Структуризация как средство построения больших сетей

В сетях с небольшим (10-30) количеством компьютеров чаще всего используется одна из типовых топологий - общая шина, кольцо, звезда или полносвязная сеть. Все перечисленные топологии обладают свойством однородности, то есть все компьютеры в такой сети имеют одинаковые права в отношении доступа к другим компьютерам (за исключением центрального компьютера при соединении звезда). Такая однородность структуры делает простой процедуру наращивания числа компьютеров, облегчает обслуживание и эксплуатацию сети.

Однако при построении больших сетей однородная структура связей превращается из преимущества в недостаток. В таких сетях использование типовых структур порождает различные ограничения, важнейшими из которых являются:

• ограничения на длину связи между узлами;

• ограничения на количество узлов в сети;

• ограничения на интенсивность трафика, порождаемого узлами сети.

Например, технология Ethernet на тонком коаксиальном кабеле позволяет использовать кабель длиной не более 185 метров, к которому можно подключить не более 30 компьютеров. Однако, если компьютеры интенсивно обмениваются информацией между собой, иногда приходится снижать число подключенных к кабелю компьютеров до 20, а то и до 10, чтобы каждому компьютеру доставалась приемлемая доля общей пропускной способности сети.

Для снятия этих ограничений используются специальные методы структуризации сети и специальное структурообразующее оборудование - повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы. Оборудование такого рода также называют коммуникационным, имея в виду, что с помощью него отдельные сегменты сети взаимодействуют между собой.

Управление взаимодействием прикладных процессов

Реализация рассредоточенных и взаимодействующих процессов в сетях осуществляется на основе двух концепций:

ПЕРВАЯ устанавливает связи между процессами без функциональной среды между ними

ВТОРАЯ определяет связь только через функциональную среду.

В первом случае правильность понимания действий, происходящих в рамках соединяемых процессов взаимодействующих АС обеспечивается соответствующими средствами доступа в составе сетевых операционных систем (СОС).

Однако предусмотреть такие средства на все случаи соединения процессов нереально. Поэтому взаимодействующие процессы в сетях соединяются с помощью функциональной среды, обеспечивающей выполнение определенного свода правил — протоколов связи процессов.

Протоколы реализуются с учетом принципа пакетной коммутации, в соответствии с которым перед передачей сообщение разбивается на блоки — пакеты определенной длины.

Каждый пакет представляет собой независимую единицу передачи информации, содержащую, кроме собственно данных, служебную информацию (адреса отправителя и получателя, номер пакета в сообщении, информацию для контроля правильности принятых данных).

Практика создания и развития КС привела к необходимости разработки стандартов по всему комплексу вопросов организации сетевых систем.

В 1978 г. Международная организация по стандартизации (МОС) предложила семиуровневую эталонную модель взаимодействия открытых систем (ВОС).

Она создает основу для анализа существующих КС и определения новых сетей и стандартов.

В соответствии с эталонной моделью ВОС абонентская система представляется прикладными процессами и процессами взаимодействия.

Последние разбиваются на семь функциональных уровней, функции и процедуры, выполняемые в рамках одного функционального уровня, составляют соответствующий уровневый протокол. Нумерация уровневых протоколов идет снизу вверх. Функциональные уровни взаимодействуют на строго иерархической основе: каждый уровень пользуется услугами нижнего уровня и, в свою очередь, обслуживает уровень, расположенный выше.

Стандартизация распространяется на протоколы связи одноименных уровней взаимодействующих АС.

АС - 1			…	АС - N
Прикладные процессы			Уровневые протоколы	Прикладные процессы
Уровни процессов взаимодействия	7	Прикладной	Управление прикладными процессами	Уровни процессов взаимодействия	7	Прикладной
	6	Представительный	Управление представлением данных		6	Представительный
	5	Сеансовый	Управление сеансами		5	Сеансовый
	4	Транспортный	Управление трафиком		4	Транспортный
	3	Сетевой	Управление сетью		3	Сетевой
	2	Канальный	Управление информационным каналом		2	Канальный
	1	Физический	Управление физическим каналом		1	Физический
Передающая среда (коммуникационная подсеть)

Семиуровневая модель протоколов взаимодействия открытых систем

Уровень OSI	Назначение	Примеры протоколов
7. Прикладной	Обеспечивает прикладным процессам пользователя средства доступа к сетевым ресурсам; является интерфейсом между программами пользователя и сетью. Имеет интерфейс с пользователем.	X.400, NCP, HTTP, SMTP, FTP, FTAM, SAP, DNS, Telnet и т.д.
6. Представления	Устанавливает стандартные способы представления данных, которые удобны для всех взаимодействующих объектов прикладного уровня. Имеет интерфейс с прикладными программами.	X.226
5. Сеансовый	Обеспечивает средства, необходимые сетевым объектам для организации, синхронизации и административного управления обменом данных между ними.	X.225, RPC, NetBEUT и т.д.
4. Транспортный	Обеспечивает надежную, экономичную и «прозрачную» передачу данных между взаимодействующими объектами сеансового уровня	X.224, TCP, UDP, NSP, SPX, SPP, RH и т.д.
3. Сетевой	Обеспечивает маршрутизацию передачи данных в сети, устанавливает логический канал между объектами для реализации протоколов транспортного уровня.	X.25, X.75, IP, IPX, IDP, TH, DNA-4 и т.д.
2. Канальный	Обеспечивает непосредственную связь объектов сетевого уровня, функциональные и процедурные средства ее поддержки для эффективной реализации протоколов сетевого уровня.	LAP-B, HDLC, SNAP, SDLC, IEEE 802.2 и т.д.
1. Физический	Формирует физическую среду передачи данных, устанавливает соединения объектов сети с этой средой	Ethernet, Arcnet, Token Ring, IEEE 802.3,5

Функциональные уровни рассматриваются как составные независимые части процессов взаимодействия АС. Основные функции, реализуемые в рамках уровневых протоколов, состоят в следующем.

Физический уровень непосредственно связан с каналом передачи данных, обеспечивает физический путь для электрических сигналов, несущих информацию. На этом уровне осуществляется установление, поддержка и расторжение соединения с физическим каналом, определение электрических и функциональных параметров взаимодействия ЭВМ с коммуникационной подсетью.

Канальный уровень определяет правила совместного использования физического уровня узлами связи.

Главные его функции:

• управление передачей данных по информационному каналу (генерация стартового сигнала и организация начала передачи информации, передача информации по каналу, проверка получаемой, информации и исправление ошибок, отключение канала при его неисправности и восстановление передачи после ремонта, генерация сигнала окончания передачи и перевода канала в пассивное состояние)

• управление доступом к передающей среде, т.е. реализация выбранного метода доступа к общесетевым ресурсам.

Физический и канальный уровни определяют характеристики физического канала и процедуру передачи по нему кадров, являющихся контейнерами, в которых транспортируются пакеты.

Сетевой уровень реализует функции буферизации и маршрутизации, т.е. прокладывает путь между отправителем информации и адресатом через всю сеть.

Основная задача сетевого протокола — прокладка в каждом физическом канале совокупности логических каналов. Два пользователя, соединенные логическим каналом, работают так, как будто только в их распоряжении имеется физический канал. |

Транспортный уровень занимает центральное место в иерархии уровней сети.

Он обеспечивает связь между коммуникационной подсетью и верхними тремя уровнями, отделяет пользователя от физических и функциональных аспектов сети.

Главная его задача — управление трафиком (данными пользователя) в сети. При этом выполняются такие функции, как деление длинных сообщений, поступающих от верхних уровней, на пакеты данных (при передаче информации) и формирование первоначальных сообщений из набора пакетов, полученных через канальный и сетевой уровни, исключая их потери или смещение (при приеме информации).

Транспортный уровень является границей, ниже которой пакет данных является единицей информации.

Выше этой границы в качестве единицы информации рассматривается только сообщение. Транспортный уровень обеспечивает также сквозную отчетность в сети.

Сеансовый уровень предназначен для организации и управления сеансами взаимодействия прикладных процессов пользователей (сеанс создается по запросу процесса пользователя, переданному через прикладной и представительный уровни).

Основные функции:

• управление очередностью передачи данных и их приоритетом,

• синхронизация отдельных событий,

• выбор формы диалога пользователей (полудуплексная, дуплексная передача).

Представительный уровень (уровень представления данных); преобразует информацию к виду, который требуют прикладные процессы пользователей (например, прием данных в коде ASCII и выдача их на экран дисплея в виде страницы текста с заданным числом и длиной строк).

Представительный уровень занимается синтаксисом данных. Выше этого уровня поля данных имеют явную смысловую форму, а ниже его поля рассматриваются как передаточный груз, и их смысловое значение не влияет на обработку.

Прикладной уровень занимается поддержкой прикладного процесса пользователя и имеет дело с семантикой данных.