Канальний рівень (Data Link layer)
Цей рівень призначений для забезпечення взаємодії мереж на фізичному рівні й контролю за помилками, які можуть виникнути. Отримані з фізичного рівня дані він упаковує в кадри даних, перевіряє на цілісність, якщо потрібно виправляє помилки й відправляє на мережний рівень. Канальний рівень може взаємодіяти з одним або декількома фізичними рівнями, контролюючи й управляючи цією взаємодією. Специфікація IEEE 802 розділяє цей рівень на 2 підрівня - MAC (Media Access Control) регулює доступ до поділюваного фізичного середовища, LLC (Logical Link Control) забезпечує обслуговування мережного рівня. На цьому рівні працюють комутатори, мости й мережні адаптери.
MAC-підрівень забезпечує коректне спільне використання загального середовища, надаючи його в розпорядження тієї або іншої станції мережі. Також додає адресну інформацію до фрейму, позначає початок і кінець фрейму.
Рівень LLC відповідає за достовірну передачу кадрів даних між вузлами, а також реалізовує функції інтерфейсу з мережевим рівнем за допомогою фреймування кадрів. Також здійснює ідентифікування протоколу мережевого рівня.
У програмуванні цей рівень представляє драйвер мережної карти, в операційних системах є програмний інтерфейс взаємодії канального й мережного рівня між собою, це не новий рівень, а просто реалізація моделі для конкретної ОС. Приклади таких інтерфейсів: NDIS, ODI.
[ред.]Фізичний рівень (Physical layer)
Найнижчий рівень моделі, призначений безпосередньо для передачі потоку даних. Здійснює передачу електричних або оптичних сигналів у кабель і відповідно їхній прийом і перетворення в біти даних відповідно до методів кодування цифрових сигналів. Інакше кажучи, здійснює інтерфейс між мережним носієм і мережним пристроєм. На цьому рівні працюють концентратори й повторювачі (ретранслятори) сигналу. Фізичний рівень визначає електричні, процедурні і функціональні специфікації для середовища передачі даних, в тому числі роз'єми, розпаювання і призначення контактів, рівні напруги, синхронізацію зміни напруги, кодування сигналу.
Цей рівень приймає кадр даних від канального рівня, кодує його в послідовність сигналів, які потім передаються у лінію зв'язку. Передача кадру даних через лінію зв'язку вимагає від фізичного рівня визначення наступних елементів: тип середовища передавання (дротовий або бездротовий, мідний кабель або оптичне волокно) і відповідних конекторів; як повинні бути представлені біти даних у середовищі передавання; як кодувати дані; якими повинні бути схеми приймача і передавача.
Фізичним рівнем в лінію зв'язку кадр даних (фрейм) не передається як єдине ціле. Кадр представляється як послідовність сигналів, що передаються один за одним. Сигнали, в свою чергу, представляють біти даних кадру.
В сучасних мережах використовуються 3 основних типа середовища передавання: мідний кабель (copper), оптичне волокно (fiber) та бездротове середовище передавання (wireless). Тип сигналу, за допомогою якого здійснюється передача даних, залежить від типу середовища передавання. Для мідного кабелю сигнали, що представляють біти даних є електричними імпульсами, для оптичного волокна - імпульсами світла. У випадку використання бездротових з'єднань сигнали є радіохвилями (електромагнітними хвилями).
Коли пристрій, що працює на фізичному рівні кодує біти кадру в сигнали для конкретного середовища передавання, він має розрізняти кадри. Тобто позначати, де закінчується один кадр і починається іншій. Інакше мережеві пристрої, що здійснюють прийом сигналів, не зможуть визначити, коли кадр буде отриманий повністю. Відомо, що початок і кінець кадру позначається на канальному рівні, але в багатьох технологіях фізичний рівень також може додати спеціальні сигнали, що використовуються тільки для позначення початку і кінця кадру даних.
Технології фізичного рівня визначаються стандартами, що розробляються наступними організаціями: The International Organization for Standardization (ISO), The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), The American National Standards Institute (ANSI), The International Telecommunication Union (ITU), The Electronics Industry Alliance/Telecommunications Industry Association (EIA/TIA) тощо. Дані стандарти охоплюють 4 області, що належать фізичному рівню: фізичні та електричні властивості середовища передавання, механічні властивості (матеріали, розміри, розпаювання контактів конекторів), кодування (представлення бітів сигналами), визначення сигналів для управління інформацією. Всі компоненти апаратного забезпечення такі, як мережеві карти (Network interface card, NIC), інтерфейси і конектори, матеріали кабелів та їх конструкція визначаються стандартами фізичного рівня. Можна зазначити, що функції фізичного рівня вбудовані у мережеве обладнання (hardware).
Основними функціями фізичного рівня є: фізичні компоненти, кодування даних, передача даних. Фізичні компоненти - електронне обладнання, середовище передавання і конектори, через які передаються сигнали, що представляють біти даних.
Кодування Кодування є процесом, за допомогою якого потік бітів даних перетворюється у певний код. Кодування здійснюється над групою бітів. Це необхідно для того, щоб забезпечити створення передбачуваної комбінації кодів, яка буде правильно розпізнаватися як передавачем, так і приймачем.
Використання передбачуваної комбінації кодів допомагає розрізняти біти даних від бітів, що використовуються для управління, а також забезпечує краще виявлення помилок у середовищі передавання. При створенні кодів даних, методи кодування фізичного рівня також забезпечують створення кодів управління, що допомагають, наприклад, визначати початок і кінець кадру.
Взаємодія рівнів
Рівні взаємодіють зверху вниз і знизу нагору за допомогою інтерфейсів і можуть ще взаємодіяти з таким же рівнем іншої системи за допомогою протоколів. Докладніше можна подивитися на малюнку.
Модель OSI і реальні протоколи
Семирівнева модель OSI є теоретичною, і містить ряд недоробок. Реальні мережні протоколи змушені відхилятися від неї, забезпечуючи непередбачувані можливості, тому прив'язка деяких з них до рівнів OSI є трохи умовною.
Основна недоробка OSI - непродуманий транспортний рівень. На ньому OSI дозволяє обмін даними між додатками (вводячи поняття порту — ідентифікатора додатка), однак, можливість обміну простими датаграмами в OSI не передбачена — транспортний рівень повинен утворювати з'єднання, забезпечувати доставку, управляти потоком і т.п. Реальні ж протоколи реалізують таку можливість.
Сімейство TCP/IP
Сімейство TCP/IP має два транспортних протоколи: TCP, повністю відповідний OSI, і UDP, що відповідає транспортному рівню тільки наявністю порту, що забезпечує обмін датаграмами між додатками.
Сімейство IPX/SPX
У сімействі IPX/SPX, порти (називані «сокети» або «гнізда») з'являються в протоколі мережного рівня IPX, забезпечуючи обмін датаграмами між додатками (операційна система резервує частину сокетів для себе). Протокол SPX, у свою чергу, доповнює IPX всіма іншими можливостями транспортного рівня в повній відповідності з OSI.
Крім того, IPX не має адреси для хоста, покладаючись на адресацію канального рівня (наприклад, MAC-адреси для Ethernet).
Ethernet
TCP/IP модель (RFC 1122) |
Прикладний рівень |
BGP · DHCP · DNS · FTP · Gopher · GTP · HTTP · IMAP · IRC · NNTP · NTP · POP3 · RIP · RPC · RTCP · RTP · RTSP · SDP · SIP · SMTP · SNMP · SOAP · SSH · STUN · Telnet · TLS/SSL · XMPP · |
Сеансовий рівень |
ADSP • H.245 • iSNS • NetBIOS • PAP •L2TP • PPTP • RTCP • SMPP • SSH •ZIP • SDP • RPC • SCP • (more) |
Транспортний рівень |
TCP · UDP · DCCP · SCTP · RSVP · ECN · (more) |
Мережевий рівень |
IP (IPv4, IPv6) · ICMP · ICMPv6 · IGMP · IPsec · (more) |
Рівень мережевих інтерфейсів |
ARP · RARP · NDP · OSPF · Tunnels (L2TP) · MAC-адреса (Ethernet, DSL, ISDN, FDDI) · Device Drivers · (more) |
Цей шаблон:переглянути • обговорити • редагувати |
Комбінована мережна Ethernet-картка, що підтримує підключення як через коаксіальний кабель, так і через кабель типу «вита пара».
Ethernet (езернет, від лат. aether — етер) — базова технологія локальних обчислювальних (комп'ютерних) мереж з комутацією пакетів, що використовує протокол CSMA/CD (множинний доступ з контролем несучої та виявленням колізій). Цей протокол дозволяє в кожний момент часу лише один сеанс передачі в логічному сегменті мережі. При появі двох і більше сеансів передачі одночасно виникає колізія, яка фіксується станцією, що ініціює передачу. Станція аварійно зупиняє процес і очікує закінчення поточного сеансу передачі, а потім знову намагається повторити передачу.
Ethernet-мережі функціонують на швидкостях 10Мбіт/с, Fast Ethernet — на швидкостях 100Мбіт/с, Gigabit Ethernet — на швидкостях 1000Мбіт/с,10 Gigabit Ethernet — на швидкостях 10Гбіт/с. В кінці листопада 2006 року було прийняте рішення про початок розробок наступної версії стандарту з досягненням швидкості 100Гбіт/с (100 Gigabit Ethernet).
[ред.]Технологія
З самого початку Ethernet базувався на ідеї зв'язку комп'ютерів через єдиний коаксіальний кабель, що виконував роль транзитного середовища. Метод передавання був дещо схожим на методи радіопередавання (хоча й з суттєвими відмінностями, наприклад, те, що в кабелі значно легше виявити колізію, ніж в радіоефірі). Загальний мережний кабель, через який велася передача, був дещо подібним на ефір, і з цієї аналогії походить назва Ethernet (англ. net — «мережа»).
З плином часу з відносно простої початкової специфікації Ethernet розвинувся у складну мережну технологію, яка зараз використовується у більшості комп'ютерних систем. Щоб зменшити ціну та полегшити управління та виявлення помилок в мережі, коаксіальний кабель згодом був замінений зв'язками типу «точка — точка», що з'єднувалися між собою концентраторами/комутаторами (хабами/світчами). Своїм комерційним успіхом технологія Ethernet завдячує появі стандарту з використанням кабелю типу «звита пара» як транзитного середовища.
На фізичному рівні станції Ethernet спілкуються між собою за допомогою передачі одна одній пакетів — невеликих блоків даних, які відправляються та доставляються індивідуально. Кожна Ethernet-станція має свою власну 48-бітну MAC-адресу, яка використовується як кінцевий пункт або джерело для кожного пакету. Мережні картки, як правило, не сприймають пакетів, що адресовані іншим Ethernet-станціям. Унікальна МАС-адреса записується в контролер кожної мережної карти.
Незважаючи на серйозні зміни від 10-Мбітного товстого коаксіалу до 1-Гбітного оптоволоконного зв'язку типу «точка-точка», різні варіантиEthernetу на найнижчому рівні є майже однаковими з погляду програміста і можуть легко з'єднуватися між собою за допомогою дешевого обладнання. Це є можливим, оскільки формат кадру лишається незмінним, незважаючи на різні процедури доступу до мережі.
[ред.]Формат кадру
Існує декілька форматів Ethernet-кадру.
Первинний Version I (більше не застосовується).
Ethernet Version 2 або Ethernet-кадр II, ще званий DIX (абревіатура перших букв фірм-розробників DEC, Intel, Xerox) — найпоширена і використовується до сьогодні. Часто використовується безпосередньо протоколом інтернет.
Найпоширеніший формат кадру Ethernet II
Novell — внутрішня модифікація IEEE 802.3 без LLC (Logical link control).
Кадр IEEE 802.2 LLC.
Кадр IEEE 802.2 LLC/SNAP.
Деякі мережеві карти Ethernet, що випускались компанією Hewlett-Packard використовували при роботі кадр формату IEEE 802.12, відповідно стандарту 100VG-AnyLAN.
Як доповнення Ethernet-кадр може містити тег IEEE 802.1Q для ідентифікації VLAN, до якої він адресований, і IEEE 802.1p для вказання пріоритету.
Різні типи кадру мають різний формат і значення MTU.
MTU
Maximum Transmission Unit (MTU) — термін, що в комп'ютерних мережах термін використається для визначення максимального розміру блоку (в байтах), який можна передати на канальному рівні мережної моделі OSI.
Значення MTU залежать від комунікаційного інтерфейсу (мережна плата, послідовний порт, і т. д.).
Значення MTU може бути визначено стандартом (наприклад для Ethernet), або може вибиратися в момент установки з'єднання (звичайно у випадку прямих підключень типу «точка-точка»). Чим вище значення MTU, тим менше заголовків передається по мережі — а виходить, вище пропускна здатність. Однак повільні інтерфейси можуть передавати великий пакет значний час, збільшуючи час очікування для інших пакетів. Нижче подано таблицю основних значень MTU:
Технологія |
MTU |
DIX Ethernet |
1500 байт |
Ethernet 802.3 |
1492 байт |
Token Ring (IBM, 16 Мбит/c) |
17 914 байт |
Token Ring (802.5, 4 Мбит/c) |
4464 байт |
FDDI |
4352 байт |
X.25 |
576 байт |
Wi-Fi
Wi-Fi, WiFi (від англ. Wireless Fidelity) — торгова марка, що належить Wi-Fi Alliance. Загальновживана назва для стандарту бездротового (радіо) зв'язку передачі даних, який об'єднує декілька протоколів та ґрунтується на сімействі стандартів IEEE 802.11 (Institute of Electrical and Electronic Engineers — міжнародна організація, що займається розробкою стандартів у сфері електронних технологій). Найвідомішим і найпоширенішим на сьогодні є протокол IEEE 802.11g, що визначає функціонування бездротових мереж.
Установка Wireless LAN рекомендувалась там, де розгортання кабельної системи було неможливо або економічно недоцільно. Нині в багатьох організаціях використовується Wi-Fi, оскільки при визначених умовах швидкість роботи мережі вже перевищує 100 Мбіт/с. Користувачі можуть переміщатись між точками доступупо території покриття мережі Wi-Fi.
Мобільні пристрої (КПК, смартфони, PSP і ноутбуки), оснащені клієнтськими Wi-Fi прийомо-передаючими пристроями, можуть підключатися до локальної мережі і отримувати доступ вІнтернет через точки доступу або хот-споти.
Невелика ширина використовуваного спектра частот, відсутність можливостей роумінгу і авторизації не дозволяють Wi-Fi пристроям потіснити на ринку мобільний зв'язок. Тим не менше, компанії ZyXEL, SocketIP і Symbol Technologies пропонують рішення по організації Wi-Fi телефонії.
[ред.]Принцип роботи
Зазвичай схема Wi-Fi мережі містить не менш однієї точки доступу та може легко масштабуватись.
Також можливо підключення двох клієнтів в режимі точка-точка (Ad-hoc), коли точка доступу не використовується, а клієнти з'єднуються за участю мережевих адаптерів «напряму». Точка доступу передає свій ідентифікатор мережі (SSID) з допомогою спеціальних сигнальних пакетів на швидкості 0,1 Мбіт/с кожні 100 мс. Тому 0,1 Мбіт/с — найменша швидкість передачі даних для Wi-Fi. Знаючи SSID мережі, клієнт може вияснити, чи можливо підключення до даної точки доступу. При потраплянні в зону дії двох точок доступу з ідентичними SSID приймач може вибирати між ними на основі даних про рівень сигналу. Стандарт Wi-Fi дає клієнту повну свободу при виборі критеріїв для з'єднання [2].
Однак, стандарт не описує всі аспекти побудови безпровідних локальних мереж Wi-Fi. Тому кожен виробник устаткування вирішує цю задачу по-своєму, застосовуючи ті підходи, які він вважає за якнайкращі з тієї або іншої точки зору. Тому виникає необхідність класифікації способів побудови безпровідних локальних мереж.
За способом об'єднання точок доступу в єдину систему можна виділити:
Автономні точки доступу (називаються також самостійні, децентралізовані, розумні)
Точки доступу, що працюють під управлінням контролера (називаються також «легковагі», централізовані)
Безконтролерні, але не автономні (керовані без контролера)
За способом організації і управління радіоканалами можна виділити безпровідні локальні мережі:
Із статичними налаштуваннями радіоканалів
З динамічними (адаптивними) налаштуваннями радіоканалів
З «шаруватою» або багатошаровою структурою радіоканалів
[ред.]Характеристики
Наявність Wi-Fi-зон (точок) дозволяє користувачу підключитися до точки доступу (наприклад, до офісної, домашньої або публічної мережі), а також підтримувати з'єднання декількохкомп'ютерів між собою.
Максимальна дальність передачі сигналу у такій мережі становить 100 метрів, однак на відкритій місцевості вона може досягати до 300—400 м. Дальність залежить від потужності передавача (яка в окремих моделях обладнання регулюються програмно), наявності та характеристики перешкод, типу антени.
Окрім 802.11b, ще є бездротовий стандарт 802.11a, який використовує частоту 5 ГГц та забезпечує максимальну швидкість 54 Мбіт/с, а також 802.11g, що працює на частоті 2,4 ГГц і також забезпечує 54 Мбіт/с. Крім цього, наразі ведеться розробка стандарту 802.11n, який у майбутньому зможе забезпечити швидкості до 320 Мбіт/с.
Ядром бездротової мережі Wi-Fi є так звана точка доступу (Access Point), яка підключається до якоїсь наземної мережевої інфраструктури (каналів Інтернет-провайдера) та забезпечує передачу радіосигналу. Зазвичай, точка доступу складається із приймача, передавача, інтерфейсу для підключення до дротової мережі та програмного забезпечення для обробки даних. Навколо точки доступу формується територія радіусом 50-100 метрів (її називають хот-спотом або зоною Wi-Fi), на якій можна користуватися бездротовою мережею.
Для того, щоб підключитися до точки доступу та відчути всі переваги бездротової мережі, власник ноутбуку або мобільного пристрою із Wi-Fi адаптером, необхідно просто потрапити в радіус її дії. Усі дії із визначення пристрою та налаштування мережі більшість операційних систем комп'ютерів і мобільних пристроїв проводять автоматично. Якщо користувач одночасно потрапляє в декілька Wi-Fi зон, то підключення здійснюється до точки доступу, що забезпечує найсильніший сигнал.
[ред.]802-11n
Специфікації схвалені радою із стандартів міжнародної організації IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 11 вересня 2009 року.[3][4] Максимальна швидкість передачі даних на фізичному рівні в бездротовій мережі стандарту 802.11n становить 600 Мбіт/с, на практиці це означає швидкість в 150—200 Мбіт/с. У попередній версії стандарту (802.11g) максимальна технічна швидкість дорівнювала 54 Мбіт/с, а реальна — приблизно 20 Мбіт/с.
Стандарт 802.11n розроблявся понад 7 років. У 2007 році була затверджена «чорнова» версія 802.11n Draft 2.0, в порівнянні з якою в остаточний варіант внесені тільки необов'язкові доповнення. Таким чином, випущені за останні два роки до стандартизації пристрої «Draft n» будуть повністю сумісні з фінальною версією. Нове устаткування зможе працювати також з пристроями попередніх поколінь 802.11a/b/g.
Висока швидкість досягається завдяки технології багатопотокової передачі даних (MIMO — multiple-input multiple-output). Приймачі і передавачі оснащуються кількома антенами. Бездротова мережа 802.11n може працювати в двох частотних діапазонах і забезпечує розширену зону прийому в порівнянні з попередньою версією.
IPv4
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.