1. Структура эталонной модели взаимодействия открытых систем, назначение уровней протокольного стека.

Протокол-обмен правил обмена информации между устройствами передачи данных. Эталонная модель ВОС лежит в основе всех сетевых технологий .Каждый уровень этой модели выполняет свою специфическую функцию, тем самым обеспечивает проектирование всей системы в целом. Каждый уровень взаимодействует только с двумя соседними, то есть подчиняется выше лежащему и управляет нижележащим.

ВОС -взаимодействия открытых систем, состоит из семи уровней:

1- физический

2- канальный

3- сетевой

4- транспортный

5- сеансовый

6- представления

7- прикладной

Прикладной уровень - обеспечивает интерфейс пользователя с общими сетевыми службами для обработки распределенной информации .На этом уровнс работают протоколы :FТР -удаленной пересылки данных( протокол передачи данных) , SNMP ­управления сетью.

Представления - осуществляет преобразование кодов, кодовых таблиц, сжатия и распаковку данных. На этом уровне работают протоколы: Telnet - управляющие доступом, SMТP - электронной почтой.

Сеансовый уровень - управляет системой взаимодействия между работающими станциями. Осуществляет соединение, поддержание соединения связи и разъединения .На этом уровне работают протоколы: NNTP- работы с телеконференцией, NTTP - ­поисковой системы.

Транспортный -осуществляет согласование верхних уровней с нижними. На этом уровне используются протоколы: ТСР -протокол управления передачи обеспечивает сервис надежной доставки информации между пользователями,

Сетевой - (пакетный) маршрутизация по адресам, трансляция физических и сетевых адресов, поиск пути от источника к получателю, установления и обслуживания логической связи между узлами для представления транспортной связи. На этом уровне используются протоколы: IP- осуществляет маршрутизацию по адресам с использованием IP адресов, IСМР - протокол который осуществляет контроль ошибок ,передаваемых сообщениями, определяет контрольную сумму, IGМР- осуществляет групповую пересылку данных.

Канальный уровень (уровень звена данных) -обеспечивает формирования кадров передаваемых через физический уровень к получателю ,состоит из двух подуровней: LLС- управляет логической связью и обеспечивает интерфейс сетевым уровнем, МАК управляет доступом к среде передач. Протокол РРР- который входит в

состав модема SLIP. .

Физический уровень - обеспечивает преобразование в битовую последовательность. Данный уровень определяет тип среды передачи, кодирование данных, методы передачи.

Среда передач- обеспечивает перенос электрического или оптического сигнала (по медным или оптическим кабелям связи, радио эфиру т.п).

2. Протокольный стек ТСР\IР. Назначенне протоколов и процедуры иикапсуляции протоколов.

На уровне приложения функционируют протоколы, которые осуществляют взаимодействие пользователя с общесетевыми службами

*Telnet - один из первых протоколов Internet, предназначен для удаленного доступа к терминалу Internet; FTP - протокол, позволяющий передавать файлы. Его рассматривают как один из возможных вариантов работы с удаленными сетями. Содержит большое кол-во информации в виде файлов. к данным этих файлов нельзя обратиться напрямую. Это можно сделать только переписав их целиком с FТP сервера в локальный сервер; SNMP- протокол управления сетями, на его основе происходит обращение к базе данных МIB (хранит конфигурацию устройств); SMТP - электронная почта; http - поисковая система; NNTP -сетевой протокол передачи новостей; DNС -система доменных имен.

*ТСР- осуществляет транспортировку данных по виртуальной сети и разбивку сообщения на пакеты; UDP- пользовательский программный протокол - доставка пакетов без установления соединения между клиентами (работает в дейтаграмном режиме.

*IP - межсетевой, осуществляет сервис доставки пакетов между узлами и маршрутизацию и поиск оптимального пути; IGМР- осуществляет групповую пересылку данных ; ICМP- протокол управления сообщениями, управляет передачей управляющих сообщений и сообщений об ошибках между хост ЭВМ и шлюзами

* ARP - протокол разрешения адресов, осуществляет преобразование IP адреса в физический; RARP. RARP- осуществляет преобразование физического адреса в межсетевой IP адрес.

Прикладной уровень - реализуется программными системами, построенными в архитектуре клиент-сервер. В отличие от протоколов остальных трех уровней, протоколы прикладного уровня занимаются деталями конкретного приложения и «не интересуются» способами передачи данных по сети.

Основной уровень - так как на сетевом уровне не устанавливаются соединения, то нет никаких гарантий, что все пакеты будут доставлены в место назначения невредимыми или придут в том же порядке, в котором они были отправлены. эту задачу решает основной уровень стека TCP/IP, называемый также транспортным. На этом уровне функционирует протокол управления передачей ТСР и протокол дейтаграмм пользователя UDP. ТСР делит поток байт на сегменты и передает их нижележащему уровню межсетевого взаимодействия. После того как эти сегменты будут доставлены средствами уровня межсетевого взаимодействия в пункт назначения, протокол ТСР снова соберет их в непрерывный поток байт. Протокол UDP выполняет только функции связующего звена (мультиплексора) между сетевым протоколом и много численными службами прикладного уровня или пользовательскими процессами.

Уровень межсетевого взаимодействия - является стержнем всей архитектуры, реализует концепцию передачи пакетов в режиме без установления соединений, то есть дейтаграммным способом. Уровень обеспечивает возможность перемещения пакетов по сети, используя тот маршрут, который в данный момент является наиболее рациональным. Основным протоколом сетевого уровня в стеке является протокол IP . Протокол является дейтаграммным, Т.е. он не гарантирует доставку пакетов до узла назначения, но старается это сделать.

С помощью специальных пакетов ICМP сообщает о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы.

Уровень сетевых интерфейсов - протоколы этого уровня должны обеспечивать интеграцию в составную сеть других сетей, при чем задача ставится так: сеть TCP/IP должна иметь средства включения в себя любой другой сети, какую бы внутреннюю технологию передачи данных эта сеть не использовала. Для каждой технологии, включаемой в составную сеть подсети, должны быть разработаны собственные интерфейсные средства.

Инкапсуляция (encapsulation) или туннелирование (tunneling) - это метод решения задачи согласования сетей, который, однако, применим только для согласования транспортных протоколов и только при определенных ограничениях. Инкапсуляция может быть использована, когда две сети с одной транспортной технологией необходимо соединить через сеть, использующую другую транспортную технологию. При инкапсуляции промежуточная сеть используется только как транзитная транспортная система.

Метод инкапсуляции заключается в том, что пограничные маршрутизаторы, которые подключают объединяемые сети к транзитной, упаковывают пакеты транспортного протокола объединяемых сетей в пакеты транспортного протокола транзитной сети.

Для реализации метода инкапсуляции пограничные маршрутизаторы должны быть соответствующим образом сконфигурированы

Инкапсуляция может быть использована для транспортных протоколов любого уровня.

Данные пользователя формируются на трех верхних уровнях модели ВАС. К данным добавляется заголовок, в котором содержится адрес пункта назначения и вид кодировки.

На транспортном уровне добавляется заголовок ТСР, в котором содержатся адреса отправителя и получателя, номер пакета и контрольная сумма пакета.

На сетевом уровне добавляется заголовок IP, в котором указывается время жизни пакета, по истечению которого пакет будет уничтожен

На канальном и физическом уровнях добавляется заголовок ЛВС(Еthеrnеt), в котором содержится контрольная сумма пакета. Конец заголовка указывает на окончание пакета данных.

На приемном конце, данные анализируются, рассчитывается контрольная сумма пакета, сравниваются, и если контрольная сумма совпадет, то заголовок ЛВС будет уничтожен. Дальше данные передаются на сетевой уровень. Если контрольная сумма не совпадет, то пакет уничтожится и у отправителя запрашивается повторно и Т.д.

3 Архитектура сети fddi порядок передачи по сети информации, формат маркера и формат протокола.

Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

• повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с;

• повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода - повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т. п.;

• максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного (чувствительного к задержкам) трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам.

В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного (Primary) кольца, этот режим назван режимом Thru - «сквозным» или «транзитным». Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В

. Реконфигурация колец FDDI при отказе

. Структура протоколов технологии FDDI

случае какого-либо вида отка­за, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вто­ричным (рис. 3.16), вновь обра­зуя единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть «свертывание» или «свора­чивание» колец. Операция свер­тывания производится средства­ми концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении (на диаграммах это направление изображается против часовой стрелки), а по вторичному - в обратном (изображается по часовой стрелке). Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

В стандартах FDDI много внимания отводится

различным процедурам, которые позволяют определить наличие отказа в сети, а затем произвести необходимую реконфигурацию. Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов. При множественных отказах сеть распадается на несколько не связанных сетей. Технология FDDI дополняет механизмы обнаружения отказов технологии Token Ring механизмами реконфигурации пути передачи данных в сети, основанными на наличии резервных связей, обеспечиваемых вторым кольцом.

Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа. Этот метод очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом маркерного (или токенного) кольца - token ring.

Отличия метода доступа заключаются в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является постоянной величиной, как в сети Token Ring. Это время зависит от загрузки кольца - при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля. Эти изменения в методе доступа касаются только асинхронного трафика, который не критичен к небольшим задержкам передачи кадров. Для синхронного трафика время удержания маркера по-прежнему остается фиксированной величиной. Механизм приоритетов кадров, аналогичный принятому в технологии Token Ring, в технологии FDDI отсутствует. Разработчики технологии решили, что деление трафика на 8 уровней приоритетов избыточно и достаточно разделить трафик на два класса - асинхронный и синхронный, последний из которых обслуживается всегда, даже при перегрузках кольца.

В остальном пересылка кадров между станциями кольца на уровне MAC полностью соответствует технологии Token Ring. Станции FDDI применяют алгоритм раннего освобождения маркера, как и сети Token Ring со скоростью 16 Мбит/с.

Адреса уровня MAC имеют стандартный для технологий IEEE 802 формат. Формат кадра FDDI близок к формату кадра Token Ring, основные отличия заключаются в отсутствии полей приоритетов.

Преамбvла - чередование 1 и О. Используется для синхронизации, состоит из 64 бит, 56 бит-чередование 1 и О, с помощью которых осуществляется в течении 5 секунд синхронизация. Оставшиеся 8 бит - 11110000 - начальный разделитель кадра, что обозначает начало информационной части кадра.

HP - начальный разделитель, состоит из 11110000.

КП - Контроль пакета протокола верхнего уровня, содержит в себе CLFFTTTT. С - определяет класс пакета:

Управление доступом к среде МАС осуществляется на основе метода кольцевых слотов.

Преамбула

НР

КП

КР

СП

Рисунок 5. Формат маркера

Преамбула предназначена для синхронизации. Несмотря на то, что изначальная длина этого поля равна 64 бита, узлы могут логически изменить ее в соответствии со своими требованиями к синхронизации или качеству передачи.

НР – начальный разделитель (11110000) предназначен для определения начала маркера или идентификации пакета.

КП – контроль пакета (CLFFTTTT),

где бит «С» устанавливает класс пакета, будет ли пакет использоваться для синхронного (С=1) или асинхронного обмена (С=0);

L – индикатор длины адреса пакета, который может быть 16 или 48 бит (L=0 – 16 бит, L=1 – 48 бит);

FF – определяет формат пакета: принадлежит ли пакет подуровню МАС (FF=00) или подуровню LLC (FF=01);

TTTT – определяет тип пакета, содержащего данные в информационном поле. Определяется только в том случае, если пакет является подуровнем МАС, например 0011 – требование маркера.

КР – концевой разделитель определяет конец пакета. Может быть различной длины, например полбайта.

СП – статус пакета (ACRRACRR). Поле произвольной длины, которое содержит биты обнаружения ошибки, адрес распознан, данные скопированы.

Преамбула

НР

КП

АП

АО

Данные

CRC

КР

СП

Рисунок 6. Формат пакета протокола FDDI

Преамбула предназначена для синхронизации. Несмотря на то, что изначальная длина этого поля равна 64бита, узлы могут логически изменить ее в соответствии со своими требованиями к синхронизации или качеству передачи.

НР – начальный разделитель (11110000) предназначен для определения начала маркера или идентификации пакета.

КП – контроль пакета КП (CLFFTTTT), где

С устанавливает класс пакета. Будет ли пакет использоваться для синхронного (С=1) или асинхронного обмена (С=0);

L – индикатор длины адреса пакета, которая может быть 16 или 48 бит (L=0 – 16 бит, L=1 – 48 бит);

FF – определяет формат пакета. Принадлежит ли пакет подуровню МАС (FF=00) или подуровню LLC (FF=01);

TTTT – определяет тип пакета, содержащего данные в информационном поле. Определяется только в том случае, если пакет является подуровнем МАС, например 0011 – требование маркера.

КР – концевой разделитель – определяет конец пакета. Может быть различной длины, например полбайта.

СП – статус пакета (ACRRACRR). Поле произвольной длины, которое содержит биты обнаружения ошибки, адрес распознан, данные скопированы.

АП – адрес получателя имеет длину 16 или 48 бит и предназначен для определения рабочей станции.

АО – адрес отправителя имеет туже длину и определяет рабочую станцию, передавшую пакет.

Данные могут быть типа МАС, предназначенные для управления кольцом или данными пользователя. Длина поля переменная, но ограничена суммарной длиной пакета и не превышает 4500 байт.

FDDI – это стандарт или вернее набор сетевых стандартов, ориентирован прежде всего на передачу данных по ВОЛС со скоростью 100Мбит/с.

Признаки распознавания адреса, копирования кадра и ошибки позволяют сохранить имеющиеся в сетях Token Ring процедуры обработки кадров станцией-отправителем, промежуточными станциями и станцией-получателем.

На рис. 3.17 приве­дено со­ответствие стру­кту­ры про­то­ко­лов технологии FDDI семиуровневой моде­ли OSI. FDDI определяет протокол физического уровня и про­токол подуровня доступа к среде (MAC) канального уровня. Как и во многих других технологиях локаль­ных сетей, в технологии FDDI используется прото­кол подуровня управления каналом данных LLC, определенный в стандарте IEEE 802.2. Таким образом, несмотря на то что технология FDDI была разработана и стандартизована институтом ANSI, а не комитетом IEEE, она полностью вписывается в структуру стандартов 802.

Отличительной особенностью технологии FDDI является уровень управления станцией - Station Management (SMT). Именно уровень SMT выполняет все функции по управлению и мониторингу всех остальных уровней стека протоколов FDDI. В управлении кольцом принимает участие каждый узел сети FDDI. Поэтому все узлы обмениваются специальными кадрами SMT для управления сетью.

Отказоустойчивость сетей FDDI обеспечивается протоколами и других уровней: с помощью физического уровня устраняются отказы сети по физическим причинам, например из-за обрыва кабеля, а с помощью уровня MAC - логические отказы сети, например потеря нужного внутреннего пути передачи маркера и кадров данных между портами концентратора.

Особенности метода доступа FDDI

Для передачи синхронных кадров станция всегда имеет право захватить маркер при его поступлении. При этом время удержания маркера имеет заранее заданную фиксированную величину.

Если же станции кольца FDDI нужно передать асинхронный кадр (тип кадра определяется протоколами верхних уровней), то для выяснения возможности захвата маркера при его очередном поступлении станция должна измерить интервал времени, который прошел с момента предыдущего прихода маркера. Этот интервал называется временем оборота маркера (Token Rotation Time, TRT). Интервал TRT сравнивается с другой величиной - максимально допустимым временем оборота маркера по кольцу Т_0рг. Если в технологии Token Ring максимально допустимое время оборота маркера является фиксированной величиной (2,6 с из расчета 260 станций в кольце), то в технологии FDDI станции договариваются о величине Т_0рг во время инициализации кольца. Каждая станция может предложить свое значение Т_0рг, в результате для кольца устанавливается минимальное из предложенных станциями времен. Это позволяет учитывать потребности приложений, работающих на станциях. Обычно синхронным приложениям (приложениям реального времени) нужно чаще передавать данные в сеть небольшими порциями, а асинхронным приложениям лучше получать доступ к сети реже, но большими порциями. Предпочтение отдается станциям, передающим синхронный трафик.

Таким образом, при очередном поступлении маркера для передачи асинхронного кадра сравнивается фактическое время оборота маркера TRT с максимально возможным Т_0рг. Если кольцо не перегружено, то маркер приходит раньше, чем истекает интервал Т_0рг, то есть TRT < Т_0рг. В этом случае станции разрешается захватить маркер и передать свой кадр (или кадры) в кольцо. Время удержания маркера ТНТ равно разности T_0pr - TRT, и в течение этого времени станция передает в кольцо столько асинхронных кадров, сколько успеет.

Если же кольцо перегружено и маркер опоздал, то интервал TRT будет больше Т_0рг. В этом случае станция не имеет права захватить маркер для асинхронного кадра. Если все станции в сети хотят передавать только асинхронные кадры, а маркер сделал оборот по кольцу слишком медленно, то все станции пропускают маркер в режиме повторения, маркер быстро делает очередной оборот и на следующем цикле работы станции уже имеют право захватить маркер и передать свои кадры.

Метод доступа FDDI для асинхронного трафика является адаптивным и хорошо регулирует временные перегрузки сети.

Выводы

• Технология FDDI первой использовала волоконно-оптический кабель в локальных сетях, а также работу на скорости 100 Мбит/с.

• Существует значительная преемственность между технологиями Token Ring и FDDI: для обеих характерны кольцевая топология и маркерный метод доступа.

• Технология FDDI является наиболее отказоустойчивой технологией локальных сетей. При однократных отказах кабельной системы или станции сеть, за счет «сворачивания» двойного кольца в одинарное, остается вполне работоспособной.

• Маркерный метод доступа FDDI работает по-разному для синхронных и асинхронных кадров (тип кадра определяет станция). Для передачи синхронного кадра станция всегда может захватить пришедший маркер на фиксированное время. Для передачи асинхронного кадра станция может захватить маркер только в том случае, когда маркер выполнил оборот по кольцу достаточно быстро, что говорит об отсутствии перегрузок кольца. Такой метод доступа, во-первых, отдает предпочтение синхронным кадрам, а во-вторых, регулирует загрузку кольца, притормаживая передачу несрочных асинхронных кадров.

• В качестве физической среды технология FDDI использует волоконно-оптические кабели и UTP категории 5 (этот вариант физического уровня называется TP-PMD).

• Максимальное количество станций двойного подключения в кольце - 500, максимальный диаметр двойного кольца - 100 км. Максимальные расстояния между соседними узлами для многомодового кабеля равны 2 км, для витой пары UPT категории 5-100 м, а для одномодового оптоволокна зависят от его качества.