[Alekseev_A.P.]_Informatika_2015(z-lib.org)

__________________________________________________________________________________

Порт —число в диапазоне от 0 до 65535, указывающее, какому приложению (какой службе) предназначается пакет, поступивший на данный компьютер. Номер порта указывает на используемый протокол.

Сокет — совокупность IP-адреса и номера порта. Сокет указывает, какому компьютеру предназначен пакет и каким приложением пакет будет обработан.

Рассмотрим процесс доставки электронных пакетов. Сначала пакет попадает на узел провайдера, где маршрутизатор, пользуясь таблицами маршрутизации и указанным в пакете адресом, выбирает дальнейший путь следования. При этом разные пакеты одного и того же сообщения могут дойти до адресата по разным маршрутам, через разные узлы Интернета. Судьба конкретного сообщения в известной степени не зависит от неполадок на отдельных участках сети, так как пакет может быть переправлен к цели обходным путем.

Наконец, на приеме TCP-модуль адресата собирает поступающие пакеты и, пользуясь служебной информацией, соединяет отдельные пакеты в исходное сообщение. Каждый принятый пакет проверяется на целостность и правильность принятой информации. Недостающие или искажённые пакеты по запросу принимающей стороны пересылаются повторно. Все описанные процессы идут со скоростью, близкой к 300 000 км/с, однако время доставки сообщения оказывается относительно большим: от нескольких секунд до нескольких часов.

Дело в том, что длина одного пакета обычно составляет 1500 байт и большое сообщение может быть разбито на несколько сотен пакетов. Таким образом, по каналам связи одновременно следуют, чередуясь друг с другом, тысячи пакетов. При этом общее время использования каналов связи распределяется равномерно между всеми пользователями.

9.2.1. Способы подключения к Интернету

Существует несколько способов подключения к Интернету.

Проще всего подключиться к сети по коммутируемой аналоговой телефонной линии (Dial Up — соединение путём набора телефонного номера провайдера). При такой технологии подключения одновременная работа в Интернете и телефонный разговор невозможны (допустима только поочерёдная работа). Соединение с провайдером происходит через одну или через несколько автоматических телефонных станций. Скорость передачи данных низкая и теоретически может достигать лишь 56 Кбит/с.

Второй способ соединения клиента с провайдером с помощью проводной телефонной линии основывается на технологии ADSL (Asymmetric

__________________________________________________________________________________

Digital Subscriber Line - ассиметричная цифровая абонентская линия). Полосы частот телефонного разговора и передачи цифровых данных разделаются с помощью сплиттера, поэтому можно одновременно по одной линии вести телефонный разговор и работать в Интернете. По сути создаются три канала: один телефонный, второй канал для приёма данных со скоростью до 8 Мбит/с, третий канал для передачи данных от клиента в Интернет со скоростью до 1,5 Мбит/с.

Достоинством предыдущих двух способов подключения к сети является возможность использования (уплотнения) уже проложенной к абоненту двухпроводной телефонной линии.

Более перспективным способом подключения к Интернету является использование выделенного (отдельного) канала связи. Это позволяет значительно повысить скорости передачи и приёма данных, а также снизить число сбоев при работе.

Выделенный канал можно создать с помощью двухпроводной линии, оптоволоконного кабеля, инфракрасного канала или радиосвязи. У этих способов подключений есть множество разновидностей.

Так оптоволоконный кабель может использоваться только для подключения к Интернету, а можно одновременно по этому кабелю принимать телевизионные передачи (стандарт DOCSIS — Data Over Cable Service Interface Specifications) и вести телефонные разговоры. При работе по телевизионному кабелю скорость передачи данных может достигать 56 Мбит/с.

Выделенный радиоканал может быть создан путём непосредственной радиосвязи клиента с провайдером, с помощью радиопередатчиков малой мощности (Wi-Fi) или большой мощности (WiMax), через сотовую телефонную сеть, либо с помощью спутника.

В настоящее время у потребителей уменьшается число проводных стационарных телефонов (по отношению к числу мобильных телефонов). Подключиться к Интернет можно с помощью сотовых сетей телефонной свя-

зи разных поколений: 2G (GPRS, EDGE), 3G (UMTS, HSDPA) и 4G (WiMax, LTE). Для соединения с провайдером клиенту потребуется встроенный или внешний радиомодем.

Практически в любой точке Земли подключение к Интернет можно обеспечить с помощью спутникового канала связи SCPC (Single Channel Per Carrier — один канал на несущую частоту).

Наибольшую скорость скачивания информации можно получить с помощью выделенного канала с оптоволоконным кабелем (1Гбит/c) и в недалёком будущем по радиоканалу WiMax-3 (10 Гбит/с).

__________________________________________________________________________________

9.2.2. Услуги Интернета

Дадим краткую характеристику основным службам, которые функционируют в современной глобальной сети. Каждая служба поддерживается своими правилами работы (протоколами).

FTP (File Transfer Protocol) — протокол передачи файлов. Дает возможность обмениваться двоичными файлами между компьютерами. Это один из самых «древних» прикладных протоколов.

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — этот протокол используется при передаче электронной почты (email) между компьютерами, подключёнными к Интернет. Для приёма электронных сообщений (почты) используются протоколы POP3, IMAP.

WWW (World Wide Web — Всемирная Паутина) — это гипертекстовая информационно-поисковая система. WWW - страницы размещаются на отдельных компьютерах, называемых WWWсерверами (или Webсерверами) и принадлежащих отдельным организациям или частным лицам. С помощью гипертекстовых ссылок, встроенных в документы WWW, пользователь может быстро переходить от одного документа к другому, от сайта к сайту, от сервера к серверу. В основе WWW лежит протокол передачи гипертекстовых сообщений HTTP (Hypertext Transfer Protocol) и гипертекстовая технология.

Usenet — распределённый дискуссионный клуб (телеконференция, группа новостей, News). Услуга поддерживается протоколом NNTP (Net News Transfer Protocol). В отличие от электронной почты, клиент Usenet направляет сообщение не отдельному адресату, а группе неизвестных ему лиц.

Telnet — протокол, который позволяет пользователю одного компьютера подключиться к другому удаленному компьютеру и работать с ним как на собственном компьютере (включая операции редактирования и удаления).

Этот протокол может быть использован, например, в таком случае. При возникновении неисправности клиент обращается соответствую-

щую техническую службу. Специалисты дистанционно обследуют неисправную ЭВМ, устанавливают нужные драйверы, запускают на выполнение нужные программы и т. д. Эта услуга позволяет не только управлять на большом расстоянии другим компьютером, но и промышленным объектом (конвейером), научной установкой (телескопом) или бытовым прибором.

IRC (Internet Relay Chat) — протокол обмена сообщениями группой пользователей. Беседа ведётся в реальном времени путём набора своих реплик на клавиатуре.

__________________________________________________________________________________

Популярным сервисом является служба мгновенных сообщений (Instant Messaging Service). Разработано и используется большое число приложений, некоторые их которых несовместимы между собой. Перечислим наиболее известные программы: ICQ, Miranda, QIP, AOL, PalTalk, MSN, Yahoo!, Jabber, WhatsApp, Telegram.

Internet Phone (IP-телефония) — обеспе-

чивает голосовую связь между абонентами. Речь преобразуется в цифровую форму и передаётся по сети в виде группы электронных пакетов.

С помощью данной услуги возможна передача не только голоса, но и видеоизображения, обмен текстовыми сообщениями, совместное использование приложений (например, графического редактора), обмен файлами. Наиболее известным представителем этой группы приложений

является Skype, хотя и другие мессенджеры позволяют успешно решать перечисленные задачи.

Эта технология позволяет заочно участвовать в конференции, провести виртуальную лекцию. При этом лектор и слушатели будут находиться в разных местах, например, каждый в своей квартире. Естественно, что ЭВМ должна иметь звуковую карту, микрофон, акустическую систему, а для передачи динамического изображения понадобится видеокамера.

Интернет-радио — служба, позволяющая слушать тысячи радиостанций, ведущих вещание в Интернете. Отличительной особенностью этой услуги является возможность выбора радиостанций, вещающих на определенном языке. Радиостанции можно отобрать с учетом тематики вещания (например, новости). Музыкальные радиостанции можно фильтровать по стилям исполняемых произведений (джаз, рок, регги, классическая, ретро и т. д.).

Численность радиостанций в Интернете непрерывно растет. В августе 1996 г. в Сети насчитывалось 178 станций, в декабре 1998 г. их стало 390, в апреле 2000 г. – 3537, а в 2003 г. - 8000. В феврале 2015 года только немецких станций насчитывалось 2174. Все популярные радио-

станции имеют свои интернет-клоны. Многие радиостанции передают музыку с хорошим качеством (320 Кбит/с).

__________________________________________________________________________________

Интернет-телевидение — служба, позволяющая вести приём множества телевизионных каналов. Большое число телевизионных приёмников разработано для планшетов на операционной системе Android.

Поиск информации в сети можно вести с помощью поисковых систем (ПС) и каталогов. Мощные поисковые системы и каталоги являются сложными техническими комплексами, содержащими десятки быстродействующих компьютеров, обслуживание которых ведут сотни специалистов.

Каталоги представляют собой тематически подобранные сетевые адреса, которые сопровождаются краткими комментариями (ан-

нотациями).

Работа ПС основывается на формировании запроса, по которому происходит отбор нужных документов из базы данных, хранящейся на серверах. Запрос формируется с помощью ключевых слов (одного или нескольких). Результаты поиска выдаются пользователю в виде списка адресов (гиперссылок) и краткой аннотации к ним. Высокая скорость поиска информации достигается тем, что индексация (подбор часто встречающихся на сайте слов) происходит заранее с помощью роботов. Роботы – это специальные программы, которые круглосуточно автоматически анализируют все сайты сети и выбирают часто повторяющиеся слова. В момент формирования запроса ПС обращается к базе данных с ключевыми словами и соответствующим им гиперссылкам.

Популярны следующие российские поисковые системы: Rambler, Yandex. Среди зарубежных ПС нужно выделить Google.

Интернет помогает пользователям решать разнообразные задачи: выполнять перевод с одного естественного языка на другой, общаться с людьми из близкой социальной среды, вести интернет-журналы (блоги), размещать в сети созданные сайты (для этого предоставляется бесплатный хостинг), обмениваться мультимедийной продукцией с помощью файлообменных сетей, выполнять покупки товаров (eBay), анализировать дорожную обстановку, участвовать в многопользовательских играх, использовать дополнительную внешнюю память и многое другое.

Для оказания перечисленных услуг в сети круглосуточно работает множество служб.

306 Семиуровневая сетевая модель OSI

__________________________________________________________________________________

9.3. Семиуровневая сетевая модель OSI

Аббревиатура OSI (Open Standards Interconnection) означает: сетевой открытый стандарт. Стандарт разработан международной организацией по стандартизации ISO (International Organization for Standartization), и позволя-

ет почти безошибочно взаимодействовать между собой в сети ЭВМ различных конструкций, на которых установлены различные операционные системы и прикладные программы. Наряду с термином «стандарт OSI» в литературе часто встречается термин «модель OSI». Объясняется это тем, что стандарт OSI нередко используется для объяснения принципа работы сетей, но он не стал обязательным для полного соблюдения разработчиками сетей.

Стандарт OSI разбивает все этапы передачи и приема информации на семь уровней:

физический уровень (нижний уровень);

канальный уровень;

сетевой уровень;

транспортный уровень;

сеансовый уровень;

уровень представления данных;

прикладной уровень (верхний уровень).

9.3.1. Физический уровень

На физическом уровне происходит стандартизация передачи информации по каналам связи, которые могут быть созданы с помощью двухпроводной линии, коаксиального или оптоволоконного кабеля, радио, радиорелейного или спутникового канала связи.

На этом уровне физические среды передачи данных описываются следующими характеристиками: полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и др. На физическом уровне нормируются характеристики электрических сигналов: крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения и тока, тип кодирования, тип модуляции, скорость передачи сигналов.

__________________________________________________________________________________

9.3.2. Канальный уровень

На этом уровне биты группируются в группы, которые называются кадрами (frames). Размер кадра бывает от нескольких сот до нескольких тысяч байт. Структура кадра показана на рисунке.

Кадры помимо передаваемых данных (Блок данных) содержат служебную информацию, с помощью которой можно проверить целостность принятых данных (Контрольная последовательность). Для выявления ошибок передающая сторона вычисляет циклический избыточный код (Cyclical Redundancy Check, CRC). Получив кадр, приёмная сторона выполняет те же вычисления и сравнивает результат с полученным значением CRC.

Получение каждого кадра на приемной стороне подтверждается, путем отправления на передающую сторону кадра подтверждения получения. Если кадр подтверждения сообщает об имеющейся ошибке, то передающая сторона повторно транслирует данный кадр.

Для случаев, когда в процессе передачи вследствие сбоя кадр полностью исчезает, используется таймер. Через некоторое время, отведенное на ожидание прихода кадра подтверждения, передающая сторона самостоятельно повторно передает кадр, на который не пришло подтверждение в заданное время. Для исключения дублирования кадров каждый кадр маркируется неповторяющимся номером.

Канальный уровень обеспечивает доставку кадра между любыми двумя узлами (ЭВМ) локальной сети. Это можно осуществить только в сетях с однородной структурой (топологией): общая шина, звезда и т.д.

9.3.3. Сетевой уровень

Этот уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей. При этом каждая сеть может использовать разные принципы передачи сообщений между ЭВМ и обладать произвольной структурой связей.

Сообщения сетевого уровня принято назвать пакетами (packets). Внутри однотипной ЛВС доставка данных обеспечивается средствами

канального уровня. Доставку данных между двумя и более разнотипными

308 Семиуровневая сетевая модель OSI

__________________________________________________________________________________

ЛВС обеспечивает сетевой уровень, который дает возможность правильно выбрать маршрут передачи сообщения. Заголовок пакетов имеет такую структуру, что позволяет находить адресата в сети любой сложности. Сети соединяются между собой специальными устройствами – маршрутизаторами.

Маршрутизатор – это устройство, которое собирает информацию о топологии (структуре, узлах и связях) межсетевых соединений и на её основании (с учетом адреса, указанного в заголовке пакета) пересылает пакеты в сеть назначения. Маршрут представляет собой перечень маршрутизаторов, через которые проходит пакет.

На рисунке показаны четыре ЛВС, связанные маршрутизаторами (1, 2

и 3) [6].

Между узлами А и В данной сети существуют два маршрута: первый путь проходит через маршрутизаторы 1 и 3, а второй путь - через маршрутизаторы 1, 2 и 3. Таким образом, при появлении неисправности между маршрутизаторами 1 и 3 может быть использован обходной путь.

При выборе пути передачи пакетов следует учитывать факт, что порой геометрически самый короткий путь не является лучшим. Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных по этому маршруту. Время зависит от пропускной способности каналов связи (полосы пропускания) и величины текущего трафика (нагрузки), который может изменяться со временем.

Некоторые алгоритмы маршрутизации пытаются приспособиться к изменению нагрузки в сети. Эти алгоритмы подбирают такой путь передачи пакетов, при котором затраченное на передачу время будет минимальным (они ищут и анализируют все возможные пути передачи трафика). Другие алгоритмы маршрутизации принимают решения на основании средних пока-

__________________________________________________________________________________

зателей за длительное время наблюдений (на основании сбора статистики). Выбор маршрута может осуществляться и с помощью критерия, который повышает надежность передачи пакетов.

При организации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие «номер сети». Адрес каждого передаваемого пакета состоит из старшей части – номера сети и младшей части – номера узла (ЭВМ) в данной сети. Все ЭВМ одной сети имеют одинаковую старшую часть адреса.

Термину «сеть» на сетевом уровне можно дать такое определение: сеть – это совокупность соединенных между собой компьютеров, сетевой адрес которых содержит один и тот же номер сети.

На сетевом уровне решаются вопросы тарификации (стоимости передачи или приема информации). Этот уровень обеспечивает возможность подсчета числа переданных или принятых пакетов (а значит и подсчет объема информации).

9.3.4. Транспортный уровень

На пути от отправителя к получателю сообщения могут быть искажены или утеряны. Транспортный уровень обеспечивает верхним уровням модели (прикладному, представительному и сеансовому) передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Сообщения, передаваемые на этом уровне, называются сегментами.

Модель OSI определяет несколько видов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем. Эти виды сервиса отличаются качеством услуг: срочностью; возможностью восстановления прерванной связи; способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.

Примером транспортного протокола является TCP.

Протоколы нижних четырёх уровней обобщённо называют сетевым транспортом или транспортной подсистемой. Они полностью решают задачу доставки сообщений.

Важной функцией транспортного уровня является ранжирование (упорядоченная расстановка) пакетов, которые могут прийти в произвольном порядке (так как пакеты могут идти разными маршрутами и иметь разное время задержки).

Остальные три (верхних) уровня решают задачи предоставления пользователям прикладных сервисов на основании имеющейся транспортной подсистемы.

310 Семиуровневая сетевая модель OSI

__________________________________________________________________________________

9.3.5. Сеансовый уровень

Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент времени. Он предоставляет средства синхронизации работы (определяет очередность передачи и приема информации). Сеансовый уровень определяет режим передачи данных: полудуплекс или дуплекс.

В полудуплексном режиме передавать информацию может только ЭВМ, у которой в данный момент находится маркер. За счет этого удается избежать коллизий (столкновений) сообщений. Наглядным примером архитектуры, работающей в полудуплексном режиме, является кольцевая архитектура ЛВС. В дуплексном режиме маркеров нет, и обе ЭВМ могут передавать данные даже одновременно.

Этот уровень позволяет вставлять контрольные точки в длинные передаваемые файлы. В случае сбоя можно вернуться назад к последней контрольной точке, а не начинать передачу файла с самого начала.

9.3.6. Представительный уровень

Представительный уровень отвечает за способ кодирования данных. Данные преобразуются в необходимый для передачи стандартный формат. Не все ЭВМ используют одинаковые таблицы кодирования данных, поэтому на этот уровень возложены функции по преобразованию несовместимых способов кодирования данных. Этот уровень используется для выполнения операций шифрования и расшифрования, сжатия и разархивирования, кодирования и декодирования.

9.3.7. Прикладной уровень

Прикладной уровень – набор протоколов, с помощью которых пользователи получают доступ к разделяемым ресурсам (файлам, принтерам, Web-страницам, жестким дискам). На прикладном уровне происходит взаимодействие пользователя с конкретными программами (почтовыми клиентами, браузерами, мессенджерами и т.д.).

Примечание.

Предполагалось, что рассмотренная семиуровневая модель станет стандартом при разработке новых сетевых протоколов. Фактически модель OSI используется лишь в качестве обучающего инструмента.