2. Архитектура связей

Компьютерные сети обладают некоторыми чертами почты, некоторыми чертами телеграфа и некоторыми чертами телефона. Так же как в телеграфе, в компьютерных сетях используется цифровая передача информации. Как в телефонной сети каждому телефону присваивается телефонный номер, так каждому компьютеру в сети присваивается свой номер. Наиболее глубокая аналогия существует между сетями и обычной почтой. В данном случае речь идет не о том, что в компьютерных сетях существует электронная почта, а о том, что информация по сетям передается в виде отдельных пакетов.

Если нужно передать длинное сообщение, оно разбивается на нужное число кусочков (пакетов, кадров), и каждый из них снабжается адресом отправителя, адресом получателя и некоторой служебной информацией.

Каждый пакет передается по сети независимо от всех остальных, и, в принципе, они могут следовать разными маршрутами. По прибытии пакетов на место из них собирается исходное сообщение. Этот процесс называется коммутацией пакетов.

Напротив, в телефонной сети используется коммутация каналов. Это значит, что сначала вы дозваниваетесь, причем можете и не дозвониться, если противоположный конец занят или один из промежуточных коммутаторов перегружен. Когда вы дозвонились, то между вами и вашим абонентом устанавливается постоянный канал связи. Если вы молчите в трубку, этот канал все равно больше никем не используется.

В компьютерных сетях, как и в обычной почте, нет понятия «занято»: каждый компьютер может одновременно принимать пакеты от большого количества других компьютеров. Если на почте сортировочный пункт перегружен работой в канун праздника, ваше письмо с небольшой задержкой все равно дойдет до адресата. Точно так же в компьютерных сетях перегрузка сказывается в виде роста времени отклика и поровну ложится на всех пользователей. И если в данный момент вы ничего не посылаете, то вы не потребляете никаких ресурсов сети.

Эффективное использование общих ресурсов – это главное преимущество коммутации пакетов.

Поэтому за дальние телефонные разговоры вы платите отдельно, а подключаясь к Internet, вы получаете без дополнительной оплаты связь со всем миром.

Второе важное достоинство коммутации пакетов ­– это легкость объединения в единую сеть разных по скорости каналов связи.

Для передачи данных в сетях используется Международный стандарт – базовая модель открытых систем OSI, разработанная Международной организацией по стандартизации (ISO). Она представляет собой самые общие рекомендации для разработчиков совместимых сетевых программных продуктов и сетевого оборудования.

Модель содержит семь уровней. Основная идея модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль. Поэтому общая задача передачи данных формализуется и расчленяется на отдельные легко обозримые задачи. В процессе развития и совершенствования любой системы возникает потребность изменения отдельных компонентов, а так как интерфейсы между уровнями определены однозначно, можно изменить функции одного или нескольких из них, сохраняя возможность безошибочной работы сети в целом. В сетях происходит взаимодействие между одноименными уровнями модели в различных компьютерах. Такое взаимодействие должно выполняться по определенным правилам, называемым протоколом.

Протокол – набор правил, определяющий взаимодействие двух одноименных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских компьютерах.

Описание уровней модели:

• седьмой – прикладной. Определяет набор прикладных задач, реализуемых в данной сети, и все сервисные элементы для их выполнения. На этом уровне пользователю предоставляется уже переработанная информация;

• шестой – уровень представления данных. Передаваемые данные преобразуются в экранный формат или в формат для печатающих устройств оконечной системы;

• пятый – сеансовый. Организует сеанс связи (установление, поддержка и завершение сеанса) между абонентами через сеть;

• четвертый – транспортный. Поддерживает непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом процессами пользователей;

• третий – сетевой. Устанавливает связь между абонентами и осуществляет маршрутизацию пакетов в сети, т. е. передачу информации по определенному адресу;

• второй – канальный. Формирует кадры, обрабатывает ошибки;

• первый – физический. Определяет электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в системах.

Отдельные уровни базовой модели проходят в направлении вниз от источника данных (от уровня 7 к уровню 1) и в направлении вверх в приемнике данных (от первого к седьмому). Пользовательские данные передаются кадрами (пакетами) в нижерасположенный уровень вместе со специфическим для каждого уровня заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний уровень.

Формат кадра данных для разных типов сетей различен. Например, для сети с физическим методом доступа Ethernet формат кадра показан на рис 61.

64 бит	48 бит	48 бит	16 бит	368–12000 бит	32 бита
Заголовок	Адрес назначения	Адрес источника	Тип кадра	Данные кадра	Значение CRC

Рисунок 61. Формат кадра данных

Код CRC (контрольная сумма, вычисленная по определенному алгоритму) – обеспечивает достоверность передачи данных, аналогичен контрольной сумме, но более сложный. Компьютер, посылающий данные, помещает значение CRC в конец каждого кадра данных. Принимающая сторона еще раз вычисляет это значение и сравнивает его с тем, что хранится в кадре. При совпадении передача достоверна с высокой степенью вероятности.

Тип кадра идентифицирует тип данных в кадре. По нему операционная система определяет программу для обработки данных такого типа.

Заголовок для каждого уровня свой.

На приемной стороне поступающие данные анализируются и передаются далее в вышерасположенный уровень, пока не будут переданы в пользовательский прикладной уровень. При несовпадении кодов CRC в кадре и на приемной стороне следует автоматический запрос на повторную передачу этого неправильно принятого кадра.

В разных сетях отдельные уровни могут отсутствовать.

Функции, выполняемые каждым уровнем, должны быть реализованы либо аппаратурой, либо программами. Функции физического уровня всегда реализуются аппаратурой (адаптерами, мультиплексорами передачи данных, сетевыми платами и т. д.), а функции остальных уровней – как правило, программными модулями (драйверами).