Базовая модель взаимодействия открытых сетей

Процесс передачи данных в сети требует единого представления данных в линиях связи, по которым передается информация. Все сети работают в одном принятом для компьютерных сетей стандарте – стандарте взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection (OSI)).

Базовая модель взаимодействия открытых систем разработана Международной организацией по стандартизации. Эта модель является международным стандартом для передачи данных. Основой взаимодействия открытых систем является понятие уровня. Система разбивается на ряд уровней, или подсистем, каждый из которых выполняет свои функции. Модель содержит 7 уровней:

1. Физический уровень. Определяет некоторые физические характеристики канала: требования к характеристикам кабелей, разъемов и электрическим характерным сигналам. Установление физической связи в сети ОС новая функция уровня.

2. Канальный уровень. Управляет передачей данных между двумя узлами сети и формирует из данных, поступающих с физического уровня, последовательности кадров (блоков информации). Обеспечивается обнаружение и исправление ошибок передачи кадров. Для повышения скорости передачи осуществляется сжатие данных. При получении сообщение разворачивается. Длина кадра может меняться в зависимости от качества канала.

3. Сетевой уровень. Обеспечивает управление маршрутизацией блоков информации – пакетов, для чего требуется наличие сетевого адреса в пакете. Обеспечивается обработка ошибок, управление потоками данных.

4. Транспортный уровень. Поддерживает непрерывную и безошибочную передачу данных между двумя взаимодействующими пользовательскими процессами.

5. Сеансовый уровень. Координирует прием, передачу и организацию одного сеанса связи. Выполняются функции управления паролями, подсчета платы за пользование ресурсами сети, синхронизации и отмены связи в сеансе передачи в случае возникновения сбоя вследствие ошибок в нижерасположенных уровнях.

6. Уровень представления. Предназначен для интерпретации данных, подготовки данных для пользовательского уровня. Определяются форматы данных, алфавиты, коды представления специальных и графических символов. На этом уровне происходит преобразование данных из кадра в экранный формат или формат для печатающих устройств.

7. Прикладной уровень. Управляет выполнением прикладных программ пользователя с целью предоставления пользователю переработанной информации.

Каждому уровню отводится конкретное место в процессе передачи данных расчленяется на отдельные четко обозримые задачи каждая из которых решается определенным уровнем.

Протоколами называются правила взаимодействия разных систем одного уровня.

Правила взаимодействия соседних уровней в одной системе называется интерфейсом. Каждый протокол должен быть прозрачным для соседних уровней. Прозрачность – свойство передачи информации, закодированной любым образом, понятным взаимодействующим уровнем.

Вопросы организации работы сети.

Для передачи информации, по коммуникационным линиям данные преобразуются в цепочку следующих друг за другом битов. Алфавитно – цифровые символы представляются с помощью битовых комбинаций. Существуют специальные кодовые таблицы, содержащие 4-, 5-, 6-, 7-, и 8 – битовые коды символов. Например, код ASCII.

Для обмена информации в сетях используются принципы пакетной коммуникации. При этом информация перед передачей разбивается на блоки, которые представляются в виде пакетов определенной длинны, содержащих кроме информации пользователя некоторую служебную информацию, позволяющую различать пакеты и выявлять возникающие при передаче ошибки.

Для полной и безошибочной передачи данных необходимо придерживаться согласованных и установленных правил, которые называются протоколами передачи данных. В них оговариваются следующие моменты:

- синхронизация – механизм распознавания начала и конца блока данных;

- инициализация – механизм установления соединения между взаимодействующими партнерами;

- пакетирование – механизм разбиения передаваемой информации на блоки определенной длинны, включая опознавательные знаки начала и конца блока;

- адресация – способ формирования адреса, что обеспечивает идентификацию компьютера в сети;

- обнаружение ошибок – установка битов четкости и вычисление контрольных сумм;

- нумерация – механизм присвоения номеров последовательным блокам с целью сборки сообщения;

- управление потоком – механизм распределения и синхронизация информационных потоков в сети;

- восстановление – способ восстановления процесса передачи данных после его прерывания.

Каждый ПК сети имеет свой собственный номер (идентификатор); информация от конкретного ПК поступает в сеть в виде отдельных пакетов. Пакет содержит информацию о том, какой машине он предназначен, а он далее свободно перемещается по сети, причем эта часть информации сравнивается с идентификатором каждой ЭВМ и в случае их совпадения сообщение передается соответственной ЭВМ.

Локальные вычислительные сети (ЛВС)

ЛВС создается для совместного использования (в пределах одной организации, фирмы) ресурсов ЭВМ или данных. Например, для коллективного использования дорогостоящих периферийных устройств – лазерных принтеров, графопостроительных и др., для коллективного использования некоторой базы данных. Она может быть использована и для передачи сообщений между пользователями.

Пользователь сети, работает со своим ПК, может обратиться к любому файлу или программе на диске другого ПК, если, конечно, на этом ПК не приняты специальные меры для ограничения такого доступа.

Итак, локальная сеть – это компьютерная сеть, в которой ПК расположены на небольшом расстоянии друг от друга, не использующая средства связи общего назначения (типа телефонных сетей).

С технической точки зрения локальная сеть есть совокупность ПК и каналов связи, соединяющих ПК в структуру с определенной конфигурацией, а также сетевого программного обеспечения, управляющего работой всей сети. Кроме того, многие сети требуют установки в каждый ПК сети интерфейсной платы (сетевой адаптер) для организации связи ПК с сетью.

В ЛВС реализуется принцип модельной организации, который позволяет стоить сети различной конфигурации и с различными функциональными возможностями.

Основные компоненты ЛВС:

- передающая среда – коаксиальный кабель, телефонный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель, радиоэфир и др.

- рабочие станции – ПК, АРМ или сетевая ситуация. Есть рабочая станция подключаемая к сети, для нее могут не потребоваться ни винчестер, ни гибкие диски. В этом случае необходим сетевой адаптер для дистанционной загрузки ОС из сети и др.

- платы интерфейса – сетевые платы для взаимодействия рабочих станций (РС) с сетью;

- серверы – ПК с программным обеспечением, выполняющие функции управления сетевыми ресурсами общего доступа;

- сетевое программное обеспечение (ПО).

Рассмотрим некоторые из перечисленных компонентов сети:

Серверы. Сеть может иметь один или несколько серверов:

• для управления работой сети – сервер сети;

• для хранения информации в виде файлов – файл – сервер;

• для поиска и извлечения информации из баз данных – сервер баз банных;

• для рассылки информации – почтовый сервер;

• для сетевой печати – сервер печати;

• и др.

Диски сервера доступны всем РС сети. ПО мере необходимости РС отправляет серверу запрос на выполнение каких – либо действий (прочитать данные, распечатать документ, передать электронное письмо и др.). Сервер выполняет затребованное действие и выдает подтверждение.

Передающая среда – каналы связи.

Витая пара

Спутниковые

Коаксиальный кабель

Радио

Оптоволоконный кабель

Радиорелейные

Телефонные

Основные характеристики: пропускная способность, помехоустойчивость, стоимость.

Самыми дорогими являются оптоволоконные, самыми дешевыми – телефонные. Однако, с уменьшением цены снижается и качество работы линии: уменьшается пропускная способность, сильнее влияют помехи.

Основная характеристика пропускная способность, т.е. максимальная скорость передачи информации. Измеряется в килобит/сек, мегабит/сек. Чаще всего следующие виды связи:

Витая пара – проводной канал связи, содержит изолированную пару скрученных проводников с небольшим числом витков на единицу длинны. Скручивание проводников уменьшает влияние внешних электрических помех при распространении сигналов по кабелю. Экранирование витые пары еще более увеличивает помехозащищенность сигналов. Малая пропускная способность – до 10 Мбит/сек.

Низкая помехозащищенность.

Коаксиальный кабель применяется для связи на расстояния до нескольких км. Хорошая помехозащищенность, высокая механическая прочность, средняя цена, скорость передачи от 10 до 50 Мбит/сек.

Внутренний проводник

Оптоволоконный кабель (стекловолоконный) наиболее дорогостоящий. Скорость передачи – несколько Гигабит/сек при блине >50 км. Очень высокая помехозащищенность. Волокно применяется в качестве световода. Источником света является светодиод. Информация кодируется путем изменения интенсивности света. Сети устойчивы против подслушивания, т.к. техника ответвлений очень сложна. Для установки разъемов, поиска неисправностей необходимы специальные приспособления и высокая квалификация.

Защитное покрытие

Стеклянное покрытие

Оптическое волокно

Телефонные линии.

Наиболее распространенные варианты сетей сегодня является модемная телефонная сеть на основе стандартной телефонной линии и компьютера. Она позволяет создать ИВС практически на неограниченной территории. Количество абонентов такой сети практически неограниченно. Для соединения ПК с телефонной сетью используется специальное устройство (плата) – модем, а также соответствующее ПО.

Модем – МОдулятор – ДЕМодулятор. Он выполняет преобразование физической формы представления информации из компьютерного стандарта в стандарт телефонной линии (дискретный электрический сигнал (цифровой) в аналоговый (непрерывный)). Основная характеристика – предельная скорость передачи данных: от 1200 до 5600 бит/сек.

Спутниковая связь.

Эти линии связи обладают большой пропускной способностью, перекрывают огромные расстояния, передают информацию с высокой надежностью вследствие низкого уровня помех. Но спутниковая связь дорогая, так как необходимо иметь наземные станции, антенны, собственно спутник и так далее. На спутниковые системы приходится ≈ 3% мирового трафика. При дальности свыше 800 км спутниковые каналы становятся более экономичными по сравнению с другими видами дальней связи.

Радио связь. Атмосферные и промышленные помехи, взаимное влияние радиостанций, замирание на коротких волнах, высокая стоимость аппаратуры затрудняет использование радиосвязи в ИВС.

Радиорелейная связь. Освоение диапазона ультратонких волн позволили создать радиорелейные линии. Недостатком является необходимость установки через определенные промежутки ретрансляционных станций, их обслуживание и т.д.