Современные компьютерные сети

Лекция 1

Введение

Пономаренко Роман
@rerand0m
rerandom@ispras.ru




2026

Время, место, ссылки


qr код на этот сайт

Материалы по курсу

Занятия по вторникам, 17:05, Арктика, ауд. 424

Семинары группы 431 во вторник в 18:40, Арктика, ауд. 424

Семинары группы 432 в среду в 13:55, 516 ГК

Форма регистрации (если ещё не)

Таблица оценок

telegram чат

Система оценивания


  • В течении семестра:
    • Выполнение задания на семинарах
      • до 7 баллов за каждый
  • В конце семестра:
    • Прийти на зачёт
4х бальная 10 бальная 100 бальная обязательный зачёт
отл 10 97 -
отл 9 92 -
отл 8 86 -
хор 7 80 -
хор 6 75 -
хор 5 70 -
удв 4 60 -
удв 3 50 +
неуд 2 25 +
неуд 1 0 +
Итоговый балл = MAX(работа в семестре, зачёт)

Не в первый раз проводим курс


Поэтому если вам кажется, что где-то закралась ошибка — возможно вам не кажется, сообщайте.

Мы нанимаем


Плюсы и минусы с нами дружить

Ведём набор себе в группу, а также приглашаем на летнюю стажировку

>>> Как к нам попасть <<<

Компьютерная сеть

В разных источниках даны различные определения:

Таненбаум, Фимстер, Уэзеролл:

Система множества отдельных, но связанных между собой компьютеров
Набор взаимосвязанных автономных вычислительных устройств

Олифер, Олифер:

Логический результат эволюции вычислительной техники и телекоммуникационных технологий

Компьютерная сеть

В разных источниках даны различные определения:

Бройдо, Ильина:

Система компьютеров, объединённых каналами передачи данных

Wikipedia:

Система, обеспечивающая обмен данными между вычислительными устройствами


В рамках курса не важно, какой литературой вы пользуетесь для подготовки, важно умение грамотно донести и объяснить свою мысль.

Сети различных масштабов


WAN (Wide)
MAN (Metropolitan)
LAN (Local)
PAN (Personal)

Сеть на значительной географической площади

Сеть, охватывающая город

Сеть здания или одной территории

Сеть, используемая одним человеком


Сети различных масштабов


WAN (Wide)
MAN (Metropolitan)
LAN (Local)
PAN (Personal)

Сеть на значительной географической площади


Сеть здания или одной территории

В курсе будем рассматривать только WAN и LAN

Интернет


Welcome to the Internet
Bo Burnham

Интернет


интернет сеть сетей
"Классический" подход: Сеть сетей

Взгляд "снизу вверх": существует большое количество сетей, и интернет есть объединение этих сетей

Обложка Компьютерные сети Таненбаум Обложка Компьютерные сети Олифер

Интернет


интернет как набор сервисов
"Нисходящий" подход: Набор сервисов

Взгляд "сверху вниз": инфраструктура, которая представляет службы для (распределённых) приложений

Обложка Компьютерные сети: нисходящий подход

Топология


Конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети и коммутационное оборудование, а рёбрам - физические или информационные связи между вершинами

Топологии


Различные топологии

Сети проводные и не очень


котик
  • Проводные
  • Беспроводные
    • Мобильные

Модели взаимодействия: Клиент-серверная


client-server scheme
  1. Клиент инициирует соединение
  2. Сервер работает непрерывно и ожидает запросов

Модели взаимодействия: Одноранговая


peer-to-peer scheme

Все участники обмена "равны"

Протокол


Протокол - формализованное описание правил взаимодействия двух объектов.

Стек протоколов - иерархически организованный набор протоколов, достаточный для взаимодействия узлов в сети.


Основные организации, влияющие на протоколы интернета:

  • ISO - International Organization for Standardization
  • IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
  • IETF - Internet Engineering Task Force
  • W3C - World Wide Web Consortium
  • 3GPP - 3rd Generation Partnership Project

Зачем проектируют новые протоколы?


  • Надёжность
    • Обеспечение корректного функционирования, даже если компоненты не надёжны
    • Поиск работоспособного пути
  • Распределение ресурсов
    • Управление нагрузкой
    • Обеспечение качества в реальном времени
  • Развитие
    • Сохранение работоспособности при масштабировании
    • Адресация и маршрутизация
  • Безопасность
    • Конфиденциальность
    • Целостность
    • Доступность

Эталонная модель OSI vs TCP/IP


Прикладной (Application)
Представления (Presentation)
Сеансовый (Session)
Транспортный (Transport)
Сетевой (Network)
Канальный (Data link)
Физический (Physical)
Прикладной (Application)
Транспортный (Transport)
Сетевой (Internet)
Канальный (Link)

Физический уровень

Прикладной
Представления
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
  • Кодирование
    • Отличить сигнал от шума
    • Обнаружить ошибки
    • Синхронизация приёмника и передатчика

Канальный уровень

Прикладной
Представления
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
  • Коммутация каналов
    • Объединение сред передачи
    • Одновременное использования каналов
  • Идентификация и адресация участников
  • Пример протоколов: Ethernet

Сетевой уровень

Прикладной
Представления
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
  • Объединение сетей
  • Маршрутизация
    • Идентификация сетей
    • И всех участников глобальной сети
  • Пример протоколов: IP

Транспортный уровень

Прикладной
Представления
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
  • Идентификация приложений
  • Пример протоколов: TCP, UDP

Сеансовый уровень

Прикладной
Представления
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
  • Выделение потоков данных
  • Установление "сеанса связи"
    • Сообщение намерения передачи данных
    • Подтверждение возможности получения данных
    • Согласование окончания сеанса
  • Пример протоколов: TCP, SSL

Уровень представления

Прикладной
Представления
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
  • Согласование интерпретации данных
    • Кодирование
    • Сжатие
    • Шифрование
  • Пример протоколов: SSL

Прикладной уровень

Прикладной
Представления
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
  • Полностью зависит от приложения
  • Пример протоколов: HTTP, SMTP, TELNET

Прикладной уровень

Прикладной
Представления
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
GET / HTTP/1.1
Host: www.example.org

Уровень представления

Прикладной
Представления
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
SSL header
HTTP (payload)

Сеансовый уровень

Прикладной
Представления
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
SSL header
HTTP
Пакеты
установки
сеанса

Транспортный уровень

Прикладной
Представления
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
TCP header
SSL header
HTTP

Транспортный уровень

Прикладной
Представления
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
From 34523 To 443
SSL header
HTTP

Сетевой уровень

Прикладной
Представления
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
IP header
34523-->443
SSL header
HTTP

Сетевой уровень

Прикладной
Представления
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
From 10.0.0.2 To 1.1.1.1
34523-->443
SSL header
HTTP

Канальный уровень

Прикладной
Представления
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
Ethernet header
10.0.0.2-->1.1.1.1
34523-->443
SSL header
HTTP

Канальный уровень


Прикладной
Представления
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
AA:BB:CC:AA:BB:CC --> DD:EE:FF:DD:EE:FF
10.0.0.2-->1.1.1.1
34523-->443
SSL header
HTTP
байтовое представление

Глубоко вздохните, осталось немного

Устройства работают на разных уровнях

Компьютер:
Прикладной
Представления
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
Концентратор:
Физический
Коммутатор:
Канальный
Физический
Маршрутизатор:
Сетевой
Канальный
Физический

"Глубина" анализа трафика


  • SPI - Shallow Packet Inspection
  • MPI - Medium Packet Inspection
  • DPI - Deep Packet Inspection

Глубина Скорость анализа трафика


  • SPI - Вычленение только некоторых полей: ip адреса и (не всегда) порты
  • MPI - Учёт состояния, отслеживание сеансов связи, поиск по регулярным выражениям, ...
  • DPI - Анализ всех заголовков всех уровней, в т.ч. данных приложений

Инкапсуляция

Процесс объединения специфичных для уровня заголовков и полезной нагрузки для передачи информации по компьютерным сетям.

Фрагментация

fragmentation

Protocol Data Unit (PDU)

Для обозначения единиц обмена данными конкретных уровней часто используют специальные названия
Прикладной
Транспортный
Сетевой
Канальный
Сообщение
Сегмент / дэйтаграмма
Пакет
Кадр

Сколько уровней хватит всем?

Картинка из IEEE с расширенными слоями в канальном и физическом уровне

Литература

  • В. Олифер, Н. Олифер - Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. 6-е (юбилейное) изд.
    • Главы 1,2,4
  • Таненбаум Э., Фимстер Н., Уэзеролл Д. - Компьютерные сети. 6-е изд.
    • Глава 1

Также упомянуты:

  • Д. Куроуз, К. Росс - Компьютерные сети Нисходящий подход
  • А. Созыкин - Компьютерные сети (видео)