Лекции ВВС, 1 курс 2 семестр (для РТ и т.п.) / ЛК 8_ВвС_Базовая кафедра
.pdfЭталонная модель взаимодействия открытых систем
Для взаимодействия различных систем и сетей связи между собой используются протоколы связи.
Протокол изначально — документ, фиксирующий какое-либо событие, факт или договорённость.
Протокол передачи данных — набор соглашений интерфейса логического уровня, которые определяют обмен данными между различными программами. Эти соглашения задают единообразный способ передачи сообщений и обработки ошибок при взаимодействии программного обеспечения разнесённой в пространстве аппаратуры, соединённой тем или иным интерфейсом.
Стандартизированный протокол передачи данных также позволяет разрабатывать интерфейсы (уже на физическом уровне), не привязанные к конкретной аппаратной платформе и производителю (например, USB, Bluetooth).
Сигнальный протокол используется для управления соединением — например, установки, переадресации, разрыва связи.
Сетевой протокол — набор правил и действий (очерёдности действий), позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами.
Разные протоколы зачастую описывают лишь разные стороны одного типа связи. Названия «протокол» и «стек протоколов» также указывают на программное обеспечение, которым реализуется протокол.
21
Наиболее распространённой системой классификации сетевых протоколов является так называемая модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection (OSI)), в соответствии с которой протоколы делятся на 7 уровней по своему назначению — от физического (формирование и распознавание электрических или других сигналов) до прикладного (интерфейс программирования приложений для передачи информации приложениями).
Что же понимается под термином «открытая» система? Открытой может быть названа любая система (компьютер, сеть, операционная система, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), которая построена в соответствии с открытыми спецификациями. Под открытыми спецификациями понимаются опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами. Использование при разработке систем открытых спецификаций позволяет третьим сторонам создавать для этих систем различные аппаратные или программные средства расширения и модификации, а также программно-аппаратные комплексы из продуктов разных производителей.
22
Модель OSI касается только одного аспекта открытости, а именно открытости средств взаимодействия устройств, связанных в единую сеть. Здесь под открытой системой понимается сетевое устройство, готовое взаимодействовать с другими сетевыми устройствами по стандартным правилам, определяющим формат, содержание и значение принимаемых и отправляемых сообщений. Если две сети построены с соблюдением принципов открытости, это дает следующие преимущества:
возможность построения сети из аппаратных и программных средств различных производителей, придерживающихся одного и того же стандарта; безболезненная замена отдельных компонентов сети другими, более совершенными, что позволяет сети развиваться с минимальными затратами; легкость сопряжения одной сети с другой.
23
Модель OSI определяет уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень. Средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представления, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. В модели OSI заложены основы стандартизации индустрии сетевых технологий, и большинство поставщиков сетевого оборудования разрабатывают свои продукты в ее терминах.
Модель OSI определяет взаимодействие открытых систем разных производителей в одной сети, выполняя для них координирующие действия по:
•взаимодействию прикладных процессов;
•формам представления данных;
•единообразному хранению данных;
•управлению сетевыми ресурсами:
•безопасности данных и защите информации:
•диагностике программ и технических средств.
24
Сетевая модель OSI состоит из 7 уровней
25
Прикладной уровень
Прикладной уровень или уровень приложений (application layer) – это самый верхний уровень модели. Он осуществляет связь пользовательских приложений с сетью. Эти приложения нам всем знакомы: просмотр веб-страниц (HTTP), передача и приём почты (SMTP, POP3), приём и получение файлов (FTP, TFTP), удаленный доступ (Telnet) и т.д.
Представительский уровень
Представительский уровень или уровень представления данных (presentation layer) – он преобразует данные в соответствующий формат. На примере понять проще: те картинки (все изображения) которые вы видите на экране, передаются при пересылке файла в виде маленьких порций единиц и ноликов (битов). Так вот, когда Вы отправляете своему другу фотографию по электронной почте, протокол Прикладного уровня SMTP отправляет фотографию на нижний уровень, т.е. на уровень Представления. Где Ваша фотография преобразуется в удобный вид данных для более низких уровней, например в биты (единицы и нолики).
Именно таким же образом, когда Ваш друг начнет получать Ваше фото, ему оно будет поступать в виде все тех же единиц и нулей, и именно уровень Представления преобразует биты в полноценное фото, например JPEG.
Вот так и работает этот уровень с протоколами (стандартами) изображений (JPEG, GIF, PNG, TIFF), кодировок (ASCII, EBDIC), музыки и видео (MPEG) и т.д.
26
Сеансовый уровень
Сеансовый уровень или уровень сессий(session layer) – как видно из названия, он организует сеанс связи между компьютерами. Примером может служить протокол SMPP (Short message peer-to-peer protocol), с помощью него отправляются хорошо известные нам СМСки и USSD запросы. И последний пример: PAP (Password Authentication Protocol) – это старенький протокол для отправки имени пользователя и пароля на сервер без шифрования.
Транспортный уровень
Транспортный уровень (transport layer) – этот уровень обеспечивает надёжность передачи данных от отправителя к получателю. Пример: Вам друг пересылает (например, через почту) в архиве важную информацию или программу. Вы скачиваете себе на компьютер этот архив. Вот здесь надёжность нужна 100%, т.к. если пару бит при закачке архива потеряются – Вы не сможете затем его разархивировать, т.е. извлечь необходимые данные. Таким образом, когда мы смотрим видеоролики в интернете, иногда мы видим некоторые артефакты, задержки, шумы и т.п. А когда мы читаем текст с веб-страницы – потеря (или скжение) букв не допустима, и когда скачиваем программы – тоже все проходит без ошибок.
На этом уровне можно выделить два протокола: UDP и TCP.
27
Сетевой уровень
Сетевой уровень (network layer) – этот уровень определяет путь, по которому данные будут переданы. Все мы слышали об IP-адресе, вот это и осуществляет протокол IP (Internet Protocol). IP-адрес – это логический адрес в сети.
На этом уровне достаточно много протоколов.
Как об IP-адресе все слышали и о команде ping – это работает протокол ICMP.
Канальный уровень
Канальный уровень (data link layer) – он нам нужен для взаимодействия сетей на физическом уровне. Наверное, все слышали о MAC-адресе, вот он является физическим адресом. Устройства канального уровня – коммутаторы, концентраторы и т.п.
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers - Институт инженеров по электротехнике и электронике) определяет канальный уровень двумя подуровнями: LLC и MAC.
LLC – управление логическим каналом (Logical Link Control), создан для взаимодействия с верхним уровнем.
MAC – управление доступом к передающей среде (Media Access Control), создан для взаимодействия с нижним уровнем.
28
Физический уровень
Физический уровень (physical layer) – самый нижний уровень, непосредственно осуществляющий передачу потока данных. Протоколы нам всем хорошо известны: Bluetooth, IRDA (Инфракрасная связь), медные провода (витая пара, телефонная линия), Wi-Fi, и т.д.
29
Инкапсуляция – это процесс передачи данных с верхнего уровня приложений вниз (по стеку протоколов) к физическому уровню, чтобы быть переданными по сетевой физической среде (витая пара, оптическое волокно, Wi-Fi, и др.). Причём на каждом уровне различные протоколы добавляют к передающимся данным свою информацию.
30