§ 3.2. Сетевые модели.
В рапределенных системах не существует памяти, непосредственно доступной процессам, работающих на разных компьютерах. Поэтому взаимодествие процессов на разных компьютерах в сети может осуществлятся только путем передачи сообщений через сеть. На основе механизма передачи сообщений работают все сетевые службы. В сообщениях переносятся запросы от клиентов некоторй службы к соответствующим серверам. Сервер возвращает ответ.
В любой сетевой ОС имеется подсистема передачи сообщений, называемая транспортной подсистемой, позволяющая процессам на разных компьютерах взаимодействовать между собой. Транспортная подсистема сетевой ОС имеет сложную структуру, отражающую структуру семиуровневой модели взаимодействия открытых систем (Open System Interconection, OSI).
Сетевая модель osi.
Процесс сетевой коммуникации разбит на отдельные этапы. На каждом этапе выполняется определенная задача. Протоколы, которые управляют процессом коммуникации, работают на определенном уровне сетевой модели. Все они в совокупности составляют общий стек протоколов.
Стандарт OSI состоит из 7 уровней, каждый из которых представляет определенный этап процесса коммуникации:
-
Прикладной
Представления
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
Отправляющий компьютер запускает приложение, которое создает данные. Когда данные проходят по каждому уровню сетевой модели, то каждый уровень добавляет в них заголовочную информацию. На принимающем компьютере из кадра извлекается заголовочная информация в каждом соответствующем уровне.
Прикладной уровень.
Обеспечивает взаимодействие между приложением и сетью. Решаются задачи:
передача файлов,
доступ к принтеру,
служба сообщений.
При этом происходит подключение протокола, работающего с данным приложением, например:
FTP (для передачи файлов между компьютерами) – при передаче файлов.
Telnet (для чтения и выполнения приложений на удаленном узле, используется для эмуляции терминала и представления доступа приложениям на другом компьютере).
SMTP (используется для передачи почтовых сообщений).
При открытии сайта в браузере клиента подключаются протоколы DNS (Domain Name System) и HTTP.
Уровень представления.
Принимает данные прикладного уровня и решает задачи, связанные с формированием пакета:
сжатие данных,
шифрование данных,
трансляция протоколов.
Сеансовый уровень.
Отвечает за установления сеанса связи между двумя компьютерами. В случае сбоя связи автоматически возобновляет сеанс соединения компьютеров.
Запускаются два сервиса:
Net Bios (соединение компьютеров)
Win Sock (формирование сокетов).
Благодаря созданию сокетов ОС понимает, какой приходящий поток данных направлять тому или иному приложению. Сокет состоит из трех параметров: транспортного протокола (TCP или UDP), IP адреса клиента и номера порта. Современные ОС поддерживают 65534 порта. Каждое вновь запущенное пользователем приложение открывается под своим номером порта. Первые 1024 номера зарезервированы за основными службами, отвечающими за работу ОС. Например служба DNS подключается по 53 порту, FTP – 20,21 порт, Telnet -22 порт, Web сервер – 80 порт и т. д.
Транспортный уровень.
Решаются задачи формирования пакетов, обеспечение контроля ошибок при передаче и транспортировка данных. Отслеживается целостность и последовательность пакетов данных.
Пакеты или порции, на которые разбиваются данные, называются кадрами. Каждый кадр состоит из заголовка, данных и трейлера (рис.3.1.5).
Существует 4 разных типа кадров Ethernet:
Ethernet 802.2
Ethernet 802.3
Ethernet II
Ethernet SNAP
На рисунке 3.1.5 представлена структура кадра Ethernet II, где приведены некоторые параметры, хранящиеся в пакете.
Рис. 3.1.5. Структура кадра Ethernet II
В первом блоке (преамбула) содержатся данные, помещаемые из каждого уровня модели OSI. Во втором – данные отправляющего информацию компьютера (например IP адрес, MAK адрес и другая техническая информация). В третьем блоке размещаются данные принимающего информацию компьютера. В четвертом блоке указываются маршрутизируемые протоколы, с помощиь которых идет передача пакета в сеть. Пятый блок – передаваемые данные. Шестой – код CRC – контрольная сумма пакета.
На данном уровне работают два протокола: TCP и UDP
Протокол UDP используется для передачи пакетов небольшого размера. При этом не отслеживается конечная доставка пакета.
Протокол TCP проверяет целосность доставки каждого пакета.
Канальный уровень.
Состоит из двух подуровней:
MAC – уровень: осуществляет управление доступом к сети на уровне мас-адресов (физический адрес сетевой карты).
LLC – уровень: осуществляет управление логическими связями (определяет физическую топологию сети).
MAK адрес сетевой карты состоит из шести пар шеснадцатиричных чисел:
первые три пары - фирма – изготовитель сетевой карты, следующие три пары чисел - номер сетевой карты в партии.
Физический уровень.
Преобразует поток двоичных данных в один из трех видов сигнала (в зависимости от вида сетевой карты):
электрические импульсы
световые импульсы
радио – Ethernet.
После этого данные передаются в среду передачи.
Резюме.
Организация взаимодействия между устройствами в сети является сложной проблемой, включающей в себя много аспектов, начиная с согласования уровня электрических сигналов, формирования кадров и кончая вопросами аутентификации приложений. Для ее решения используется универсальный прием – разбиение сложной задачи на несколько частных, более простых задач. Средства решения отдельных задач упорядочены в виде иерархии уровней сетевой модели OSI.
Задача каждого уровня модели OSI - предоставление услуг вышележащему уровню, «маскируя» детали реализации этих услуг. При этом каждый уровень на одном компьютере работает так, будто он напрямую связан с таким же уровнем на другом компьютере. Эта логическая, или виртуальная, связь между одинаковыми уровнями показана на рисунке ниже. Однако в действительности связь осуществляется между смежными уровнями одного компьютера — программное обеспечение, работающее на каждом уровне, реализует определенные сетевые функции в соответствии с набором протоколов.
Перед подачей в сеть данные разбиваются на пакеты. Пакет (packet) — это единица информации, передаваемая между устройствами сети как единое целое. Пакет проходит последовательно через все уровни программного обеспечения. На каждом уровне к пакету добавляется некоторая информация, форматирующая или адресная, которая необходима для успешной передачи данных по сети.
На принимающей стороне пакет проходит через все уровни в обратном порядке. Программное обеспечение на каждом уровне читает информацию пакета, затем удаляет информацию, добавленную к пакету на этом же уровне отправляющей стороной, и передает пакет следующему уровню. Когда пакет дойдет до Прикладного уровня, вся адресная информация будет удалена и данные примут свой первоначальный вид.
Таким образом, за исключением самого нижнего уровня сетевой модели, никакой иной уровень не может непосредственно послать информацию соответствующему уровню другого компьютера. Информация на компьютере-отправителе должна пройти через все уровни. Затем она передается по сетевому кабелю на компьютер-получатель и опять проходит сквозь все слои, пока не достигнет того же уровня, с которого она была послана на компьютере-отправителе. Например, если Сетевой уровень передает информацию с компьютера А, она спускается через Канальный и Физический уровни в сетевой кабель, далее по нему попадает в компьютер В, где поднимается через Физический и Канальный уровни и достигает Сетевого уровня.
В клиент-серверной среде примером информации, переданной Сетевым уровнем компьютера А Сетевому уровню компьютера В, мог бы служить адрес и, очевидно, информация контроля ошибок, добавленные к пакету.
Взаимодействие смежных уровней осуществляется через интерфейс. Интерфейс определяет услуги, которые нижний уровень предоставляет верхнему, и способ доступа к ним. Поэтому каждому уровню одного компьютера «кажется», что он непосредственно взаимодействует с таким же уровнем другого компьютера.
Вопросы для самопроверки.
1. Что такое пакет данных?
2. Сколько уровней в сетевой модели OSI?
3. На каком уровне сетевой модели OSI работают приложения?
4. Какие задачи решаются на сеансовом уровне сетевой модели OSI?
5. Какие задачи решаются на сеансовом уровне сетевой модели?
6. Какие задачи решаются на сетевом уровне сетевой модели OSI?
7. Какие задачи решаются на транспортном уровне сетевой модели?
8. Какие задачи решаются на канальном уровне сетевой модели?
9. Какие задачи решаются на физическом уровне сетевой модели OSI?
10. Какие задачи решаются на прикладном уровне сетевой модели?