28. Основные программные и аппаратные компоненты сети

В результате даже поверхностного рассмотрения работы в сети понятно, что вычислительная сеть является сложным комплексом взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов. Исследование сети в целом предполагает изучение принципов работы ее отдельных элементов, среди которых можно выделить:

1. компьютеры;

2. коммуникационное оборудование;

3. операционные системы;

4. сетевые приложения.

Все программно-аппаратные средства сети можно описать многослойной моделью. Первым является аппаратный слой стандартизованных компьютерных платформ. В настоящий момент в сетях обширно и успешно используются компьютеры различных классов – от ПК до мейнфреймов и суперЭВМ. Набор компьютеров сети должен быть сопоставлен с набором разнообразных задач, которые решаются сетью.

Второй слой представляет собой коммуникационное оборудование. Несмотря на то что компьютеры и являются центральными элементами обработки информации в сетях, в настоящее время большую роль стали играть коммуникационные устройства, например кабельные системы, повторители, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и модульные концентраторы. В настоящий момент коммуникационное устройство может являться сложным специализированным мультипроцессором, который следует конфигурировать, оптимизировать и администрировать. Для внесения изменений в принципы работы коммуникационного оборудования необходимо изучить множество протоколов, применяемых как в локальных, так и в глобальных сетях.

Третий слой, образующий программную платформу сети, представляет собой операционную систему. Видом концепций управления локальными и распределенными ресурсами, положенными в основу сетевой ОС, определяется эффективность работы всей сети. При проектировании сети следует учитывать, насколько просто эта система может взаимодействовать с другими ОС сети, насколько она способна обеспечить безопасность и защищенность данных, до какой степени она дозволяет наращивать число пользователей.

В четвертый, самый верхний, слой сетевых средств входят различные сетевые приложения, такие, как сетевые базы данных, почтовые системы, средства архивирования данных, системы автоматизации коллективной работы и др. Важно знать спектр возможностей, которые предоставляются приложениями для различных областей применения, а также, что они совместимы с другими сетевыми приложениями и ОС.

29. Протоколы канального и сетевого уровней

Канальный уровень (англ. Data Link layer) — уровень сетевой модели OSI, предназначенный для передачи данных узлам, находящимся в том же сегменте локальной сети. Также может использоваться для обнаружения и если возможно исправления ошибок возникших на физическом уровне. Примерами протоколов работающих на канальном уровне являются Ethernet для локальных сетей (многоузловой), Point-to-Point Protocol (PPP), HDLC и ADCCP для подключений точка-точка (двухузловой).

Канальный уровень отвечает за доставку кадров между устройствами, подключенными к одному сетевому сегменту. Кадры канального уровня не пересекают границ сетевого сегмента. Межсетевая маршрутизация и глобальная адресация это функция более высокого уровня, что позволяет протоколам канального уровня сосредоточиться на локальной доставке и адресации.

Заголовок кадра содержит аппаратные адреса отправителя и получателя, что позволяет определить, какое устройство отправило кадр и какое устройство должно получить и обработать его. В отличие от иерархических и маршрутизируемых адресов, аппаратные адреса одноуровневые. Это означает, что никакая часть адреса не может указывать на принадлежность к какой либо логической или физической группе.

Когда устройства пытаются использовать среду одновременно, возникают коллизии кадров. Протоколы канального уровня выявляют такие случаи и обеспечивают механизмы для уменьшения их количества или же их предотвращения.

Многие протоколы канального уровня не имеют подтверждения о приёме кадра, некоторые протоколы даже не имеют контрольной суммы для проверки целостности кадра. В таких случаях, протоколы более высокого уровня должны обеспечивать управление потоком данных, контроль ошибок, подтверждение доставки и ретрансляции утерянных данных.

Спецификация IEEE 802 разделяет этот уровень на 2 подуровня — MAC (Media Access Control) регулирует доступ к разделяемой физической среде, LLC (Logical Link Control) обеспечивает обслуживание сетевого уровня.

ФУНКЦИИ

1. Получение доступа к среде передачи. Обеспечение доступа — важнейшая функция канального уровня. Она требуется всегда, за исключением случаев, когда реализована полносвязная топология (например, два компьютера, соединенных через кроссовер, или компьютер со свичом в полнодуплексном режиме).

2. Выделение границ кадра. Эта задача также решается всегда. Среди возможных решений этой задачи — резервирование некоторой последовательности, обозначающей начало или конец кадра.

3. Аппаратная адресация (или адресация канального уровня). Требуется в том случае, когда кадр могут получить сразу несколько адресатов. В локальных сетях аппаратные адреса (MAC-адреса) применяются всегда.

4. Обеспечение достоверности принимаемых данных. Во время передачи кадра есть вероятность, что данные исказятся. Важно это обнаружить и не пытаться обработать кадр, содержащий ошибку. Обычно на канальном уровне используются алгоритмы контрольных сумм, дающие высокую гарантию обнаружения ошибок.

5. Адресация протокола верхнего уровня. В процессе декапсуляции указание формата вложенного PDU существенно упрощает обработку информации, поэтому чаще всего указывается протокол, находящийся в поле данных, за исключением тех случаев, когда в поле данных может находится один-единственный протокол.

На этом уровне работают коммутаторы, мосты.

Стандарты и протоколы передачи данных

ARCnet

ATM,

Controller Area Network (CAN),

Econet,

Ethernet,

Ethernet Automatic Protection Switching (EAPS),

Fiber Distributed Data Interface (FDDI),

Frame Relay,

High-Level Data Link Control (HDLC),

IEEE 802.2 (provides LLC functions to IEEE 802 MAC layers),

IEEE 802.11 wireless LAN,

Link Access Procedures, D channel (LAPD),

LocalTalk,

Multiprotocol Label Switching (MPLS),

Point-to-Point Protocol (PPP),

Serial Line Internet Protocol (SLIP) (obsolete),

Spanning tree protocol,

StarLan,

Token ring,

x.25.

В программировании доступ к этому уровню предоставляет драйвер сетевой платы. В операционных системах имеется программный интерфейс взаимодействия канального и сетевого уровней между собой, это не новый уровень, а просто реализация модели для конкретной ОС. Примеры таких интерфейсов: ODI, NDIS.

Протокол сетевого уровня (англ. Network layer) — протокол 3-его уровня сетевой модели OSI, предназначается для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и заторов в сети. На этом уровне работает такое сетевое устройство, как маршрутизатор.

В пределах семантики иерархического представления модели OSI Сетевой уровень отвечает на запросы обслуживания от Транспортного уровня и направляет запросы обслуживания на Канальный уровень.

Классификация

Протоколы сетевого уровня маршрутизируют данные от источника к получателю и могут быть разделены на два класса: протоколы с установкой соединения и без него.

Протоколы с установкой соединения начинают передачу данных с вызова или установки маршрута следования пакетов от источника к получателю. После чего начинают последовательную передачу данных и затем по окончании передачи разрывают связь.

Протоколы без установки соединения посылают данные, содержащие полную адресную информацию в каждом пакете. Каждый пакет содержит адрес отправителя и получателя. Далее каждое промежуточное сетевое устройство считывает адресную информацию и принимает решение о маршрутизации данных. Письмо или пакет данных передается от одного промежуточного устройства к другому до тех пор, пока не будет доставлено получателю. Протоколы без установки соединения не гарантируют поступление информации получателю в том порядке, в котором она была отправлена, т.к. разные пакеты могут пройти разными маршрутами. За восстановления порядка данных при использовании сетевых протоколов без установки соединения отвечают транспортные протоколы.

Функции Сетевого уровня:

модели соединения: с установкой соединения и без установки соединения

Сетевой уровень модели OSI может быть как с установкой соединения, так и без него. В отличие от Межсетевого уровня (англ. ???), в стеке протоколов TCP/IP поддерживает только протокол IP, который является протоколом без установки соединения; протоколы с установкой соединения находятся на следующих уровнях этой модели.

адрес, присвоенный сетевому узлу

Каждый хост в сети должен иметь уникальный адрес, который определяет, где он находится. Этот адрес обычно назначается из иерархической системы. В Интернете адреса известны как адреса протокола IP.

продвижение данных

Так как многие сети разделены на подсети и соединяются с другими сетями широковещательными каналами, сети используют специальные хосты, которые называются шлюзами или роутерами (маршрутизаторами) для доставления пакетов между сетями. Это также используется в интересах мобильных приложений, когда пользователь двигается от одного приложения к другому, в этом случае пакеты (сообщения) должны следовать за ним. В протоколе IPv4 такая идея описана, но практически не применяется. IPv6 содержит более рациональное решение.

Отношение к модели TCP/IP

Модель TCP/IP описывает набор протоколов Интернета (RFC 1122). В эту модель входит уровень, который называется Межсетевым, расположенный над Канальным уровнем. Во многих учебниках и других вторичных источниках Межсетевой уровень часто соотносится с Сетевым уровнем модели OSI. Однако, это вводит в заблуждение при характеристике протоколов (т.е. является ли он протоколом с установкой соединения или без), расположение этих уровней различно в двух моделях. Межсетевой уровень TCP/IP — фактически только подмножество функциональных возможностей Сетевого уровня. Он только описывает один тип архитектуры сети, Интернета.

Вообще, прямых или строгих сравнений между этими моделями следует избегать, так как иерархическое представление в TCP/IP не является основным критерием сравнения и вообще, как полагают, «вредно» (RFC 3439).

Протоколы

• Open Systems Interconnection (OSI) Model

• IPv4/IPv6, Internet Protocol

• DVMRP, Distance Vector Multicast Routing Protocol

• ARP, Address Resolution Protocol

• ICMP, Internet Control Message Protocol

• IGMP, Internet Group Multicast Protocol

• PIM-SM, Protocol Independent Multicast Sparse Mode

• PIM-DM, Protocol Independent Multicast Dense Mode

• IPsec, Internet Protocol Security

• IPX, Internetwork Packet Exchange

• RIP, Routing Information Protocol

• DDP, Datagram Delivery Protocol