Лабораторная работа № 6

Тема: Изучение принципов передачи данных по локальной вычислительной сети. Принципы функционирования модели взаимодействия открытых систем (Ореп System Interconnection Reference Model, OSI).

Цель работы: получение практических навыков в работе по созданию и использованию разделяемых сетевых ресурсов в объектно-ориентированной многозадачной сетевой операционной системе Windows 95.

Краткие теоретические сведения

Плaты ceтeвoгo aдaптepa

Плaты ceтeвoгo aдaптepa выcтyпaют в кaчecтвe физичecкoгo интepфeйca, или coeдинeния, мeждy кoмпьютepoм и ceтeвым кaбeлeм. Плaты вcтaвляютcя в cлoты pacшиpeния вcex ceтeвыx кoмпьютepoв и cepвepoв. Чтoбы oбecпeчить физичecкoe coeдинeниe мeждy кoмпьютepoм и ceтью, к cooтвeтcтвyющeмy paзъeмy, или пopтy, плaты (пocлe ee ycтaнoвки) пoдключaeтcя ceтeвой кaбeль. Чем больше раъемов разных типов установлено на плате адаптера (BNC, RJ45…), тем больше выбор кабелей, которыми вы можете воспользоваться для создания сети.

Haзнaчeниe плaты ceтeвoгo aдaптepa:

• пoдгoтoвкa дaнныx, пocтyпaющиx oт кoмпьютepa, к пepeдaчe пo ceтeвoмy кaбeлю:

• пepeдaчa дaнныx дpyгoмy кoмпьютepy;

• yпpaвлeниe пoтoкoм дaнныx мeждy кoмпьютepoм и кaбeльнoй cиcтeмoй.

Адаптеры для сетей – довольно сложные устройства, самостоятельно определяющие, когда можно передать свой кадр и распознающие кадры, которые предназначены для них. Работая с управляющим программным обеспечением, адаптеры в процессе передачи или получении кадра выполняют семь основных операций:

1. Передача данных. Данные передаются из памяти компьютера в адаптер или из адаптера в память через DMA (каналы прямого доступа к памяти);

2. Буферизация. Пока данные обрабатываются сетевым адаптером, они хранятся в буфере. Это позволяет плате получить доступ сразу ко всему кадру и компенсировать разницу между скоростью передачи данных в сети и скоростью обработки в компьютере;

3. Формирование кадра, Сетевой адаптер разбивает поступившие данные на отдельные порции (а при передаче, соответственно собирает их вместе). Пакету должен предшествовать заголовок, а завершает его обычно заключение.

4. Доступ к кабелю. Перед началом передачи проверяет доступность линии

5. Параллельно-последовательное преобразование. При обмене байты данных поступают из буфера в сеть и из сети в буфер последовательно, то есть один бит данных следует за другим. Адаптер осуществляет преобразование параллельных данных в последовательные или последовательные в параллельные за несколько долей секуды перед передачей;

6. Кодирование/декодирование. Для передачи данных по сетям формируются специальные электрические сигналы, которые соответствуют передаваемой информации и по которым эта информация восстанавливается на принимающем устройстве

7. Передача/прием импульсов. Электрические закодированные импульсы, содержащие данные, то есть образующие кадр данных, усиливаются и передаются в линию связи.

Сетевые адаптеры и управляющая программа обнаруживают и по возможности исправляют ошибки, возникшие в результате коллизий и помех и неисправности оборудования.

Сетевые адаптеры отличаются не только способом доступа к линии и протоколами обмена, но и другими параметрами, в частности:

• Скоростью передачи данных;

• Емкостью встроенной памяти для буферизации;

• Типом системной шины, на работу с которой они рассчитаны (8, 16-разрядная или МСА);

• Допустимым быстродействием шины

• Интеллектом (на некоторых сетевых адаптерах устанавливается свой процессор

• Типами установленных разъмов;

• Совместимостью с различными типами процессоров;

Пoмимo пpeoбpaзoвaния дaнныx, плaтa ceтeвoгo aдaптepa дoлжнa yкaзaть cвoe мecтo нaxoждeниe, или aдpec, - чтoбы ee мorли oтличить oт ocтaльныx плaт.

Ceтeвыe aдpeca (network address) oпpeдeлeны кoмитeтoм IEEE. Этoт кoмитeт зaкpeпляeт зa кaждым пpoизвoдитeлeм плaт ceтeвoгo aдaптepa нeкoтopый интepвaл aдpесcoв. Пpoизвoдитeли "зaшивaют" эти aдpeca в микpocxeмы. Блaгoдapя этoмy кaждая плaтa и, cлeдoвaтeльнo, кaждый кoмпьютep имeют yникaльный aдpec в ceти.

Перед тем как послать данные по сети, плата сетевого адаптера проводит электронный диалог с принимающей платой, во время которого "обговаривают":

• Максимальный размер блока передаваемых данных

• Объем данных, передаваемых без подтверждения о получении

• Интервалы между передачами блоков данных

• Интервал, в течение которого необходимо послать пожтверждение

• Объем данных, который может принять каждая плата не переполнясь

• Скорость передачи данных

Если более производительной плате необходимо взаимодействовать со старой (медленной), то они должны найти общую скорость передачи.

Модель взаимодействия открытых систем (Ореп System Interconnection Reference Model (OSI)). Основой функционирования любых компьютерных сетей является сетевая модель OSI (Open Systems Interconnection). Согласно модели OSI различные функции сети распределены между семью уровнями, каждому из которых соответствуют различные операции. На каждом из уровней OSI работают различные части программного обеспечения (протоколы) и различные виды сетевого оборудования.

7. Прикладной (Application) уровень		Прикладной (Application) уровень
6. Представительский (Presentation) уровень	Виртуальная	Представительский (Presentation) уровень
5. Сеансовый (Session) уровень	связь	Сеансовый (Session) уровень
4. Транспортный (Transport) уровень		Транспортный (Transport) уровень
3. Сетевой (Network) уровень		Сетевой (Network) уровень
2. Канальный (Data Link) уровень		Канальный (Data Link) уровень
1. Физический (Physical) уровень		Физический (Physical) уровень

Схема модели OSI

Нижние уровни — 1-й и 2-й — определяют физическую среду передачи данных и сопутствующие задачи (такие, как передача битов данных через плату сетевого адаптера и кабель). Самые верхние уровни определяют, каким способом осуществляется доступ приложений к услугам связи, Чем выше уровень, тем более сложную задачу он решает.

Каждый уровень предоставляет несколько услуг (т. е. выполняет несколько операций), которые готовят данные для доставки по сети на другой компьютер. Уровни отделяются друг от друга границами — интерфейсами. Все запросы от одного уровня к другому передаются через интерфейс. Каждый уровень при выполнении своих функций использует услуги нижележащего уровня.

Задача каждого уровня — предоставить услуги вышележащему уровню, “маскируя” встали реализации этих услуг. При этом каждый уровень на компьютере-отправителе работает так, будто он напрямую связан с таким же уровнем на компьютере-получателе. Эта логическая, или виртуальная, связь между одинаковыми уровнями показана на рисунке. Однако в действительности связь осуществляется между смежными уровнями одного компьютера — программное обеспечение каждого уровня, реализуют определенные сетевые функции в соответствии с набором протоколов.

Перед подачей в сеть данные разбиваются на пакеты. Пакет (packet) - это единица иформации, передаваемая между устройствами сети как единое целое. Пакет проходит последовательно через все уровни программного обеспечения. На каждом уровне к пакету добавляется некоторая информация, форматирующая или адресная, которая необходима для успешной передачи данных по сети. На принимающей стороне пакет проходит через все уровни в обратном порядке. программное обеспечение на каждом уровне читает информацию пакета, затем удалят информацию, добавленную к пакету на этом же уровне отправляющей стороной, и передает пакет следующему уровню. Когда пакет дойдет до прикладного уровня, адресная информация будет удалена и данные примут свой первоначальный вид.

Таким образом, за исключением самого нижнего уровня сетевой модели, никакой иной уровень не может непосредственно послать информацию соответствующему уровню другого компьютера. Информация на компьютере-отправителе должна пройти через все уровни. Затем она передается по сетевому кабелю на компьютер-получатель и опять проходит сквозь все слои, пока не достигнет того же уровня, с которого она была посла компьютере-отправителе.

Взаимодействие смежных уровней осуществляется через интерфейс. Интерфейс определяет услуги, которые нижний уровень предоставляет верхнему и способ доступа к ним. Каждому уровню одного компьютера “кажется”, что он непосредственно взаимодействует с таким же уровнем другого компьютера.

Уровень 7, Прикладной (Application), — самый верхний уровень модели OSI. Он представляет собой окно для доступа прикладных процессов к сетевым услугам. Этот уровень обеспечивает услуги, напрямую поддерживающие приложения пользователя, такие, как программное обеспечение для передачи файлов, доступа к базам данных и электронная почта. Нижележащие уровни поддерживают задачи, выполняемые на прикладном уровне. Прикладной уровень управляет общим доступом к сети, потоком данных и восстановлением после сбоев связи.

Уровень 6, Представительский (Presentation), определяет формат, используемый для обмена данными между сетевыми компьютерами. Этот уровень можно назвать переводчиком. На пПредставительском уровне компьютера-отправителя данные, поступившие от прикладного уровня, переводятся в общепонятный промежуточный формат. На этом же уровне компьютера-получателя происходит обратный перевод: из промежуточного формата в тот, который используется прикладным уровнем данного компьютера. Представительский уровень отвечает за преобразование протоколов, трансляцию данных, их шифрование, смену или преобразование применяемого набора символов (кодовой таблицы) и расширение графических команд. Представительский уровень, кроме того, управляет сжатием данных для уменьшения общего числа передаваемых битов.

Уровень 5, Сеансовый (Session), позволяет двум приложениям на разных компьютерах устанавливать, использовать и завершать соединение, называемое сеансом. На этом уровне выполняются такие функции, как распознавание имен и защита, необходимые для связи двух приложений в сети. Сеансовый уровень обеспечивает синхронизацию между пользовательскими задачами посредством расстановки в потоке данных контрольных точек (checkpoints). Таким образом, в случае ошибки потребуется заново передать только данные, следующие за последней контрольной точкой. Этот уровень управляет диалогом между взаимодействующими процессами, т. е. регулирует, какая из сторон когда, как долго и т. д. должна осуществлять передачу.

Уровень 4, Транспортный (Transport), располагается ниже сеансового уровня. Транспортный уровень гарантирует доставку пакетов без ошибок, в той же последовательности, без потерь и дублирования. На этом уровне компьютера-отправителя сообщения распаковываются: длинные разбиваются на несколько пакетов, а короткие объединяются в один. Это увеличивает эффективность передачи пакетов по сети. На Транспортном уровне компьютера-получателя сообщения распаковываются, восстанавливается в первоначальном виде, и обычно посылается сигнал подтверждения приема. Транспортный уровень управляет потоком сообщений, проверяет ошибки и участвует в решении проблем, связанных с отправкой и получением пакетов.

Уровень 3, Сетевой (Network), отвечает за адресацию сообщений и перевод логических адресов и имен в физические адреса. Одним словом, исходя из конкретных сетевых условий, приоритета услуги и других факторов здесь определяется маршрут от компьютера - отправителя к компьютеру-получателю. На этом уровне решаются также такие задачи и проблемы, связанные с сетевым графиком, как коммутация пакетов”, маршрутизация и перегрузки. Если сетевой адаптер маршрутизатора не может передавать большие блоки данных, посланные компьютером-отправителем, на Сетевом уровне эти блоки разбивается на меньшие. А Сетевой уровень компьютера-получателя собирает эти данные в исходное состояние.

Уровень 2, Канальный (Data Link), осуществляет передачу кадров (frames) данных от сетевого уровня к физическому. Кадры — это логически организованная структура, в которую можно помещать данные. Канальный уровень компьютера-получателя упаковывает “сырой” поток битов, поступающих от физического уровня, в кадры данных.

На рис. 1 представлен простой кадр данных, где идентификатор отправителя - адрес компьютера-отправителя, а идентификатор получателя — адрес компьютера-получателя. Управляющая информация используется для маршрутизации, а также указывает тип пакета и сегментацию. Данные — собственно передаваемая информация, CRC (остаток избыточной циклической суммы) — это сведения, которые помогут выявить ошибки, что, в свою очередь, гарантирует правильный прием информации.

Канальный уровень обеспечивает точность передачи кадров между компьютерами через физический уровень. Это позволяет сетевому уровню считать передачу данных по сетевому соединению фактически безошибочной.

Обычно, когда канальный уровень посылает кадр, он ожидает со стороны получателя подтверждения приема. Канальный уровень получателя проверяет наличие возможных ошибок передачи. Кадры, поврежденные при передаче или не получившие подтверждения о приеме, посылаются заново.

Уровень 1, Физический (Physical), — самый нижний в модели OSI. Этот уровень осуществляет передачу неструктурированного, “сырого”, потока битов по физической среде (например, по сетевому кабелю). Здесь реализуются электрический, оптический, механический и функциональный интерфейсы с кабелем. Физический уровень также формирует сигналы, которые переносят данные, поступившие от всех вышележащих уровней. На этом уровне определяется способ соединения сетевого кабеля с платой сетевого адаптера, в частности, количество контактов в разъемах и их функции. Кроме того, здесь определяется способ передачи сигналов по сетевому кабелю.

Физический уровень предназначен для передачи битов (нулей и единиц) от одного компьютера к другому. Содержание самих битов на данном уровне значения не имеет. Этот уровень отвечает за кодирование данных и синхронизацию битов, гарантируя, что переданная единица будет воспринята именно как единица, а не как ноль. Наконец, физический уровень устанавливает длительность каждого бита и способ перевода бита в соответствующие электрические или оптические импульсы, передаваемые по сетевому кабелю.

Передача данных по сети

Данные обычно содержатся в больших по размерам файлах. Однако сети не будут нормально работать, если компьютер посылает этот блок данных целиком. Существует две причины, замедляющие работу сети при передаче по кабелю больших блоков данных.

Во-первых, такой блок, посылаемый одним компьютером, заполняет кабель и “свя-шает” работу всей сети, препятствуя взаимодействию остальных сетевых компонентов.

Во-вторых, возникновение ошибок при передаче крупных блоков приведет к по-вторной передаче всего блока. А если поврежден небольшой блок данных, то повторно придется передать только этот небольшой блок, что значительно сэкономит время. Чтобы быстро, не тратя времени на ожидания, передавать данные по сети, надо разбить их на небольшие управляемые блоки. Эти блоки называются пакетами или кадрами. Хотя термины “пакет” и “кадр” синонимичны, полными синонимами они все-таки не являются. Существуют различия между типами сети, которые эти термины отражают.

Пакет — основная единица информации в компьютерных сетях. При разбиении данных на пакеты скорость их передачи возрастает настолько, что каждый компьютер в сети получает возможность принимать и передавать данные практически одновременно с остальными компьютерами. На целевом компьютере (компьютере-получателе) пакеты накапливаются и выстраиваются в определенном порядке для восстановления исходного вида данных.

При разбиении данных на пакеты сетевая операционная система добавляет к каждому пакету специальную управляющую информацию. Она обеспечивает:

• передачу исходных данных небольшими блоками;

• сбор данных в определенном порядке (при их получении);

• проверку данных на наличие ошибок (после сборки).

Структура пакета. Пакеты могут содержать несколько типов данных:

• информацию (например, сообщения или файлы):

• определенные виды данных и команд, управляющих компьютером (например, запросы к службам);

• коды управления сеансом (например, запрос на повторную передачу для исправления ошибки).

Некоторые компоненты являются обязательными для всех типов пакетов:

• адрес источника (source), идентифицирующий компьютер-отправитель;

• передаваемые данные;

• адрес место назначения (destination), идентифицирующий компьютер-получатель;

• инструкции сетевым компонентам о дальнейшем маршруте данных;

• информация компьютеру-получателю о том, как объединить передаваемый пакет с остальными, чтобы получить данные в исходном виде;

• информация для проверки ошибок, обеспечивающая корректность передачи.

Компоненты пакета группируются в три раздела: заголовок, данные и трейлер.

 

Заголовок включает:

• сигнал, “говорящий” о том, что передается пакет:

• адрес источника:

• адрес местоназначения;

• информацию, синхронизирующую передачу.

Данные:

Часть пакета — собственно передаваемые данные. В зависимости от типа сети ее размер может меняться. Но для большинства сетей он составляет от 512 байтов до 4 Кб. Размер исходных данных обычно превышает 4 Кб, поэтому для помещения в пакет их необходимо разбивать на меньшие блоки. При передаче объемного файла трется много пакетов.

Трейлер

Содержимое трейлера зависит от метода связи, или протокола. Впрочем, чаще всего трейлер содержит информацию для проверки ошибок, называемую циклическим избыточным кодом (Cyclical Redundancy Check, CRC). CRC — это число, получаемое в результате математических преобразований над пакетом и исходной информацией. Когда пакет достигает местоназначения, эти преобразования повторяются. Если результат совпадает с CRC — пакет принят без ошибок. В противном случае — при передаче данные изменились, поэтому необходимо повторить передачу пакета.

Формат и размер пакета зависят от типа сети. А максимальный размер пакета определяет, в свою очередь, количество пакетов, которое будет создано сетевой операционной системой для передачи большого блока данных.

Процесс формирования пакета начинается на прикладном уровне модели OSI, т. е. там, где “рождаются” данные. Информация, которую надо переслать по сети, проходит сверху вниз все 7 уровней, начиная с прикладного.

На каждом уровне компьютера-отправителя к блоку данных добавляется информация, предназначенная для соответствующего уровня компьютера-получателя. Например, информация, добавленная на канальном уровне компьютера-отправителя, будет прочитана канальным уровнем компьютера-получателя. Транспортный уровень разбивает исходный блок данных на пакеты. Структура пакетов определяется протоколом, который используют два компьютера — получатель и отправитель. На Транспортном уровне, кроме того, к пакету добавляется информация, которая поможет компьютеру-получателю восстановить исходные данные из “случайной” последовательности пакетов.

Когда, завершив свой путь к кабелю, пакет проходит физический уровень, он содержит информацию всех остальных шести уровней.

Большинство пакетов в сети адресуется конкретному компьютеру, и, как результат, он один реагирует на них. Каждая плата сетевого адаптера “видит” все пакеты, передаваемые по сегменту кабеля, но только при совпадении адреса пакета с адресом компьютера она прерывает его работу. Используется также широковещательная адресация: на пакет с таким типом адреса одновременно реагирует множество компьютеров в сети.

 

Лабораторная работа включает в себя изучение кратких теореческих сведений, выполнение задания к лабораторной работе, оформление отчета и сдачу работы.

Задание к работе :

1. Используя утилиты Windows (Приложение 1) и другие доступные средства, произвести анализ настройки рабочей станции и дать её описание.

2. Ответить на тестовые вопросы.

3. Процедура настройки драйвера и работа с системными ресурсами при инсталяции сетевой карты. (Определите последовательность действий и перечень используемых сетевых ресурсов, параметров сетевого адаптера)

Содержание отчета:

1. цель и задание к лабораторной работе.

2. ответы на тестовые вопросы

3. распечатки результатов выполнения задания 1 и 3.

Тестовые вопросы.

1. Для передачи по сетевому кабелю плата сетевого адаптера преобразует последовательные данные, поступающие от компьютера, в параллельную форму _________________ (да/нет)

2. Чтобы помочь плате сетевого адаптера передать данные по сетевому кабелю, компьютер выделяет ей всю свою оперативную память _________ (да/нет)

3. Данные временно хранятся в трансивере платы сетевого адаптера, выступающем в качестве буфера __________ (да/нет)

4. И передающая и принимающая платы сетевого адаптера должны согласовать скорость передачи _________ (да/нет)

5. Заголовок пакета обычно содержит информацию для проверки ошибок, называемую CRC _________ (да/нет)

6. Структура пакета определяется методом связи, или протоколом, который используют два компьютера — отправитель и получатель _________ (да/нет)

7. Трейлер пакета содержит адрес местоназначения _________ (да/нет)

Заполните пропуски в следующих высказываниях.

8. В модели OSI все сетевые операции разделены на ______________ уровней.

9. Задача каждого уровня — предоставление услуг ____________ уровню, “маскируя” детали реализации этих услуг.

10. На каждом уровне к пакету добавляется некоторая информация, форматирующая или ________

_______.

11. Каждый уровень на компьютере-отправителе работает так, будто он напрямую связан с ____________ _____ уровнем на компьютере-получателе.

12. Верхний, или ______________, уровень управляет общим доступом к сети, потоком данных и восстановлением после сбоев связи.

13. ________________ уровень компьютера-получателя переводит промежуточный формат в тот, который используется Прикладным уровнем этого компьютера.

14. ________________ уровень определяет маршрут от компьютера-отправителя к компьютеру-получателю.

15. Канальный уровень предназначен для передачи _________________ от сетевого уровня к физическому.

16. __________ информация используется для маршрутизации, а также указывает на тип пакета и сегментацию.

17. Ha_____________ уровне определяется способ соединения сетевого кабеля с сетевым адаптером.

18. Компьютер-отправитель разбивает данные на небольшие блоки, называемые ____________, с которыми может работать протокол.

19. Несколько протоколов, которые могут работать совместно, образуют так называемый _________ протоколов.

20. Компьютер-получатель копирует данные из пакетов в _____________ - для их объединения в исходный блок данных

21. Процесс создания пакета начинается на ___________ уровне модели OSI

Контрольные вопросы:

1. Назначение плат сетевого адаптера

2. Функции сетевого адаптера

3. Параметры сетевого адаптера

4. Модель OSI

5. Назначение уровней модели OSI

6. Назначение и структура пакетов

Приложение 1

Некоторые утилиты Windows 95 для настройки сети.

Утилита ipconfig.exe или winipcfg.exe

Выполнение команды без ключей выводит информацию обо всех сетевых картах системы и установленных связях РРР. Применив ключ команды ALL можно получить аппаратные MAC-адреса устройств. Команда с ключами может быть использована для внесения изменений в настройку устройств.

Утилита Net.exe

C:\>net /?Чтобы получить дополнительные сведения о конкретной команде Microsoft NET, поместите вслед за именем команды ключ /? (например NET VIEW /?).

NET CONFIG Вывод сведений о рабочей группе.

NET DIAG Запуск программы Microsoft Network для получения данных о сети Diagnostics

NET HELP Вывод сведений о командах и сообщениях об ошибках.

NET INIT Загрузка протокола и драйверов сетевой платы без привязки их к диспетчеру протоколов

NET LOGOFF Отключение всех используемых компьютером общих ресурсов.

NET LOGON Идентификация пользователя как члена рабочей группы.

NET PASSWORD Изменение пароля для входа в сеть.

NET PRINT Вывод сведений об очередях печати и управление заданиями по выводу на печать

NET START Запуск служб.

NET STOP Остановка работы служб.

NET USE Подключение и отключение сетевых ресурсов и вывод сведений о подключениях

NET VER Вывод типа и версии используемой системы переадресации.

NET VIEW Вывод списка компьютеров, обеспечивающих совместный доступ к ресурсам, или общих ресурсов конкретного компьютера