ТЕМА 2

Программное обеспечение современных сетевых технологий

2.1.Протоколы и стандарты.Эталонная модель взаимодействия открытых систем.

Стремление к упорядочению и упрощению процессов разработки, модернизации и расширения сетей определило необходимость введения стандартов, регламентирующих принципы и процедуры организации взаимодействия абонентов компьютерных сетей. С этой целью была разработана эталонная модель взаимодействия открытых систем, состоящая из семи уровней. Каждый из уровней представляет определённую группу функций, необходимых для работы компьютерной сети.

Рабочая станция 1 Рабочая станция 2

Прикладной процесс А Протоколы Прикладной процесс В

Компьютер 1

Компьютер 2

Уровни Процесс А сообщение Процесс В сообщение

Прикладной

Представительный

Сеансовый

Транспортный

Сетевой

Канальный

Физический

Прикладной

Представительный

Сеансовый

Транспортный

Сетевой

Канальный

Физический

Прикладные

7

Представительного уровня

7

7

6

Сеансовые

7

6

7

6

5

Транспортные

4

Сетевые

3

Канального уровня

2

Физического уровня

1

7

6

5

4

3

2

1

1

2

3

4

5

6

7

(см. *)

Прикладной уровень – обеспечивает выполнение прикладных пользователей. Наряду с прикладными протоколами, он определяет протоколы передачи файлов, электронной почты.

Представительный уровень – определяет единый для всех систем синтаксис передачи данных. Необходимость данного уровня обусловлена различной формой представления информации в сети передачи данных и компьютерах. Этот уровень позволяет компьютерам общаться между собой независимо от их внутреннего языка.

С

кадр

пакет

дейтограмма

сегмент

еансовый уровень. Его назначение – организация между прикладными процессами различных рабочих станций. На этом уровне создаются порты для приема и передачи сообщений и организуются соединения – логические каналы между процессами. Необходимость протоколов этого уровня определяется сложностью сети передачи данных и стремлением обеспечить высокую надежность передачи данных.

(*)

7

6

5

4

3

1

2

Полезная информация

Служебная информация

Приложение обращается с запросом к прикладному уровню, например, к файловой службе. На основании этого запроса программное обеспечение формирует сообщение стандартного формата. Обычное сообщение состоит из заголовка и поля данных.

Заголовок содержит служебную информацию, которую необходимо передать через сеть прикладному уровню машины – адресата, чтобы сообщить ему какую работу необходимо выполнить (например, о месте нахождения файла и о типе операции, которую необходимо над ним выполнить). Поле данных сообщения может быть пустым или содержать какие-либо данные, например те, которые необходимо записать в удаленный файл.

После формирования сообщения прикладной уровень отправляет его представительскому уровню. Протокол представительского уровня добавляет к сообщению собственную служебную информацию (заголовок представительского уровня), где содержатся указания для протокола представительского уровня машины-адресата.

Это сообщение передаётся сеансовому уровню, который добавляет свой заголовок и т.д. Физический уровень передаёт сообщение машине-адресату. К этому моменту сообщение обрастает заголовками всех уровней.

Когда сообщение поступает к машине-адресату, оно принимается физическим уровнем и последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень обрабатывает заголовок своего уровня, выполняя соответствующие данному уровню функции, а затем удаляет этот заголовок и передаёт сообщение верхнему уровню. (**)

(**)

Физический уровень обеспечивает передачу битов по физическим каналам связи.

Канальный уровень – осуществляет:

1. проверку доступности среды передачи, т.к. физическая среда передачи данных может быть занята;

2. обнаружение и коррекцию ошибок.

Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами (frames). Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, помещая специальную последовательность бит в начало и конец каждого кадра для его выделения, а также вычисляет контрольную сумму, обрабатывая все байты кадра определённым способом и добавляя контрольную сумму к кадру. Когда кадр приходит по сети, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается правильным и принимается, если нет, то фиксируется ошибка. Исправление ошибок осуществляется за счет повторной передачи кадра.

В протоколах нормального уровня заложена структура связи между компьютерами и способами их адресации. Канальный уровень обеспечивает доставку кадра между двумя точками локальной сети, но в среде для топологии, для которой был разработан. (Общая шина, кольцо, звезда и топологии, полученных из них с помощью мостов и коммутаторов).

Сетевой уровень – служит для образования единой транспортной системы, объединяющий несколько сетей, причём эти сети могут использовать различные принципы передачи сообщений между конечными идеалами и обладать произвольной структурой связей.

Сетевой уровень решает задачи согласования разных технологий, упрощения адресации в крупных сетях и создание барьеров на пути нежелательного сетевого трафика между сетями.

Сообщения сетевого уровня называют пакетами.

На сетевом уровне имеется три вида протоколов:

• сетевые протоколы (реализуют продвижение пакета через сеть);

• протоколы маршрутизации – они собирают информацию о топологии межсетевых соединений;

• протоколы разрешения адресов – отвечают за отображение адреса, узла, используемого на сетевом уровне, в локальный адрес сети.

Примером протоколов сетевого уровня является протокол межсетевого взаимодействия IP стека TCP/IP и протокол межсетевого обмена пакетами IPX стека Novell.

Транспортный уровень. В сети могут быть утрачены или утеряны некоторые пакеты. Транспортный уровень обеспечивает передачу с должной степенью надёжности. Сервис транспортного уровня включает пять уровней, отличающихся качеством услуг: срочность, восстановление прерванной связи, способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи – искажение, потеря и дублирование пакетов.

Начиная с транспортного уровня и выше, протоколы реализуются программными средствами конечных узлов сети – компонентами их сетевых операционных систем.

Пример транспортных протоколов:

Протоколы TCP и UDP стека TCP/IP и SPX стека Novell.

Протоколы нижних четырёх уровней называют сетевым транспортом или транспортной подсистемой, так как они полностью решают задачу транспортировки сообщений с заданным уровнем качества в составных сетях с произвольной топологией и различными топологиями.

Остальные три верхних уровня решают задачу представления прикладных сервисов на основании имеющейся транспортной подсистемы:

Сеансовый уровень: обеспечивает управление диалогом: фиксирует какая из сторон является активной и представляет средства синхронизации, устанавливает контрольные точки.

Представительный уровень: имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации и может, например, обеспечить преодоление синтаксических различий в представлении данных.

Прикладной уровень – это набор протоколов, с помощью которых пользователи получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры, web-страницы.

Транспортный уровень (уровень сквозной передачи) служит для передачи данных между двумя взаимодействующими открытыми системами и организации процедуры сопряжения абонентов сети с системой передачи данных. На этом уровне определяется взаимодействие рабочих станций – источника и адресата данных, организуется и поддерживается логический канал (транспортное соединение) между абонентами.

Сетевой уровень, предназначен для маршрутизации информации и управления сетью передачи данных. Здесь решаются вопросы управления сетью передачи данных, в том числе маршрутизация и управление информационными потоками.

Канальный уровень – обеспечивает функциональные и процедурные средства для установления, поддержания и расторжения соединений на уровне каналов передачи данных. Процедуры канального уровня обеспечивают обнаружение и исправление ошибок, возникающих на физическом уровне.

Физический уровень – обеспечивает механические, электрические, функциональные и процедурные средства организации физических соединений при передачи бит данных между физическими объектами.

Четыре нижних уровня образуют транспортную службу компьютерной сети, которая обеспечивает передачу (транспортировку) информации между рабочими станциями, освобождая более высокие уровни от решения этих задач.

Три верхних уровня, обеспечивающие логическое взаимодействие прикладных процессов, функционально объединяются в абонентскую службу.

В рамках эталонной модели определяются услуги, которые должны обеспечивать её уровни.

Физический уровень обеспечивает: установление и идентификацию физических соединений; организация последовательностей передачи бит информации; оповещение об окончании связи.

Канальный уровень обеспечивает: организацию нужной последовательности блоков данных и их передачу, управление потоками между смежными узлами, идентификацию конечных пунктов канальных соединений, обнаружение и исправление ошибок, неисправленных на канальном уровне.

Сетевой уровень – идентифицирует конечные точки соединений, организует сетевые соединения, управляет потоками блоков данных, осуществляет обеспечение поставки блоков данных в нужной последовательности и осуществляет разъединение сетевых соединений.

Транспортный уровень – обеспечивает установление и разъединение транспортных соединений, формирование блоков данных, обеспечение взаимодействия сеансовых соединений с транспортными соединениями, управление последовательностью передачи блоков данных о обнаружение и исправление в них ошибок; отвечает за ликвидацию тупиковых ситуаций.

На сеансовом уровне предоставляются услуги, связанные с обслуживанием сеансов и обеспечение передачи данных в диалоговом режиме; установлением сеансового соединения; управлением обменом данными, отображением сеансового соединения на транспортный уровень.

Представительный уровень обеспечивает выбор вида представления данных, интерпретацию и преобразования передаваемой информации к виду, удобному для прикладных процессов, преобразование синтаксиса данных, формирование блоков данных.