Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Сетевые информационные технологии

Методические указания к лабораторным работам

для студентов 5 курса факультета РЭФ,

специальность 200700  "Радиотехника"

Новосибирск

2005

Составитель: канд. техн. наук, доц. Н.Э. Унру

Рецензенты: В.А. Анисимов, канд. техн. наук, доц. НГТУ

В.И. Жиратков, канд. техн. наук, доц. НГТУ

Ю.В. Морозов, ст. преподаватель НГТУ

В.Р. Снурницин, канд. техн. наук, доц. НГТУ

Работа подготовлена кафедрой радиоприёмных

и радиопередающих устройств

 Новосибирский государственный

технический университет, 2005 г.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 1

физический и канальный уровни протоколов

информационно-вычислительных сетей

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Создание элементарной ячейки информационно-вычислительной сети. Ознакомление с некоторыми функциями физического и канального уровней модели взаимодействия открытых систем.

1. ПОЯСНЕНИЯ К РАБОТЕ

1.1. ВВЕДЕНИЕ

Для того, чтобы подключённые к сети компьютеры, имеющие, в общем случае, разную аппаратную и программную начинку, могли обмениваться сообщениями, необходимо чтобы все они придерживались некоторых общих для всех правил и процедур. Для решения этой проблемы в начале 80-х годов 20-го века международные организации по стандартизации разработали модель, которая сыграла значительную роль в развитии информационно-вычислительных сетей. Эта модель называется моделью взаимодействия открытых систем (ВОС) или моделью OSI (Open System Interconnection) и показана на рис. 1. Она определяет различные уровни взаимодействия открытых систем, даёт им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень. Общеизвестным примером открытой системы является Internet.

Модель OSI позволяет разрабатывать новое аппаратное и программное сетевое обеспечение по общим правилам, а также создавать программно-аппаратные комплексы из продуктов разных производителей.

Весь процесс взаимодействия компьютеров в информационно-вычислительных сетях представляется как иерархия уровней. Каждый из семи уровней имеет собственный свод правил (протоколов) и соответствующее название. В таблице 1 перечислены имена этих уровней и кратко указаны их функции.

Охарактеризуем более подробно канальный и физический уровни модели OSI.

Канальный уровень или уровень управления каналом организует канал передачи информационных данных. Канальное соединение строится на одном или нескольких физических соединениях.

Открытая Открытая Открытая

система 1 система система 2

ретранслятора

П рикладной 7 7

Сетенезависимые

П редставительский 6 6

протоколы

С еансовый 5 5

Т ранспортный 4 4

С етевой 3 3 3

Сетез а- висимые

К анальный 2 2 2

прото- колы

Ф изический 1 1 1

Сеть передачи данных

Рис. 1. Модель взаимодействия открытых систем OSI

Одной из задач канального уровня является проверка доступности среды передачи. Другая задача канального уровня — 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 битов в начало и конец каждого кадра. Кроме того, он также вычисляет контрольную сумму, обрабатывая все байты кадра определенным способом, и добавляет её к кадру. Когда кадр приходит по сети, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, 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. Необходимо отметить, что функция исправления ошибок для канального уровня не является обязательной, поэтому в некоторых протоколах этого уровня она отсутствует.

Таблица 1. Краткая характеристика уровней модели OSI

Название уровня	Выполняемы уровнем функции
Прикладной	Обеспечивает доступ прикладных программ пользователей к разделяемым ресурсам (файлам, принтерам, Web-страницам). Задачами этого уровня является перенос файлов, обмен почтовыми сообщениями и управление сетью.
Представительный	Обеспечивает секретность обмена данными, преодолевает синтаксические различия в представлении данных или различия в кодах символов
Сеансовый	Устанавливает, поддерживает и расторгает сеансы связи; синхронизирует обмен данными; вставляет контрольные точки (точки “отката”) в длинные передачи
Транспортный	Делит потоки информации на достаточно малые фрагменты (пакеты) для передачи их на сетевой уровень; обеспечивает требуемую надёжность передаче данных, обнаруживает и исправляет такие ошибки передачи как искажение, потеря и дублирование пакетов
Сетевой	Обеспечивает маршрутизацию, т.е. выбор наилучшего пути передачи пакета; управляет информационными потоками и отвечает также связь между сетями
Канальный	Организует канал передачи информационных данных (в том числе проверка доступности канала связи); группирует биты в кадры, вычисляет для кадров контрольную сумму; обеспечивает корректность передачи кадра
Физический	Характеризует физическую среду для передачи данных, включая полосу пропускания скорость передачи и др., тип кабеля и назначение контактов разъёмов; параметры используемых сигналов

Канальный уровень обеспечивает надёжную доставка пакета:

1. Между двумя соседними станциями в сети с произвольной топологией.

2. Между любыми станциями в сети с типовой топологией:

   • проверка доступности разделяемой среды;

   • выделение кадров из потока данных, поступающих по сети; формирование кадров при отправке данных;

   • подсчет и проверка контрольной суммы.

Реализуется программно-аппаратно.

В протоколах канального уровня, используемых в локальных сетях, заложена определенная структура связей между компьютерами и способы их адресации. Хотя канальный уровень и обеспечивает доставку кадра между любыми двумя узлами локальной сети, он это делает только в сети с определенной топологией связей, именно той топологией, для которой он был разработан. К таким типовым топологиям, поддерживаемым протоколами канального уровня локальных сетей, относятся "общая шина", "кольцо" и "звезда", а также структуры, полученные из них с помощью мостов и коммутаторов.

В локальных сетях протоколы канального уровня используются компьютерами, мостами, коммутаторами и маршрутизаторами. В компьютерах функции канального уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и их драйверов.

Примерами протоколов канального уровня являются протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

В глобальных сетях, которые редко обладают регулярной топологией, канальный уровень часто обеспечивает обмен сообщениями только между двумя соседними компьютерами, соединенными индивидуальной линией связи (связи типа "точка-точка" глобальных сетей).

Иногда в глобальных сетях функции канального уровня в чистом виде выделить трудно, так как в одном и том же протоколе они объединяются с функциями сетевого уровня. Примером такого подхода может служить протоколы технологии ATM.

Тем не менее, для обеспечения качественной транспортировки сообщений в сетях любых топологий и технологий функций канального уровня оказывается недостаточно, поэтому в модели OSI решение этой задачи возлагается на два следующих уровня — сетевой и транспортный.

Физический уровень имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи, таким, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или цифровой территориальный канал. Он получает пакеты данных от вышележащего канального уровня и преобразует их в оптические или электрические сигналы, соответствующие 0 и 1 бинарного потока. Эти сигналы посылаются через среду передачи на приемный узел. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию, такую как крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме того, здесь стандартизируются типы разъемов и назначение каждого контакта.

Физический уровень определяет:

• передачу битов по физическим каналам;

• формирование электрических сигналов;

• кодирование информации;

• синхронизацию;

• модуляцию;

• тип кабелей и разъемов;

• разводку контактов в разъемах.

Реализуется аппаратно. Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.