сети существует виртуальная связь, регламентируемая некоторыми протоколами

Основу модели OSI составляет концепция многоуровневой организации протоколов. Особенностью модели взаимодействия открытых систем является разработка и использование единого подхода к организации протоколов и интерфейсов различных уровней. В соответствии с данной концепцией каждому уровню ставится в соответствие набор определенных функций, связанных с решением конкретной задачи по организации взаимодействия открытых систем. Нумерация уровней осуществляется относительно физических средств соединения, т.е. первый уровень присваивается физическому уровню, а наибольший - прикладному (пользовательскому) уровню. Каждый уровень с меньшим номером считается вспомогательным для смежного с ним более высокого уровня и предоставляет ему определенный набор услуг, называемый сервисом. Эталонная модель не определяет средства реализации протоколов, а только специфицирует их. Т.е. каждый уровень может быть реализован различными аппаратными и программными средствами. Основным условием при этом является то, что взаимодействие между любыми смежными уровнями должно быть четко определенным, т.е осуществляться через точки доступа посредством стандартного межуровневого интерфейса. Точка доступа является портом, в котором объект N-го уровня предоставляет услуги N+1 уровню. Это условие определяет возможность изменения протоколов отдельных уровней без изменения системы в целом. В случае программной реализации межуровневого интерфейса в качестве портов выступают адреса, по которым заносятся межуровневые сообщения.

Средства каждого уровня обрабатывает протокол своего уровня и интерфейсы соседних уровней. Набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия в сети называется стеком коммуникационных протоколов.

Структурной единицей информации, передаваемой между уровнями, является протокольный блок данных.

Блоки информации, передаваемые между уровнями, имеют стандартный формат: заголовок, данные, концевик.

Заголовок и концевик называются обрамлением сообщения (данных) и содержат информацию необходимую для обработки сообщений на соответствующем уровне: указатели типа сообщения, адреса отправителя и получателя, наименование канала, порта и т.д.

Каждый уровень при передаче блока информации нижележащему уровню снабжает его своими заголовками и концевиками.

Лекция 2