1.4. Однорангова модель взаємодії (peer-to-peer communications)

При передачі даних між відправником і одержувачем, кожен рівень моделі OSI відправника взаємодіє з однойменним рівнем одержувача. Ця форма взаємодії є з’єднанням рівноправних вузлів або одноранговою моделлю взаємодії. Причому кожний рівень з меншим номером вважається допоміжним для суміжного з ним вищого рівня і надає йому певний набір послуг, названий сервісом.

Обмін даним між одноранговими рівнями здійснюється за допомогою протоколу відповідного рівня. Протокол кожного рівня обмінюється інформацією, яка має назву блок даних протоколу (protocol data units - PDUs). Кожен рівень може використовувати власну специфічну назву для PDU.

Щоб зрозуміти структуру та принципи функціонування мережі, необхідно з’ясувати, що довільний обмін даними в мережі відбувається від відправника до одержувача. Інформація, яка відправлена в мережу, має назву даних або пакетів даних.

Пакети даних створюються відправником та пересилаються в мережі одержувачу. Кожен рівень еталонної моделі залежить від послуг рівня, що лежить нижче. Щоб забезпечити ці послуги, нижній рівень за допомогою процесу інкапсуляції поміщає PDU, отриманий від верхнього рівня, в своє поле даних; далі можуть додаватися заголовки і трейлери, необхідні рівню для реалізації своєї функції. Згодом, у міру переміщення даних вниз по рівнях моделі OSI, до них прикріплятимуться додаткові заголовки і трейлери. Цей процес можна порівняти з підготовкою бандеролі до відправки - обернути вміст папером, вкласти в транспортний конверт, вказати адресу відправника і одержувача, наклеїти поштові марки і кинути в поштову скриньку.

Після того, як додали інформацію рівні 7, 6 та 5, рівень 4 додає ще більше інформації. Цей блок даних PDU, що утворюється на четвертому рівні має назву сегменту.

Мережений рівень надає послуги транспортному рівню, транспортний рівень репрезентує дані для міжмережевих підсистем. Завданням мережевого рівня є переміщення даних в мережевему комплекс. Це досягається шляхом інкапсуляції даних та додаванням заголовку в пакеті (PDU третього рівня моделі OSI), який містить інформацію для виконання передачі, наприклад, логічні адреси відправника та одержувача.

Канальний (data link layer) рівень надає послуги мережевему рівню (network layer). Цей рівень інкапсулює інформацію мережевого рівня у кадр (PDU другого рівня моделі OSI). Заголовок кадру містить інформацію (наприклад, фізичну адресу), які потрібні канальному рівню для виконання його функцій.

Фізичний рівень служить для підтримки канального рівня. Кадри канального рівня перетворюються в послідовність нулів і одиниць (біти інформації) для передачі по фізичних каналах (як правило, по проводах).

http://nes.aueb.gr/presentations/p2p.pdf

1.5. Модель tcp/ip

На даний час стек протоколів TCP/IP де-факто є стандартом для міжмережевого обміну даними і відіграє роль транспортного протоколу в мережі Internet, надаючи можливість зв'язуватися мільйонам комп'ютерів по всьому світу. Еталонна модель TCP/IP була створена міністерством оборони США в часи холодної війни між США та СРСР у 1960-х роках для стійкого зв’язку між основним військовими об’єктами в умовах ядерної війни, коли в результаті масових руйнувань традиційні канали зв’язку будуть виведені з ладу. При цьому не повинно було мати значення, який канал зв’язку можна було б використовувати, чи то мідні дроти, мікрохвилі, оптичні волокна або супутниковий зв'язок.

Міністерство оборони почало фінансувати дослідницькі роботи в цьому напрямі по всій території США і в 1968 році Управління перспективних дослідницьких програм (Advanced Research Projects Agency - ARPA) уклало контракт з приватною компанією BNN на створення комп'ютерної мережі на основі технології комутації пакетів, розробленої для поліпшення характеристик систем передачі комп'ютерних даних.

За ініціативою ARPA в країні були створені ряд дослідницьких центрів в університетах. До проведення досліджень було привернуто велике число фахівців. В ході робіт стало зрозуміло, що для організації взаємодії різних вузлів необхідна спеціальна інфраструктура. У 1969 р. міністерство оборони організувало масштабні дослідження в області комп'ютерних мереж. Між установами, що брали участь в проекті, були прокладені кабелю і створений протокол (набір правив), що дозволяв комп'ютерам в мережі взаємодіяти один з одним. Перші вузли Internet, що зароджувалися, були створені в Стенфордському університеті, Каліфорнійському Університеті в Лос-Анджелесі, університеті в Санта-Барбарі і університеті штату Юта.

У 1970-і роки мережа Internet переросла в міжнародну мережу. Першими службами Internet стали електронна пошта і Usenet - всесвітня система груп новин та форумів. Як вказувалось раніше, початок та 1990 роки, сталі відомі як десятиліття бурхливого розвитку Internet. Стрімкий ріст глобальної мережі був обумовлений, з одного боку, появою графічного браузера, а з іншого боку, скасуванням заборони на комерційне використання Internet, тобто відкритості стандарту TCP/IP.

Модель TCP/IP має наступні чотири рівні:

• Прикладний рівень (рівень додатків - Application layer).

• Транспортний рівень (Transport layer).

• Інтернет рівень (Internet layer).

• Рівень мережевего доступу (Network access layer).

Не дивлячись на те, що деякі з рівнів в моделі TCP/IP мають ту ж назву, як і рівні в моделі OSI, рівні двох моделей не відповідають буквально. Найбільша відміна між функціями моделі OSI та TCP/IP у прикладному рівні (Application layer).

Верхній рівень протоколу TCP/IP виконує функції трьох верхніх рівнів моделі OSI: прикладного, представницького та сеансового.

Транспортний рівень відповідає за якість послуг надійної доставки даних, управлінням сеансом зв’язку та виправленням помилок. Протокол TCP (transmission control protocol) надає можливість створювати надійні канали (віртуальні мережені з’єднання) та гарантує передачу з незначною кількістю помилок.

Протокол TCP - це протокол потребуючий з’єднання (connection-oriented). Тобто це протокол в якому для передачі даних між прикладними процесами, які приймають участь в передачі даних, необхідно попередньо встановити з’єднання (логічне або віртуальне). В даному випадку обмін даними поділено на три чітко виражені фази: організація з’єднання , передавання даних і розривання з’єднання. Для забезпечення надійності передачі застосовуються підтвердження та засоби контролю за потоком. Аналогом (прикладом) є звичайний телефонний зв'язок.

Головною задачею протоколу є передача сегментів інформації від джерела до місця призначення, яка надійшла з прикладного рівня та перетворена (упакована) у сегменти інформації (одиниці інформації транспортного рівня). Інформація, що надходить до протоколу TCP в межах логічного з’єднання від протоколів верхнього рівня, розглядається протоколом, як неструктурований потік байт. Дані , що поступили, буферезуються засобами TCP. Для передачі на мережевий рівень з буферу вирізається деяка неперервна частина даних, якка називається сегментом.

Протокол нижнього рівня IP (Internet Protocol). Протокол цього рівня має назву - IP (Internet Protocol) - протокол міжмережевої взаємодії і використовується протоколом TCP в якості транспортного засобу. Призначення Інтернет рівня полягає в поділі сегментів даних, що надійшли з транспортного рівня, на пакети даних, які потім він передає між мережами. Пакети надходять у місце призначення незалежно від маршруту, яким вони були відправлені.

Призначенням цього рівня є:

• визначення найкращого маршруту для даних;

• комутація пакетів.

Взаємодія між протоколами TCP та IP є досить важливою частиною моделі TCP/IP. IP вказує найкращий шлях до місця призначення, а TCP гарантує надійну доставку даних в мережі.

Назва рівня мереженого доступу (network access layer) дуже широке та частково незрозуміле. Цей рівень відповідає за обмін даними між хостом та мережею, та одночасно є аналогом канального та фізичного рівнів моделі OSI. Рівень мереженего доступу поєднує фізичні та логічні компоненти, що забезпечують фізичне з’єднання. Він містить мережеві технологічні складові; складові фізичного рівня (physical) моделі OSI, що визначає вимоги до механічних властивостей кабелів та рознімів, електричні характеристики сигналів, топологію мережі, спосіб кодування даних і деякі інші особливості; складові рівня керування передаванням даних (data link layers) моделі OSI, що визначає правила спільного використання фізичного рівня вузлами мережі.

На рисунку нижче зображено міжпротоколні зв’язки згідно специфікації еталонної моделі TCP/IP.

Як видно з схеми протоколи прикладного рівня використовуються для передачі файлів, електронної пошти, віддаленого входу в систему та задач керування мережею і включають такі протоколи:

• File Transfer Protocol (FTP)

• Hypertext Transfer Protocol (HTTP)

• Simple Mail Transfer Protocol (SMTP)

• Domain Name System (DNS)

• Trivial File Transfer Protocol (TFTP)

FTP – це протокол передавання файлів. Протокол FTP клієнт-серверний протокол прикладного рівня, який забезпечує пошук і пересилання файлів між двома, можливо, різнорідними комп’ютерами в мережі TCP/IP. Протокол FTP визначений специфікацією RFC 959 призначений для роботи з ftp-серверами. Використовує два паралельних TCP-з’єднані: порт 29 для пересилання даних і порт 21 – для керувального TCP-з’єднання.

HTTP (Hypertext Transfer [Transport] Protocol) – протокол прикладного рівня, який використовується для передавання гіпертексту. Протокол HTTP це протокол «переговорів» про доставку веб-сервером документа веб-браузеру. HTTP застосовують також для передавання XML-файлів, VoiceXML, WML, потокового відео й аудіо. Зазвичай використовує порт 80, а TCP – як протокол транспортного рівня. Головний протокол World Wide Web «Всесвітньої павутини», визначений у RFC 1945 (HTTP 1.0), 2086 та 2616 (HTTP 1.1), за допомогою якого HTML-документи пересилають в Інтернеті від вузла до вузла. HTTP підтримує постійні (передавання багатьох об’єктів) і непостійні з’єднання (передавання одного об’єкта веб-документа за сеанс обміну між клієнтом і сервером), а також два методи ідентифікації користувачів: авторизацію й об’єкти (файли) cookie.

Cookie - об'єкт (технологія) cookie, кукі-файл, підтримуваний протоколом HTTP текстовий запис розміром до 4 Кбайт із даними про користувача, що повертає веб-сервер під час реєстрації користувача, який зберігається на його персональному комп’ютері. У цей рядок потрапляє інформація, зібрана сервером про користувача. Сервери застосувань можуть записувати до кукі-файлів історію відвідування сайта, переглянуті сторінки, персональні настроювання, зроблені при відвідуванні сайта, список переглянутої реклами, пріоритети кожного користувача й залежно від цього робити конкретні пропозиції щоразу, коли клієнт заходить на сайт. Спочатку cookie були уведені фірмою Netscape Communications, їхній опис дано у специфікації RFC 2109.

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – це протокол прикладного рівня для передавання електронної пошти. Спочатку розроблено для мережі МО США (перший опис з'явився в 1982 p.). Складається з 14 команд, описаних у RFC 821, RFC 822 та RFC 2821. Використовують в мережі Інтернет для маршрутизації електронної пошти (базується на постійному TCP-з'єднанні, звертається до порту 25 сервера).

DNS (Domain Name System - доменна система імен) служба доменних імен це -інтернет-служба, яка становить розподілену по всій земній кулі базу даних для ієрархічної системи імен мереж і комп'ютерів, підключених до Мережі, а також спосіб (протокол прикладного рівня) перетворення рядкових адрес інтернет-серверів у числові IP-адреси. Визначена в RFC 1034 і 1035. Протокол DNS працює над протоколом UDP і йому призначено порт за номером 35. DNS також часто використовують для розподілення навантаження між серверами ("дзеркалами"), що дублюють популярні сайти і поштові сервери.

TFTP (Trivial File Transfer Protocol (Trivial FTP) - тривіальний протокол передавання файлів) протокол TFTP це - суттєво простіший, ніж FTP, протокол, використовуваний, наприклад, для дистанційного завантаження бездискових станцій. Забезпечує двостороннє без аутентифікації передавання файлів між вузлами TCP/IP, файли передають блоками по 512 байт, транспортним протоколом служить UDP.

До транспортного рівня (transport layer) входять такі протоколи:

• Transport Control Protocol (TCP);

• User Datagram Protocol (UDP).

TCP (Transmission Control Protocol) - протокол керування передаванням. Протокол TCPце - мережевий протокол транспортного рівня з набору TCP/IP. Гарантує доставку переданих пакетів даних у потрібній послідовності, але трафік у цьому разі може бути дуже нерівномірний, тому що пакети зазнають усіляких затримок. Протокол TCP ґрунтується на встановленні логічного з'єднання між клієнтом і сервером і містить механізм контролю перевантаження мережі, забезпечуючи автоматичне зниження швидкості обміну даними. Першу версію визначено у специфікації RFC 793.

UDP (User Datagram Protocol - протокол користувальницьких дейтаграм) протокол це - мережний протокол транспортного рівня з набору протоколів TCP/IP. Окремі пакети передають за допомогою IP без установлення логічного з'єднання між сокетами, перевірки на правильність передавання, контролю перевантажень і гарантій доставки, але якнайшвидше. У цьому разі частина пакетів може губитися, але наприклад, під час передавання мови звук не переривається, що важливо для забезпечення її розбірливості. Визначений у специфікації RFC 768.

Єдиним протоколом Інтернет рівня є:

• Internet Protocol (IP).

Internet Protocol ((IP) протокол Інтернету) це - протокол мережного рівня (частина набору протоколів TCP/IP), відповідальний за передавання й маршрутизацію повідомлень між вузлами Інтернету. Описано у специфікації RFC 791. Визначає правила, за якими дані розбивають на пакети, передавані між кінцевими системами та маршрутизаторами. Поточна версія - 4.0, впроваджувана - 6.0 (IPv6).

У network access (мереженого доступу) рівні використовуються специфічні характерні технології, що відносяться до конкретної мережі.

Не дивлячись на послуги які надають мережеві додатки, та, який транспортний протокол використовується, існує тільки один протокол Інтернет - протокол IP. Це було добре обдумане конструкторське рішення. IP служить універсальним протоколом, який дозволяє будь-якому комп'ютеру зв'язатися в любому місці у будь-який час.

Порівнюючи моделі OSI і TCP/IP можна побачити певні відповідні схожості і відмінності.

До схожості можна віднести:

• обидва поділяються на рівні;

• обидва мають прикладний рівень, але вони надають зовсім інші сервіси;

• обидва мають співпадаючі транспортний та мережений рівні;

• обидві моделі повинні бути вивчені мереженими професіоналами;

• обидві розглядають та припускають комутацію пакетів. Тобто кожен пакет може бути доставлений до кінцевого пункту призначення власним шляхом. В протилежність до мереж з комутацією каналів де всі пакети передаються тим самим шляхом.

До розбіжностей можна віднести:

• TCP/IP модель об’єднує в прикладному рівні представницький та сеансовий рівні OSI моделі.

• TCP/IP модель об’єднує в рівні мережного доступу (network access layer) канальний та фізичний рівні OSI моделі.

• TCP/IP модель здається простішою так, як має меншу кількість рівнів.

• Стек протоколів TCP/IP є стандартом на основі якого розвивався Internet, що зробило дуже великий вплив на поширення моделі TCP/IP. В порівнянні, для побудови мереж не використовують протоколи моделі OSI, яка використовується як керівництво.

Не дивлячись на те, що протоколи TCP/IP є стандартами на яких побудовано Internet, вивчення та використання моделі OSI ґрунтується на наступному:

• він є загальним, незалежним від протоколу стандартом;

• він має більше складових, що роблять його зручнішим для вивчення і розуміння;

• має більше рівнів та їх складових, які можуть бути корисні, при пошуку несправностей.

Спеціалісти з комп’ютерних мереж поділяються в думках яку ж модель краще використовувати. Але виходячи з стандартів промисловості необхідно знати дві моделі.

Причому треба зауважити, що є принципова різниця між протоколами та моделями, які використовуються при побудові мережі. Модель OSI використовуватиметься для опису протоколів TCP/IP.

http://www.pku.edu.cn/academic/research/computer-center/tc/html/TC0102.html