21. Модель взаимодействия открытых систем

Открытая система — система, доступная для взаимодействия с другими системами в соответствии с принятыми стандартами.

Международной организацией по стандартизации (ISO — International Organisation for Standardization) разработана система стандартных протоколов, получившая название модели взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection — OSI), часто называемая также эталонной семиуровневой логической моделью открытых систем.

Протокол — это набор правил и методов взаимодействия объектов вычислительной сети, охватывающий основные процедуры, алгоритмы и форматы взаимодействия, обеспечивающие корректность согласования, преобразования и передачи данных в сети. Реализацией протокольных процедур обычно управляют специальные программы, реже аппаратные средства.

Модель OSI представляет собой самые общие рекомендации для построения стан­дартов совместимых сетевых программных продуктов, она же служит базой для производителей при разработке совместимого сетевого оборудования, то есть эти рекомендации должны быть реализованы как в аппаратуре, так и в программных средствах вычислительных сетей. В настоящее время модель взаимодействия открытых систем является наиболее популярной сетевой архитектурной моделью. Модель регламентирует общие функции, а не специальные решения, поэтому решенные сети имеют достаточно пространства для маневра. Итак, для упорядочения функций управления и протоколов вычислительной сети вводятся функциональные уровни. В общем случае сеть должна иметь 7 функциональных уровней (табл. 11.1). •

Таблица 11.1. Уровни управления модели OSI

Набор протоколов достаточный для организации взаимодействия в сети называется стеком коммуникационных протоколов.

22. Сети и сетевые технологии нижних уровней. Сеть isdn.

Цифровая сеть с интеграцией услуг ISDN (Integrated Serviced Digital Network) использует цифровые каналы связи в режиме коммутации каналов. Первоначально ISDN задумывалась как сеть, способная интегрировать существующие телефонные сети с зарождающимися тогда сетями передачи данных.

Адресация в сети строится по телефонному принципу. Номер ISDN состоит и: 15 десятичных цифр и включает в себя код страны, код сети и код местной подсети. Код страны такой же, как в обычной телефонной сети. По коду сети выполняется переход в заданную сеть ISDN. Внутри подсети для адресации используете; десятичных цифр, что позволяет детально идентифицировать любое устройство.

Сети ISDN можно использовать при передаче данных, для объединения удаленных локальных сетей, для доступа к сети Интернет, для интеграции передачи разного вида трафика, в том числе видео и голосового. Терминальными устройствами сети могут быть цифровые телефонные аппараты, компьютеры с ISDN-адаптером, видео- и аудиооборудование. Основные достоинства сетей ISDN:

-  предоставление пользователю широкого круга качественных услуг: передача данных, телефония, объединение ЛВС, доступ к Интернету, передача видео-и аудиотрафика;

-  использование обычных двухпроводных линий связи с мультиплексированием одного канала между несколькими абонентами;

-  более высокая, нежели при работе с традиционными модемами, скорость передачи информации по телефонным каналам связи — до 128 кбит/с на один   канал;

-  эффективность использования в корпоративных сетях

Недостатки сетей:

-  большие единовременные затраты при создании и модернизации сети;

-  синхронное использование каналов связи, не позволяющее динамически подключать к работающему каналу новых абонентов. Скоростной предел передачи данных — 2048 кбит/с (в сети D-ISDN до 155 Мбит/с). Следует сказать, что для работы по цифровым каналам связи, особенно по выделенным цифровым каналам, существуют технологии, позволяющие передавать информацию с гораздо большими скоростями. Например, технологии SDH (Synchronous Digital Hierarchy) и SONET (Synchronous Optical NET) обеспечивают скорости пере­дачи, в частности по волоконно-оптическому кабелю, до 2488 Мбит/с.

Компоненты сетей ISDN

Компонентами сетей ISDN являются (рис. 11.8) терминалы (terminals), терминальные адаптеры (terminal adapters ТА), сетевые терминалы (network termination evices), линейные терминалы (line-termination equipment) и магистральные уст-ойства (exchange-termination equipment).

 

Рис. 11.8. Физическая структура сети ISDN  

Специализированные ISDN-терминалы ТЕ1 обеспечивают представление данных пользователю и непосредственное подключение пользователя к интегрированной сети. Простые терминалы ТЕ2 представляют собой терминалы в обычном понимании этого термина и не обеспечивают непосредственного подключения пользо­вателя к сети ISDN.

Терминальный адаптер ТА обеспечивает подключение простых терминалов к сети ISDN. Точка сопряжения R используется для подключения простых терминалов к терминальным адаптерам.

Сетевые терминалы NT1 и NT2 обеспечивают подключение терминалов пользователя к различным точкам сопряжения сети ISDN. Точка сопряжения S используется для подключения терминалов пользователя к сетевому терминалу. Сетевой терминал NT2 обеспечивает взаимодействие с сетью терминалов пользователя, которые подключены к магистрали S. Точка сопряжения Т используется для под­ключения сетевых терминалов NT1 и NT2. Точка сопряжения U используется для подключения сетевого терминала NT1 к коммутатору ISDN.

Пользовательские интерфейсы сетей ISDN

Пользователь может соединяться с сетью как по цифровым, так и по аналоговым каналам, в последнем случае на входе сети выполняется аналого-цифровое, а на выходе сети цифро-аналоговое преобразование информации.

Внутрисетевой интерфейс базируется на цифровых каналах трех типов:

-  В — основной канал передачи пользовательских данных со скоростью передачи данных 64 кбит/с;

-  D — канал передачи управляющей (адресной) информации, на основании которой выполняется коммутация каналов (может передавать и пользовательские данные с низкой скоростью) со скоростью передачи 16 или 64 кбит/с;

-   H — канал высокоскоростной передачи пользовательских данных со скоростями передачи 384 (канал НО), 1536 (канал Н11), 1920 (канал Н12) кбит/с.

На основании этих каналов сеть ISDN поддерживает два типа пользовательских интерфейсов.

1.  Начальный пользовательский интерфейс BRI (Basic Rate Interface) выделяет пользователю два канала В для передачи данных и один канал D (16 кбит/с) для передачи управляющей информации (формат 2B+D) и обеспечивает об­щую пропускную способность 192 кбит/с. Данные по интерфейсу передаются 48-битными кадрами. Передача кадра длится 250 мс, что обеспечивает пропускную способность каналов В 64 кбит/с, а канала D — 16 кбит/с. Возможно исполь­зование не только формата 2 B+D, но и B+D, и просто D. Протокол физическо­го уровня построен по стандарту 1.430/431. Различные каналы пользователя могут мультиплексировать (разделять) один физический канал по технологии TDM (Time Division Multiplexing).

2.  Основной пользовательский интерфейс — интерфейс первичной скорости PRI (Primary Rate Interface), обеспечивает пользователей более скоростной пере­дачей данных, выделяя ему ресурсы по форматам 30B+D (в Европе) или 23B+D (на других континентах). Суммарная пропускная способность состав­ляет 2048 кбит/с в Европе и 1544 кбит/с на других континентах (в принципе, соответствующей настройкой системы можно реализовать и другие форматы: при одном D устанавливать любое значение В, но не более 31). В интерфейсе PRI могут использоваться и каналы Н, но общая пропускная способность не должна превышать 2048 кбит/с (то есть для каналов Н11 и Н12 возможен только формат H+D). Основной пользовательский интерфейс используют сети N-ISDN (narrowband). При использовании широкополосных каналов связи могут быть организованы более мощные сети D-ISDN (broadband), способные передавать данные со скоростью 155 000 кбит/с.

Интеграция разнородных трафиков в сети ISDN выполняется по принципу временного разделения (time division multiplexing — TDM).

23. Сети и сетевые технологии нижних уровней. Сеть и технология Х.25.

Сеть Х.25 является классической полнопротоколъной сетью, разработанной Международной организацией по стандартизации (ISO). Эта сеть явилась базой ин­формационного обмена региональных и общероссийских органов управления, иных корпоративных структур. Сети Х.25, ориентированные на использование малых и больших компьютеров, существуют в сотнях городов России и базируются на инфраструктуре Ростелекома.

Главной особенностью сети Х.25 является использование виртуальных каналов для обеспечения информационного взаимодействия между компонентами сети. Виртуальные каналы предназначены для организации вызова и непосредственной передачи данных между абонентами сети. Информационный обмен в сети Х.25 во многом похож на аналогичный процесс в сетях ISDN и состоит из трех обязательных фаз:

- установление вызова (виртуального канала);

- информационный обмен по виртуальному каналу; 

- разрывание вызова (виртуального канала).

Компонентами сети являются устройства трех основных категорий:        

 - терминальные устройства DTE (Data Terminal Equipment);             

- сетевые терминалы DCE (Data Circuit-Terminating Equipment);

- магистральные коммутаторы PSE (Packet Switching Exchange).

Базовая технология Х.25 не имеет развитых протоколов прикладного уровня и предоставляет пользователям в основном транспортные услуги передачи данных. Все, что требуется сверх передачи данных, должно быть организовано дополнительно, как надстройка над технологией. Стек протоколов стандарта Х.25 включает в себя обязательные только протоколы трех нижних уровней; протоколы, иногда указываемые для верхних уровней управления, носят лишь рекомендатель­ный характер.

На физическом уровне используется протокол Х.21. На канальном уровне используется LAP-B (Link Access Procedure Balanced) — один из протоколов множества HDLC, осуществляющих передачу данных в виде кадров переменной длины. Начало и конец кадра помечаются специальной последовательностью битов, которая называется флагом. Протокол LAP-B описывает взаимодействие соседних узлов как процедуру с установлением соединения и подтверждением, при этом решает следующие задачи:

- обеспечение передачи сообщений, содержащих любое количество битов и любые возможные комбинации битов — требование кодовой прозрачности;

- выполнение при передаче данных процедур, обнаруживающих ошибки, на приемной стороне;

- защиту от потерь или искажения компонентов сообщения при возникновении ошибки в передаваемой информации;

- поддержку работы как двухточечных, так и многоточечных физических цепей; - поддержку работы и дуплексных, и полудуплексных линий связи;

- обеспечение информационного обмена при значительных вариациях времени распространения сигнала.

Для обеспечения дисциплины управления процессом передачи данных одна из станций, обеспечивающих информационный обмен, может быть обозначена как первичная, а другая (или другие) — как вторичная. Кадр, который посылает первичная станция, называется командой (command). Кадр, который формирует и передает вторичная станция, называется ответ (response).

Протоколы семейства HDLC осуществляют передачу данных в виде кадров переменной длины. Начало и конец кадра помечается специальной последовательно­стью битов, которая называется флагом.

Структура кадра LAP-В

Кадр протокола LAP-B содержит четыре поля: ADRESS, CONTROL, Data, PCS. Поле Data содержит передаваемые данные.

В поле ADRESS располагается бит признака C/R (Command/Response), физические адреса принимающей и передающей станции.

Содержимое поля CONTROL определяет тип кадра:

-  информационный;                                  

-  управляющий;                              

-  ненумерованный.                                       

Вторичная станция иногда также передает кадр FRMR для того, чтобы указать на возникновение аварийной ситуации, которая не может быть разрешена путем по­вторной передачи искаженного кадра.

Режимы организации взаимодействия на канальном уровне

Вторичная станция сегмента может работать в двух режимах:

-  режим нормального ответа;

-  режим асинхронного ответа.

Вторичная станция, которая находится в режиме нормального ответа, начинает передачу данных только в том случае, если она получила разрешающую команду от первичной станции. Вторичная станция, которая находится в режиме асинхронного ответа, может по своей инициативе начать передачу кадра или группы кадров. Станции, которые сочетают в себе функции первичных и вторичных станций, называются комбинированными. Симметричный режим взаимодействия комбинированных станций называется сбалансированным режимом.

На сетевом уровне используется основной протокол Х.25. Процесс сетевого уровня получает в свое распоряжение часть полосы пропускания физического канала в виде виртуального канала. Полная полоса пропускания канала делится в равных пропорциях между виртуальными каналами, которые активны в текущий момент В сети Х.25 существует два типа виртуальных каналов — коммутируемые — SVC виртуальные каналы и постоянные виртуальные каналы — PVC.

Пакет Х.25 состоит как минимум из трех байтов, которые определяют заголовок пакета. Первый байт содержит четыре бита идентификатора общего формата i четыре бита номера группы логического канала. Второй байт содержит номер логического канала, а третий — идентификатор типа пакета.

Пакеты в сети бывают двух типов:

- управляющие пакеты;        

- пакеты данных.     

Тип пакета определяется значением младшего бита идентификатора типа пакета. Сетевые адреса получателя и отправителя пакета состоят из двух частей:

- Data Network ID Code (DNIC) — содержит 4 десятичные цифры, определяю­щие код страны и номер провайдера;

- Network Terminal Number— содержит 10 или 11 десятичных цифр, которые провайдер определяет для идентификации конкретного пользователя.

протоколы более высоких уровней стандартом не определяются, но используются Обычно дополнительно разработанные OSI-протоколы: на транспортном уровне X.224, на сеансовом уровне — Х.225, на уровне представления — Х.226 и на присладном уровне Х.400 — протокол передачи электронной почты, CMIP (Common Management Information Protocol) — общий информационный протокол управлешя, FTAM (File Transfer, Access and Management) — протокол передачи, доступа и управления файлами и т. д.

Сеть использует коммутацию пакетов и является одной из самых распространенных корпоративных сетей этого типа. Ее популярность определяется, прежде всего, тем, что она в отличие от Интернета дает гарантии коэффициента готовности сети (одного из показателей надежности). Сеть Х.25 хорошо работает на ненадеж-1ых линиях связи благодаря использованию протоколов подтверждения установления соединений и коррекции ошибок на двух уровнях: канальном и сетевом.

3 сетях Х.25 наиболее развиты протоколы канального и сетевого уровней. На канальном уровне поток данных структурируется на кадры (фреймы), каждый кадр обрамляется флагами (операторными скобками, уникальными кодами) и содержит служебную информацию (поле адреса, поле управления с последовательным номером кадра и поле контрольной суммы для проверки достоверности) и поле данных. Здесь же выполняется управление потоком данных между соседними узлами сети, определяется оптимальный по скорости режим передачи, исходя из протяженности канала и его качества, осуществляется контроль за появлением ошибок. Контроль за ошибками осуществляется во всех узлах сети. При передаче данных каждому транзитному узлу присваивается порядковый номер и после про­ведения контроля, одновременно с передачей пакета на следующий узел, преды-1ущему передается сообщение о подтверждении приема. При обнаружении ошибок выполняется повторная передача информации.

На сетевом уровне выполняется объединение (мультиплексирование) кадров, пе­редаваемых из разных каналов в один поток. При этом этот поток снова структурируется — разбивается на пакеты, выполняется маршрутизация пакетов на базе информации, содержащейся в их заголовках.

Сборку, а затем разборку пакетов выполняет специальное устройство «сборщик-заборщик пакетов» (PAD, Packet Assembler Disassembler). Кроме процедур сборки-разборки PAD выполняет управление процедурами установления соединения л разъединения по всей сети с нужными компьютерами, формирование и передачу старт-стопных кодов и битов проверки на четность, продвижение пакетов по сети.

Доступ пользователей к сети Х.25 может выполняться в монопольном и пакетном режимах. Простые терминалы пользователей, например кассовые аппараты, банкоматы, можно подключать к сети непосредственно через PAD. Эти терминалы могут быть встроенными и удаленными, в последнем случае может использовать­ся интерфейс RS-232C.

Достоинства сети Х.25:

-  в сети обеспечивается гарантированная доставка пакетов;

-  высокая надежность сети ввиду постоянного эффективного контроля за появлением ошибок и наличия механизма альтернативной маршрутизации, с помощью которого помимо основного маршрута просчитывается и несколько резервных;

-  возможность работы как по аналоговым, так и цифровым каналам, как по выделенным, так и коммутируемым каналам;

-  возможность в режиме реального времени разделения одного физического канала доступа между несколькими абонентами (оплата будет выполняться в этом случае не за все время соединения, а только за время передачи битов информа­ции пользователя).

Недостатки сети Х.25:

-  невысокая, обусловленная развитыми механизмами контроля достоверности информации скорость передачи данных — обычно в пределах от 56 до 64 кбит/с;

-  невозможность передавать чувствительный к временным задержкам трафик (оцифрованный голос, видеоинформацию), что обусловлено необходимостью частой повторной передачи искаженных кадров в каналах связи плохого качества, вследствие чего в сети возникают непредвиденные задержки передачи..