Лекции по сетям ЭВМ2 / N3

Функционирование сети (сетевые модели ISO, Project 802).

Работа сети предполагает передачу кадров от одной рабочей станции к другой, при этом решаются следующие задачи:

1. Распознать (выбрать) данные для передачи.

2. Разбить данные на блоки (пакеты).

3. Добавить служебную информацию каждому блоку (пакету). Адрес – источника, адрес назначения – приёмника.

4. Добавляется служебная информация (синхронизация, контроль ошибок и др.).

5. Послать все данные в сеть и отправить по заданному адресу. Для выполнения всех этих задач ОС действуют по строгому набору процедур, которые называются протоколами. Эти протоколы стандартизированы. Благодаря стандартизации различные производители сетевого оборудования (аппаратных и программных средств) выпускают оборудование, которое можно использовать совместно.

Существует два главных набора стандартов:

1. Project 802 (IEEE 1980 год, февраль месяц).

Этот стандарт описывает физический и канальный уровни. Стандарт лёг в основу второго стандарта.

2. Модель Open System Interconnect (OSI). Её разработал International Standard Organization (ISO) в 1984 году, которая стала международным стандартом. Эта модель предусматривает многоуровневую структуру взаимодействия рабочих станций в сети.

Действиям на каждом уровне соответствуют:

• Сетевые операции, оборудование и программы всё это описывается с помощью протоколов.

Протокол – последовательность действий (алгоритм).

Каждый уровень взаимодействует с соседними уровнями, нижний уровень (1) и (2) определяет физическую среду передачи данных (сетевой адаптер, кабель и КС). Верхние уровни определяют, каким способом осуществить передачу данных. Взаимодействие уровней определяется межуровневыми интерфейсами, каждый уровень – услуги верхнего. Перед передачей данные разбиваются на пакеты, обычно это выполняется на транспортном уровне (4). Это делается для того, чтобы обеспечить большую помехозащищённость на коротком пакете вероятность появление ошибки меньше. В случае если помеха произошла, передать вторично такой пакет значительно проще.

Уровни модели OSI.

Физический уровень (1) – передача битов по физическому КС (коаксиальный кабель, витая пара, ВОЛС, ИФК, РК и т.д.).

Характеристики этого уровня:

• Частотная полоса пропускания.

• Волновое сопротивление кабеля.

• Характеристики сигналов.

• Тип кодирования (NRZ).

• Скорость передачи.

• Разъёмы и т.д.

Реализуются во всех ПК сетевыми адаптерами и их драйверами.

10 BASE – T категории 3, 10 Мбит/сек, 100 Ом, меньше 100 м, RG-45.

Канальный уровень (2) – решает задачи: доступ к КС, обнаружение и коррекция ошибок. Для этого биты группируются в кадры, к которым добавляется заголовок и Cyclic Redundancy Check (CRC) контрольная сумма.

Если CRC не совпадает, источник производит повторную передачу кадра. В ЛВС протоколы канального уровня используются ПК, мостами, коммутаторами – все они называются рабочие станции. Канальный уровень упаковывает получаемые с верхнего уровня пакеты в кадры данных. Функции канального уровня реализуются сетевыми адаптерами и их драйверами.

Сетевой уровень (3) – для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, возможно с различными технологиями и с произвольной структурой связи. Канальный уровень осуществляет связь только в сети с типовой топологией и организованной по древовидным связям (без петель). Коммутаторы второго уровня не допускают избыточных связей. Эти недостатки исключены в сетевом уровне, которые реализуются на маршрутизаторах (МШ). Вводят новую структуру адресов. Выбор маршрута осуществляется по определённым критериям. Одним из таких критериев – число HOP (прыжок). Прохождение одного маршрутизатора, не всегда в качестве критерия используется скорость, например, качество передачи и т.д. Проблема выбора наилучшего пути по критерию называется маршрутизацией – это главная задача сетевого уровня.

Другие функции сетевого уровня:

• Согласование любых (разных) технологий.

• Создание барьеров Firewall на пути нежелательного трафика между сетями.

• Упрощение адресации между сетями в крупных сетях.

Вводится новая адресация IP-адрес (Internet Protocol). IP-адрес состоит из двух частей:

• Старшая часть – номер сети.

• Младшая часть – номер узла.

Все узлы одной и той же сети должны иметь одинаковую старшую часть. Примеры протоколов сетевого уровня:

• IP – из стека TCP/IP.

• IPX – фирмы Novell.

Главная задача сетевого уровня – доставка.

Транспортный уровень (4). Сетевой уровень передаёт пакеты в дейтаграммном режиме (сообщение, не требующее подтверждение). На пути передачи кадры могут быть искажены, либо утеряны. Транспортный уровень обеспечивает передачу данных, с необходимым уровнем надёжности, модель OSI определяет 5 классов сервиса, предоставляемым транспортным уровнем. Этот сервис заказывается верхним уровнем (сеансовым и прикладным уровнем). Главное для этих классов:

• Возможность обнаружения или исправление ошибок.

• Срочность передачи.

• Возможность восстановления прерванной передачи.

На транспортном уровне действуют следующие типы сервиса:

• Предварительная установка соединения.

• Контроль доставки сообщения (по контрольным суммам).

• Циклическая нумерация пакетов.

• Все протоколы, начиная с транспортного и выше, реализуются только программными средствами.

Примеры протоколов: TCP, SPX фирмы Novell. Три верхних уровня (5), (6), (7) решают задачи представления данных на прикладной уровень.

Сеансовый уровень (5)  обеспечивает управление диалогом, фиксирует активную сторону и предоставляет средства синхронизации. Включает в сообщение контрольные точки. На практике используется совместно с прикладным уровнем и реализуется в одном протоколе.

Представительный уровень (6) – форма представления информации (ASCII кодировка, EBCDIC). Может выполняться шифрование данных (SSL протокол).

Прикладной уровень (7) – это просто набор разных протоколов, с помощью которых пользователь получает доступ к ресурсам:

• WEB-страницам.

• Файлам.

• Электронной почте и др.

Единица данных называется сообщением (Message).

Службы этого уровня: FTP, Mail, WWW и др.

Сетезависимые и сетенезависимые протоколы.

Функции всех уровней могут быть отнесены к одной из двух групп:

• Зависящие от технической реализации сети.

• Не зависящие от аппаратуры, ориентированные на приложения.

Три нижних уровня сетезависимые (смена технических средств потребует замену всех трёх уровней – физический, канальный, сетевой).

Транспортный уровень является изолирующим.

Модель Project 802.

В этой модели разработан целый ряд так называемых категорий, описывающих доступ к физической среде.

Категории:

• 802.1 – объединение сетей (мосты).

• 802.2 – управление логической связью (LLC).

• 802.3 – ЛВС с МДКН/ОК (CSMA/CD) Ethernet.

• 802.4 – ЛВС топология «шина» с передачей маркера.

• 802.5 – ЛВС «кольцо» с передачей маркера.

• 802.6 – сеть масштаба города Metropolitan Area Network (MAN).

• 802.7 – консультативный совет по широковещательной технологии.

• 802.8 – консультативный совет по волоконно-оптической технологии.

• 802.9 – интегрированные сети с передачей речи и данных.

• 802.10 – безопасность сетей.

• 802.11 – беспроводная сеть.

• 802.12 – доступ по приоритету запроса (100VG-AnyLAN).

Расширение модели OSI.

Канальный уровень разделяется на два подуровня:

• Уровень управления логической связью Logic Link Control (LLC).

• Уровень доступа к среде Media Access Control (MAC).

Уровень LLC.

Устанавливает канал связи и определяет точки доступа к приложениям на верхних уровнях Service Access Points (SAP).

Соответственно различают SAP:

• SSAP – Source SAP источник (откуда).

• DSAP – Destination SAP назначение (приёмник).

Управление доступом к среде MAC – обеспечивает совместный доступ КС многих плат сетевых адаптеров. Он напрямую связан с сетевым адаптером и отвечает за безошибочную передачу данных CRC.

Стандарт этого уровня:

• 802.3 – Ethernet.

• 802.4 – TR логическое «кольцо».

• 802.5 – TR «кольцо».

Драйверы – это программы ПО, позволяющие ПК работать с различными устройствами (принтером, «мышью», сетевым адаптером). Сетевые драйверы осуществляют связь между сетевым адаптером и ПК. Для установления драйвера существует специальная утилита. Драйвер работает на подуровне MAC и осуществляет связь.

Производители сетевых адаптеров предоставляют драйверы разработчикам сетевого программного обеспечения (ПО) для включения его в их состав. Производители сетевого ПО публикуют списки совместного оборудования Hardware Compatility List (HCL). Это списки драйверов, которые включены в состав сетевого ПО. HCL Windows NT Server содержит более 100 моделей плат сетевых адаптеров.

Структура кадра.

Кадр в стандарте 802.3 Ethernet (размер полей в байтах):

1. Преамбула 7 байт (56 бит вида: 1010 1010 и т.д.).

2. Ограничитель 1 байт (1010 1011) конец заголовка физического уровня.

3. Адрес назначения MAC 6 байт.

4. Адрес источника MAC 6 байт.

5. Длина кадра L 2 байта.

6. Данные от 64 до 1518 байт.

7. Контрольный код CRC 4 байта.

Структура кадра для других технологий специфична.