В начале 80-х годов ряд международных организаций разработали модель, которая сыграла значительную роль в развитии сетей. Эта модель называется моделью взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection). Полное описание этой модели занимает более 1000 страниц текста.
Согласно модели OSI весь процесс взаимодействия систем в сети можно представить как иерархию 7 уровней:
7. Прикладной уровень (Application).
6. Представительский уровень (Presentation)
5. Сеансовый уровень (Sission).
4. Транспортный уровень (Transport). 3. Сетевой уровень (Network). 2. Канальный уровень (Data Link). 1. Физический уровень (Physical).
Перед подачей в сеть данные разбиваются на пакеты, часто называемые кадрами. Пакет (кадр) - это элементарная порция информации, передаваемая между узлами сети как единое целое. Пакет проходит через все уровни, и каждый уровень добавляет к пакету заголовки - некоторую служебную информацию. Когда пакет доходит до физического уровня, он обрастает заголовками всех уровней. Физический уровень передает пакет, вместе с заголовками, по линиям связи машине-адресату.
Когда сообщение по сети поступает на машину-адресат, оно принимается ее физическим уровнем и последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, выполняя соответствующие данному уровню функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню.
Правила взаимодействия в пределах одного уровня называют протоколом взаимодействия. Правила взаимодействия сетевых уровней называют межуровневым интерфейсом. Таким образом, взаимодействие в сети на одном уровне определяется протоколом, а соседние по вертикали уровни взаимодействуют друг с другом через межуровневый интерфейс.
Задача каждого низшего уровня, например N-1, состоит в обеспечении функционирования более высокого уровня N-2.
В модели OSI различают два вида диалога между узлами для передачи информации.
1. Диалог с установлением соединения. При его использовании перед обменом данными отправитель и получатель должны сначала установить соединение. После завершения диалога они должны разорвать это соединение. Телефон - это пример взаимодействия, основанного на установлении соединения.
2. Диалог без предварительного установления соединения (дейтаграммный диалог). В этом случае отправитель передает сообщение, когда оно готово. Опускание письма в почтовый ящик - пример.
1. Физический уровень - имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи, такими например, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель и другие. К этому уровню имеют отношение характеристике и физических сред передачи данных, такие как помехозащищенность, волновое сопротивление и др. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, передающих информацию: уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования скорость передачи сигнала.Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером.
2. Канальный уровень. На физическом уровне просто пересылаются биты. При этом не учитывается, что в некоторых сетях, в которых линии связи используются попеременно несколькими парами, взаимодействующих компьютеров, физическая среда передачи может быть занята. Поэтому одной из задач канального уровня является проверка доступности среды передачи. Другой задачей канального уровня является реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами. Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, помещая специальную последовательность бит в начало и конец каждого кадра, для его выделения, а также вычисляет контрольную сумму, обрабатывая все байты кадра определенным способом, и добавляя контрольную сумму. Когда кадр приходит по сети, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, то кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка. Канальный уровень может не только обнаруживать ошибки но и исправлять их за счет повторной передачи поврежденных кадров.
3. Сетевой уровень. Сетевой уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей.
Протоколы канального уровня обеспечивают доставку данных между любыми двумя узлами в сетях с определенной топологией: общая шина, звезда, кольцо. Для доставки сообщений из сети с одной топологией в сеть с другой топологией (из одной локальной сети в другую) используются протоколы сетевого уровня. Сети соединяются между собой специальными устройствами - маршрутизаторами. Чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получателю находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач между сетями (хотов), каждый раз, выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут - последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет.
Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией - одна из главных задач сетевого уровня. Это проблема усложняется тем, что самый короткий путь не всегда лучший. Критериями при выборе маршрута являются: время, скорость передачи данных, надежность передачи.
Сетевой уровень решает также задачи упрощения адресации в крупных сетях, создание надежных и гибких барьеров на пути нежелательного трафика между сетями.
Трафик - это объем информации, передаваемый по сети.
Адрес получателя на сетевом уровне состоит из старшей части - номера сети и младшей - номера узла в этой сети. Все узлы в одной сети должны иметь одну и туже старшую часть адреса. Поэтому сеть на сетевом уровне - это совокупность узлов, сетевой адрес которых содержит один и тот же номер сети.
4. Транспортный уровень. На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть искажены или утеряны. Транспортный уровень обеспечивает верхним уровням - прикладному и сеансовому - передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет 5 классов сервиса, отличающихся качеством предоставляемых услуг.
Выбор класса сервиса зависит от того, насколько надежной является система транспортировки данных в сети, обеспечиваемая уровнями, расположенными ниже транспортного. Например, если качество каналов передачи данных очень высокое и вероятность возникновения ошибок невелика, то разумно воспользоваться одним из облегченных сервисов. Если же транспортные средства нихних уровней изначально очень ненадежны, то целесообразно обратиться к наиболее развитому сервису транспортного сервиса.
5. Сеансовый уровень - обеспечивает управление диалогом: фиксирует какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, а не начинать все сначала.
6. Представительный уровень имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержание. За счет этого уровня информация, передаваемая прикладным уровнем одной системы, всегда понятна прикладному уровню другой системы. На этом уровне преодалеваются различия в представлении данных, кодах символов (например, ASCII и EBCDIC). На этомуровне также может выполняться шифрование и дешифрование данных, для обеспечения секретности передаваемой информации.
7. Прикладной уровень - это просто набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры и др., а также организуют свою совместную работу.
Несколько странным может показаться введение отдельного параграфа в конце второго тома для обсуждения неоднократно упоминавшейся ранее модели взаимодействия открытых систем OSI. Но, во-первых, автор давно обещал это сделать, во-вторых, этого требует специфика рассматриваемого в данной главе протокола Х.25, а в-третьих, книга подходит к концу, и другого случая может и не быть.
Многоуровневый комплект протоколов, известный как модель взаимодействия открытых систем (OSI - Open Systems Interconnection), разработан в 1984 году Международной организацией по стандартизации ISO совместно с Сектором стандартизации электросвязи 1TU-T, называвшимся в те времена Международным консультативным комитетом по телеграфии и телефонии (МККТТ), для обеспечения обмена данными между компьютерными сетями. Структура модели OSI представлена на рис. 9.1.
Применительно к системам электросвязи модель OSI служит для того, чтобы четко определить структуру множества функций, поддерживающих информационный обмен между пользователями услугами системы электросвязи, которая, в общем случае, содержит в себе сеть связи. Подход, использованный в модели OSI, предусматривает разделение этих функций на семь «слоев» (layers) или «уровней», расположенных один над другим. С точки зрения любого уровня все нижележащие уровни предоставляют ему «услугу транспортировки информации», имеющую определенные характеристики. То, как реализуются нижележащие уровни, для вышележащих уровней не имеет значения. С другой стороны, для нижних уровней безразличны как смысл поступающей от верхних уровней информации, так и то, с какой целью она передается.
Такой подход предусматривает стандартизацию интерфейсов между смежными уровнями, благодаря чему реализация любого уровня становится независимой от того, каким образом реализуются остальные уровни.
Протокол Х.25 ___ _________ 257
Рис. 9.1. Структура модели OSI
Уровень 1 (или физический уровень) обеспечивает прозрачную передачу потока битов по каналу, организованному между смежными узлами сети с использованием той или иной передающей среды, и формирует интерфейс с этой средой. Характеристики передачи (в частности, коэффициент битовых ошибок BER) определяются свойствами этого канала и от функций уровня 1 не зависят.
Уровень 2 (или уровень звена данных) формирует двусторонний канал связи (то есть прямое звено связи между смежными узлами сети), используя для этого два предоставляемых уровнем 1 цифровых канала с противоположными направлениями передачи. Важнейшие функции уровня 2 - обнаружение и исправление ошибок, которые могут возникнуть на уровне 1, что делает независимым качество услуг этого уровня от качества получаемых «снизу» услуг передачи битов.
Уровень 3 (или сетевой уровень) формирует так называемые сетевые услуги, маршрутизацию и коммутацию соединений, обеспечивающие перенос через сеть информации, которой обмениваются
258 Глава 9 ___________________________________
пользователи открытых систем, размещенных в разных (и, в общем случае, несмежных) узлах сети.
Уровень 4 (или транспортный уровень) осуществляет «сквозную» (от одного конечного пользователя до другого) оптимизацию использования ресурсов (то есть сетевых услуг) с учетом типа и характера связи, избавляя своего пользователя от необходимости принимать во внимание какие бы то ни было детали, связанные с переносом информации. Этот уровень всегда оперирует со всей связью в целом, дополняя, если это требуется, функции уровня 3 в части обеспечения нужного конечным пользователям качества услуг.
Уровень 5 (или уровень сеанса) обеспечивает координацию («внутри» каждой связи) взаимодействия между прикладными процессами. Примеры возможных режимов взаимодействия, которые поддерживаются уровнем 5: дуплексный, полудуплексный или симплексный диалог.
Уровень 6 (или уровень представления) производит преобразование из одной формы в другую синтаксиса транспортируемых данных. Это может быть, например, преобразование ASCII в EBCDIC и обратно.
Уровень 7 (или прикладной уровень) содержит функции, связанные с природой прикладных процессов и необходимые для удовлетворения тех требований, которые существенны с точки зрения взаимодействия прикладных процессов в системах А и В (рис. 9.1), или, говоря иначе, с точки зрения доступа этих процессов к среде OSI. Так как это самый верхний уровень модели OSI, он не имеет верхней границы.
Таким образом, функции уровней 1-3 обеспечивают транспортировку информации из одного пункта территории в другой (возможно, более чем через одно звено, то есть с коммутацией) и потому связаны с отдельными элементами сети связи и с ее внутренней структурой. Функции уровней 4-7 относятся только к «сквозной» связи между конечными пользователями и определены таким образом, что они не зависят от внутренней структуры сети.
Поскольку в силу тех или иных специфических особенностей разных уровней в них могут формироваться и обрабатываться информационные блоки различных размеров, в большинстве уровней предусматриваются, в числе прочих, функции сегментации блоков данных и/или их объединения.
Протокол Х.25 259
Любой функциональный уровень, например, уровень N (или N-уровень), содержит некоторое множество функций, которые выполняет соответствующая аппаратно-программная, т.е. физическая, подсистема (ее удобно называть подсистемой ранга N или N-подсистемой). N-подсистема содержит в себе активные элементы, которые реализуют определенные для нее функциональные возможности (либо все их множество, либо каждый элемент выполняет вполне определенную часть этого множества). В англоязычной литературе такого рода активный элемент принято называть entity, a в литературе на русском языке чаще всего используется термин логический объект.
Итак, логическим объектом уровня N (или логическим N-объектом, или, если из контекста ясно, о чем идет речь, то просто N-объектом) называется множество функций, привлекаемых N-уровнем к обслуживанию конкретной связи между (N+1)-подсистемами.
Процесс обмена информацией между двумя физическими системами через сеть можно интерпретировать как процесс взаимодействия двух открытых систем, размещенных в разных географических точках. Взаимодействие это связано с тем, что пользователям той и другой системы нужно обмениваться данными, необходимыми для выполнения тех или иных задач. Обе взаимодействующие системы имеют многоуровневую архитектуру, причем функции любого одного и того же уровня в той и другой системе идентичны (или, по меньшей мере, согласованы).
В подобных условиях уместно говорить о том, что на каждой фазе взаимодействия между двумя системами имеет место взаимодействие между подсистемами одного ранга, размещенными в системе А и в системе В. При этом подсистема ранга (N+1) в системе, которая инициирует данную фазу (например, в системе А), должна завязать диалог с подсистемой того же ранга (N+1) в системе, привлекаемой к участию в данной фазе (например, в системе В). (N+1)-подсистема, размещенная в системе В, должна, в свою очередь, поддержать продолжение диалога. Иными словами, должна быть организована информационная связь между подсистемами одного ранга, размещенными в разных системах (peer-to-peer communication).
При организации и в процессе такой связи подсистема ранга (N+1), находящаяся в системе А, обращается к услугам подсистемы ранга N в той же системе А. Логический (N+l)- объект системы
260 Глава 9 __________________________________
А передает к N-объекту своей системы запрос, конечная цель которого состоит в том, чтобы вызвать ответную реакцию логического (N+ 1)-объекта системы В. На пути к этой цели N-объект системы А обращается к услугам (N-1)-объекта своей системы, тот, в свою очередь, - к услугам (N-2)-объекта и т.д., вплоть до логического объекта уровня 1, который обеспечивает использование физической среды для передачи битов, несущих запрос от системы А к системе В. Логический объект уровня 1 системы В, приняв эти биты, формирует соответствующую индикацию для логического объекта уровня 2 своей системы, тот сообщает об этом логическому объекту уровня 3 и т.д. «вверх» до тех пор, пока индикация приема запроса не достигнет логического (N+ 1)-объекта системы В.
Далее, в общем случае, происходит обратный процесс. Отклик логического (N+1)-объекта системы В передается к системе А с привлечением услуг N-объекта, затем - (N-1)-объекта и т.д. в системе В, а прием уровнем 1 системы А битов, которые доставили отклик, интерпретируется логическими объектами системы А как подтверждение системой В приема отправленного к ней запроса. Это подтверждение проходит в системе А уже понятным читателю путем «вверх», пока не достигнет отправившего запрос логического (N+l)-o6beKTa.
Сказанное иллюстрирует рис. 9.2, на котором запрос, индикация, отклик и подтверждение фигурируют как имена сервисных примитивов.
Взаимодействие между логическими (N)-объектами двух взаимодействующих открытых систем происходит в соответствии с (М)-протоколом. Информация, обмен которой поддерживает (N)-протокол, оформляется в так называемые протокольные блоки данных (N)-PDU (protocol data units).
Для передачи (N)-PDU логический (N) -объект обращается к услугам расположенного ниже (N-1)-уровня и передает к нему свои PDU в составе сервисных блоков данных (N- 1)-SDU (service data units), используя сервисные (N-1)-примитивы. Логический (N-1)-объект одной системы взаимодействует с логическим (N- 1)-объектом другой системы в соответствии с (N-1) -протоколом, вводя содержимое (N-l)-SDU в протокольные блоки данных (N-l)-PDU, то есть дополняя каждый (N-l)-SDU управляющей информацией протокола (N-l)-PCI (protocol control information). Далее, для передачи (N-1)-PDU происходит обращение к услугам (N-2)-уровня и т.д.
Сказанное иллюстрирует рис. 9.3.
Протокол Х.25 261
Рис. 9.3. Протокольные и сервисные блоки данных
Конец работы -
Эта тема принадлежит разделу:
Глава.. примеры сообщений освобождения сигнального пути.. сообщение le disconnect генерируется когда реше ние освободить сигнальный путь принимает станция в ре зультате..
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам и обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных. Решение этой задачи относится к области стандартизации. Одним из примеров решения данной задачи является так называемая модель взаимосвязи открытых систем OSI (Model of Open System Interconnections).
Согласно модели OSI архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях (общее число уровней - до семи). Самый верхний уровень - прикладной. На этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Caмый нижний уровень - физический. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.
Уровни модели OSI (в направлении снизу вверх) и их общие функции можно рассмотреть следующим образом:
Рассмотрим, как в модели SI происходит обмен данными между пользователями, находящимися на разных континентах.
1. На прикладном уровне с помощью специальных приложений пользователь создает документ (сообщение, рисунок и т. п.).
2. На уровне представления операционная система его компьютера фиксирует, где находятся созданные данные (в оперативной памяти, в файле на жестком диске и т. п.), и обеспечивает взаимодействие со следующим уровнем.
3. На сеансовом уровне компьютер пользователя взаимодействует с локальной или глобальной сетью. Протоколы этого уровня проверяют права пользователя на «выход в эфир» и передают документ к протоколам транспортного уровня.
4. На транспортном уровне документ преобразуется в ту форму, в которой положено передавать данные в используемой сети. Например, он может нарезаться на небольшие пакеты стандартного размера.
5. Сетевой уровень определяет маршрут движения данных в сети. Так, например если на транспортном уровне данные были «нарезаны» на пакеты, то на сетевом уровне каждый пакет должен получить адрес, по которому он должен быть доставлен независимо от прочих пакетов.
6. Уровень соединения (Канальный уровень) необходим для того, чтобы промодулировать сигналы, циркулирующие на физическом уровне, в соответствии с данными, полученным с сетевого уровня. Например в компьютере эти функции выполняет сетевая карта или модем.
7. Реальная передача данных происходит на физическом уровне. Здесь нет ни документов, ни пакетов, ни даже байтов - только биты, то есть, элементарные единицы представления данных. Восстановление документа из них произойдет постепенно, при переходе с нижнего на верхний уровень на компьютер клиента.
Средства физического уровня лежат за пределами компьютера. В локальных сетях это оборудование самой сети. При удаленной связи с использованием телефонных модемов это линии телефонной связи, коммутационное оборудование телефонных станций и т. п.
На компьютере получателя информации происходит обратный процесс преобразования данных от битовых сигналов до документа.
Разные уровни протоколов сервера и клиента не взаимодействуют друг с другом напрямую, но они взаимодействуют через физический уровень. Постепенно переходя с верхнего уровня на нижний, данные непрерывно преобразуются, «обрастают» дополнительными данными, которые анализируются протоколами соответствующих уровней на сопредельной стороне. Это создает эффект виртуального взаимодействия уровней между собой.
Для иллюстрации сказанного рассмотрим простой пример взаимодействия двух корреспондентов с помощью обычной почты. Если они регулярно отправляют друг другу письма и, соответственно, получают их, то они могут полагать, что между ними существует соединение на пользовательском (прикладном уровне). Однако это не совсем так. Такое соединение можно назвать виртуальным. Оно было бы физическим, если бы каждый из корреспондентов лично относил другому письмо и вручал в собственные руки. В реальной жизни он бросает его в почтовый ящик и ждет ответа.
Сбором писем из общественных почтовых ящиков и доставкой корреспонденции в личные почтовые ящики занимаются местные почтовые службы. Это другой уровень модели связи, лежащий ниже. Для того чтобы наше письмо достигло адресата в другом городе, должна существовать связь между нашей местной почтовой службой и его местной почтовой службой. Однако никакой физической связью эти службы не обладают - поступившую почтовую корреспонденцию они только сортируют и передают на уровень федеральной почтовой службы.
Федеральная почтовая служба в своей работе опирается на службы очередного уровня, например на почтово-багажную службу железнодорожного ведомства. И только рассмотрев работу этой службы, мы найдем, наконец, признаки физического соединения, например железнодорожный путь, связывающий два города.
Важно обратить внимание на то, что в нашем примере образовалось несколько виртуальных соединений между аналогичными службами, находящимися в пунктах отправки и приема. Не вступая в прямой контакт, эти службы взаимодействуют между собой. На каком-то уровне письма укладываются в мешки, мешки пломбируют, к ним прикладывают сопроводительные документы, которые где-то в другом городе изучаются и проверяются на аналогичном уровне.
Ниже в таблице приводится аналогия между уровнями модели OSI и операциями служб пересылки обычной почты.
Модель взаимодействия открытых систем
Передача и обработка данных в разветвленной сети является СЛОЖ-НЫМ, ИСПОЛЬЗУЮЩИМ многочисленную и разнообразную аппаратуру процессом, требующим формализации и стандартизации следующих процедур:
управление и контроль ресурсом компьютеров и системы теле- коммуникаций;
установление и разъединение соединения;
контроль соединений;
маршрутизация, согласование, преобразование и передача данных;
КОНТРОЛЬ правильности передачи;
исправление ошибок и т. д.
Необходимо применение стандартизированных протоколов и для обеспечения понимания сетями друг друга при их взаимодействии. Указанные выше задачи решаются с помощью применения системы протоколов и стандартов, которые определяют процедуры взаимодей- ствия элементов сети при установлении связи и передаче данных.
Протокол представляет собой набор правил и методом взаимодей- ствия объектов вычислительной сети, регламентирующий основные процедуры, алгоритмы и форматы взаимодействия, обеспечивающие корректность согласования, преобразования и передачи данных в сети. Выполнением протокольных процедур управляют специальные про- граммы, реже аппаратные средства.
Международной организацией по стандартизации (ISO - Interna - tional Organisation for Standardization ) разработана система стандартн ых протоколов модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection - OSI ), которую также называют эталонной семиуровневой моделью открытых систем.
Открытая система - система, доступная для взаимодействия с дру- гими системами в соответствии с разработанными стандартами.
Модель OSI содержит общие рекомендации для построения стан- дартов совместимых сетевых программных продуктом и служит осно- вой для разработчиков совместимого сетевого оборудования. Эти ре- комендации должны быть реализованы как в технических, так и в программных средствах вычислительных сетей. Для обеспечения упо- рядочения функций управления и протоколов вычислительной сети вводятся функциональные уровни. В общем случае сеть включает семь функциональных уровней.
Условно уровни приложения и представления данных можно от- нести к функциям взаимодействия с приложением, а более низкие уровни - к функциям связи.
Прикладной уровень регламентирует процесс управления термина- лами сети и прикладными процессами, которые являются источника- ми и потребителями информации, передаваемой в сети. Отвечает за запуск программ пользователя, их выполнение, ввод-вывод данных, управление терминалами, административное управление сетью. На данном уровне применяются технологии, являющиеся надстройкой над инфраструктурой передачи данных: электронной почты, теле- и видеоконференций, удаленного доступа к ресурсам, работы в Интер- нете.
Уровень представления интерпретирует и преобразовывает данные, передаваемые в сети, в вид, удобный для прикладных процессов.
Согласует форматы представления данных, синтаксис, трансляцию и интерпретацию программ с разных языков. Многие функции этого уровня задействованы на прикладном уровне, поэтому предоставля- емые им протоколы не получили развития и во многих сетях практи- чески не используются.
Сеансовый уровень обеспечение организации и проведения сеан- сов связи между прикладными процессами, такими как инициализа- ция и поддержание сеанса между абонентами сети, управление оче- редностью и режимами передачи данных. Многие функции этого уровня в части установления соединения и поддержания упорядочен-ного обмена данными реализуются на транспортном уровне, поэтому протоколы сеансового уровня имеют ограниченное применение.
Транспортный уровень - отвечает за управление сегментировани- ем данных (сегмент - блок данных транспортного уровня) и СКВОЗНОЙ передачей (транспортировкой) данных от источника к потребителю. На данном уровне оптимизируется использование услуг, предостав- ляемых на сетевом уровне, в части обеспечения максимальной пропуск- ной способности при минимальных затратах. Протоколы транспортно- го уровня (сегментирующие и дейтаграммные) развиты очень широко и интенсивно используются на практике. Сегментирующие протоко- лы разбивают исходное сообщение на блоки данных - сегменты. Ос- новной функцией таких протоколов транспортного уровня является обеспечение доставки этих сегментов до объекта назначения и восста-новление сообщения. Дейтаграммные протоколы не сегментируют со общение и отправляют его одним куском, который называется «дей-таграмма».
Сетевой уровень . Назначением данного уровня является управление логическим каналом передачи данных в сети (адресация и маршрути-зация данных, коммутация каналов, сообщений, пакетов и мульти-плексирование). На данном уровне реализуется главная телекомму-никационная функция сетей, заключающаяся в обеспечении связи ее пользователей. Каждый пользователь сети обязательно использует протоколы этого уровня и имеет свой уникальный сетевой адрес, ис-пользуемый протоколами сетевого уровня. На ЭТОМ уровне передава-емые данные разбиваются на пакеты. Для того чтобы пакет был доставлен до какого-либо хоста, этому хосту должен быть поставлен в соответ-ствие известный передатчику сетевой адрес.
Канальный уровень . Формирование и управление физическим ка-налом передачи данных между объектами сетевого уровня, обеспече-ние прозрачности физических соединений, контроля и исправления ошибок передачи.
Физический уровень отвечает за установление, поддержание и рас-торжение соединений с физическим каналом сети. На данном уровне определяются набор сигналов, которыми обмениваются системы, па-раметры этих сигналов временные, электрические - и последова-тельность формирования этих сигналов при выполнении процедуры передачи данных.
Тема 6.
Прогресс в сфере компьютерных технологий и постоянное повышение быстродействия вычислительных систем обозначил целый ряд задач, при решении которых возникает необходимость интегрирования воедино вычислительных мощностей многих компьютеров. С другой стороны, все нарастающие потребности информационного обмена в человеческом обществе требуют соединения отдельных компьютеров с целью повышения скорости обмена информацией между ними. В связи с этим уже с 70-х годов возникли и начали интенсивно развиваться технологии компьютерного объединения. Многокомпьютерные системы стали называть компьютерными сетями, а технологии интеграции - сетевыми.
Компьютерная сеть – коммуникационная система (система обмена данными), созданная с помощью физического соединения двух или более компьютеров с использованием сетевой архитектуры. Сетевая архитектура определяет полный набор стандартов на аппаратное обеспечение, программное обеспечение и кабельное оборудование в соответствии с проектом компьютерной сети.
Целью создания компьютерных сетей является:
· обеспечение совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;
· обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.
Например, все участники локальной сети могут совместно использовать одно общее устройство печати - сетевой принтер или, например, ресурсы жестких дисков одного выделенного компьютера - файлового сервера. Аналогично можно совместно использовать и программное обеспечение. Если в сети имеется специальный компьютер, выделенный для совместного использования участниками сети, он называется файловым сервером .
Все многообразие компьютерных сетей можно классифицировать по группе признаков:
1)Территориальная распространенность;
2) Ведомственная принадлежность;
3) Скорость передачи информации;
4) Тип среды передачи;
5) Топология;
6) Организация взаимодействия компьютеров.
По территориальной распространенности сети могут быть локальными, глобальными, и региональными.
Локальная сеть (LAN - Local Area Network) - сеть в пределах предприятия, учреждения, одной организации.
Региональная сеть (MAN - Metropolitan Area Network) - сеть в пределах города или области.
Глобальная сеть (WAN - Wide Area Network) – сеть на территории государства или группы государств.
Термин "корпоративная сеть" также используется в литературе для обозначения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах.
Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью. Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей.
По ведомственной принадлежности различают ведомственные и государственные сети . Ведомственные принадлежат одной организации и располагаются на ее территории. Государственные сети - сети, используемые в государственных структурах.
По типу среды передачи сети разделяются на:
· проводные – с использованием кабелей: коаксиальных, на витой паре, оптоволоконных;
· беспроводные – с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне.
Геометрическая организация узлов и кабельных соединений в локальной компьютерной сети определяет различные сетевые топологии .
Классические топологии («кольцо » рис. 15.1, «звезда » рис. 15.2 , «шина » рис. 15.3) в чистом виде встречаются редко.
В реальной практике используется большое число смешанных вариантов, в которых различные участки сети имеют ту или иную топологию:
По способу организации взаимодействия компьютеров сети делят на одноранговые и с выделенным сервером (иерархические сети).
Все компьютеры одноранговой сети равноправны. Любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере.
Главное достоинство одноранговых сетей – это простота установки и эксплуатации. Главный недостаток состоит в том, что в условиях одноранговых сетей затруднено решение вопросов защиты информации. Поэтому такой способ организации сети используется для сетей с небольшим количеством компьютеров и там, где вопрос защиты данных не является принципиальным.
В иерархической сети при установке сети заранее выделяются один или несколько серверов - компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называют клиентом сети или рабочей станцией.
Сервер в иерархических сетях - это постоянное хранилище разделяемых ресурсов. Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, винчестерами большой емкости и высокоскоростной сетевой картой.
Иерархическая модель сети является наиболее предпочтительной, так как позволяет создать наиболее устойчивую структуру сети и более рационально распределить ресурсы. Также достоинством иерархической сети является более высокий уровень защиты данных. К недостаткам иерархической сети, по сравнению с одноранговыми сетями, относятся:
1. Необходимость дополнительной ОС для сервера.
2. Более высокая сложность установки и модернизации сети.
3. Необходимость выделения отдельного компьютера в качестве сервера
По технологии использования сервера различают сети с архитектурой файл -сервер и сети с архитектурой клиент -сервер . В первой модели используется файловый сервер, на котором хранится большинство программ и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции.
В системах с архитектурой клиент-сервер обмен данными осуществляется между приложением-клиентом и приложением-сервером. Хранение данных и их обработка производится на мощном сервере, который выполняет также контроль за доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса.
К основным характеристикам сетей относятся:
Пропускная способность – максимальный объем данных, передаваемых сетью в единицу времени. Пропускная способность измеряется в Мбит/с.
Время реакции сети - время, затрачиваемое программным обеспечением и устройствами сети на подготовку к передаче информации по данному каналу. Время реакции сети измеряется миллисекундах.
Модель взаимодействия открытых систем.
Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам и обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных. Решение этой задачи относится к области стандартизации и основано на так называемой модели OSI (модель взаимодействия открытых систем - Model of Open System Interconnections). Модель OSI была создана на основе технических предложений Международного института стандартов ISO (International Standards Organization).
Согласно модели OSI архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях (общее число уровней - до семи). Самый верхний уровень - прикладной. На этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Caмый нижний уровень - физический. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.
Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами . Они определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы ) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы ). Физически функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства (интерфейсы ) и программные средства (программы поддержки протоколов). Программы, выполняющие поддержку протоколов, также называют протоколами.
Каждый уровень архитектуры подразделяется на две части:
Спецификацию услуг;
Спецификацию протокола.
Спецификация услуг определяет, что делает уровень, а спецификация протокола - как он это делает, причем каждый конкретный уровень может иметь более одного протокола.
Рассмотрим функции, выполняемые каждым уровнем программного обеспечения:
1. Физический уровень осуществляет соединения с физическим каналом, так, отсоединения от канала, управление каналом. Определяется скорость передачи данных и топология сети.
2. Канальный уровень добавляет в передаваемые массивы информации вспомогательные символы и контролирует правильность передаваемых данных. Здесь передаваемая информация разбивается на несколько пакетов или кадров. Каждый пакет содержит адреса источника и места назначения, а также средства обнаружения ошибок.
3. Сетевой уровень определяет маршрут передачи информации между сетями, обеспечивает обработку ошибок, а так же управление потоками данных. Основная задача сетевого уровня - маршрутизация данных (передача данных между сетями).
4. Транспортный уровень связывает нижние уровни (физический, канальный, сетевой) с верхними уровнями, которые реализуются программными средствами. Этот уровень разделяет средства формирования данных в сети от средств их передачи. Здесь осуществляется разделение информации по определенной длине и уточняется адрес назначения.
5. Сеансовый уровень осуществляет управление сеансами связи между двумя взаимодействующими пользователями, определяет начало и окончание сеанса связи, время, длительность и режим сеанса связи, точки синхронизации для промежуточного контроля и восстановления при передаче данных; восстанавливает соединение после ошибок во время сеанса связи без потери данных.
6. Представительский уровень управляет представлением данных в необходимой для программы пользователя форме, производит компрессию и декомпрессию данных. Задачей данного уровня является преобразование данных при передаче информации в формат, который используется в информационной системе. При приеме данных данный уровень представления данных выполняет обратное преобразование.
7. Прикладной уровень взаимодействует с прикладными сетевые программами, обслуживающими файлы, а также выполняет вычислительные, информационно-поисковые работы, логические преобразования информации, передачу почтовых сообщений и т.п. Главная задача этого уровня - обеспечить удобный интерфейс для пользователя.
На разных уровнях обмен происходит различными единицами информации: биты, кадры, пакеты, сеансовые сообщения, пользовательские сообщения.
Основными компонентами сети являются рабочие станции , серверы , передающие среды (кабели ) и сетевое оборудование .
Рабочими станциями называются компьютеры сети, на которых пользователями сети реализуются прикладные задачи.
Серверы сети - это аппаратно-программные системы, выполняющие функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа. Сервером может быть это любой подключенный к сети компьютер, на котором находятся ресурсы, используемые другими устройствами локальной сети. В качестве аппаратной части сервера используется достаточно мощные компьютеры.
Сети можно создавать с любым из типов кабеля.
1. Витая пара (TP - Twisted Pair)– это кабель, выполненный в виде скрученной пары проводов. Он может быть экранированным и неэкранированным. Экранированный кабель более устойчив к электромагнитным помехам. Витая пара наилучшим образом подходит для малых учреждений. Недостатками данного кабеля является высокий коэффициент затухания сигнала и высокая чувствительность к электромагнитным помехам, поэтому максимальное расстояние между активными устройствами в ЛВС при использовании витой пары должно быть не более 100 метров.
2. Коаксиальный кабель состоит из одного цельного или витого центрального проводника, который окружен слоем диэлектрика. Проводящий слой алюминиевой фольги, металлической оплетки или их комбинации окружает диэлектрик и служит одновременно как экран против наводок. Общий изолирующий слой образует внешнюю оболочку кабеля.
Коаксиальный кабель может использоваться в двух различных системах передачи данных: без модуляции сигнала и с модуляцией. В первом случае цифровой сигнал используется в таком виде, в каком он поступает из ПК и сразу же передается по кабелю на приемную станцию. Он имеет один канал передачи со скоростью до 10 Мбит/сек и максимальный радиус действия 4000 м. Во втором случае цифровой сигнал превращают в аналоговый и направляют его на приемную станцию, где он снова превращается в цифровой. Операция превращения сигнала выполняется модемом; каждая станция должна иметь свой модем. Этот способ передачи является многоканальным (обеспечивает передачу по десяткам каналов, используя для этого всего лишь один кабель). Таким способом можно передавать звуки, видеосигналы и другие данные. Длина кабеля может достигать до 50 км.
3. Оптоволоконный кабель является более новой технологией, используемой в сетях. Носителем информации является световой луч, который модулируется сетью и принимает форму сигнала. Такая система устойчива к внешним электрическим помехам и таким образом возможна очень быстрая, секретная и безошибочная передача данных со скоростью до 200 Гбит/с. Количество каналов в таких кабелях огромно. Передача данных выполняется только в симплексном режиме, поэтому для организации обмена данными устройства необходимо соединять двумя оптическими волокнами (на практике оптоволоконный кабель всегда имеет четное, парное кол-во волокон). К недостаткам оптоволоконного кабеля можно отнести большую стоимость, а также сложность подсоединения.
4. Радиоволны в микроволновом диапазоне используются в качестве передающей среды в беспроводных локальных сетях, либо между мостами или шлюзами для связи между локальными сетями. В первом случае максимальное расстояние между станциями составляет 200 - 300 м, во втором - это расстояние прямой видимости. Скорость передачи данных - до 2 Мбит/с.
Беспроводные локальные сети считаются перспективным направлением развития ЛС. Их преимущество - простота и мобильность. Также исчезают проблемы, связанные с прокладкой и монтажом кабельных соединений - достаточно установить интерфейсные платы на рабочие станции, и сеть готова к работе.
Выделяют следующие виды сетевого оборудования .
1. Сетевые карты – это контроллеры, подключаемые в слоты расширения материнской платы компьютера, предназначенные для передачи сигналов в сеть и приема сигналов из сети.
2. Терминаторы - это резисторы номиналом 50 Ом, которые производят затухание сигнала на концах сегмента сети.
3. Концентраторы (Hub ) – это центральные устройства кабельной системы или сети физической топологии "звезда", которые при получении пакета на один из своих портов пересылает его на все остальные. В результате получается сеть с логической структурой общей шины. Различают концентраторы активные и пассивные. Активные концентраторы усиливают полученные сигналы и передают их. Пассивные концентраторы пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его.
4. Повторители (Repeater )- устройства сети, усиливает и заново формирует форму входящего аналогового сигнала сети на расстояние другого сегмента. Повторитель действует на электрическом уровне для соединения двух сегментов. Повторители ничего распознают сетевые адреса и поэтому не могут использоваться для уменьшения трафика.
5. Коммутаторы (Switch ) - управляемые программным обеспечением центральные устройства кабельной системы, сокращающие сетевой трафик за счет того, что пришедший пакет анализируется для выяснения адреса его получателя и соответственно передается только ему.
Использование коммутаторов является более дорогим, но и более производительным решением. Коммутатор обычно значительно более сложное устройство и может обслуживать одновременно несколько запросов. Если по какой-то причине нужный порт в данный момент времени занят, то пакет помещается в буферную память коммутатора, где и дожидается своей очереди. Построенные с помощью коммутаторов сети могут охватывать несколько сотен машин и иметь протяженность в несколько километров.
6. Маршрутизаторы (Router ) - стандартные устройства сети, работающие на сетевом уровне и позволяющее переадресовывать и маршрутизировать пакеты из одной сети в другую, а также фильтровать широковещательные сообщения.
7. Мосты (Bridge )- устройства сети, которое соединяют два отдельных сегмента, ограниченных своей физической длиной, и передают трафик между ними. Мосты также усиливают и конвертируют сигналы для кабеля другого типа. Это позволяет расширить максимальный размер сети, одновременно не нарушая ограничений на максимальную длину кабеля, количество подключенных устройств или количество повторителей на сетевой сегмент.
8. Шлюзы (Gateway ) - программно-аппаратные комплексы, соединяющие разнородные сети или сетевые устройства. Шлюзы позволяет решать проблемы различия протоколов или систем адресации. Они действует на сеансовом, представительском и прикладном уровнях модели OSI.
9. Мультиплексоры – это устройства центрального офиса, которое поддерживают несколько сотен цифровых абонентских линий. Мультиплексоры посылают и получают абонентские данные по телефонным линиям, концентрируя весь трафик в одном высокоскоростном канале для передачи в Internet или в сеть компании.
10. Межсетевые экраны (firewall, брандмауэры) - это сетевые устройства, реализующие контроль за поступающей в локальную сеть и выходящей из нее информацией и обеспечивающие защиту локальной сети посредством фильтрации информации. Большинство межсетевых экранов построено на классических моделях разграничения доступа, согласно которым субъекту (пользователю, программе, процессу или сетевому пакету) разрешается или запрещается доступ к какому-либо объекту (файлу или узлу сети) при предъявлении некоторого уникального, присущего только этому субъекту, элемента. В большинстве случаев этим элементом является пароль. В других случаях таким уникальным элементом является микропроцессорные карточки, биометрические характеристики пользователя и т. п. Для сетевого пакета таким элементом являются адреса или флаги, находящиеся в заголовке пакета, а также некоторые другие параметры.
Таким образом, межсетевой экран - это программный и/или аппаратный барьер между двумя сетями, позволяющий устанавливать только авторизованные межсетевые соединения. Обычно межсетевые экраны защищают соединяемую с Internet корпоративную сеть от проникновения извне и исключает возможность доступа к конфиденциальной информации.
