Функционирование сети Исполнитель

Функционирование сети

ПЛАН

1. Базовая эталонная модель архитектуры сети
2. Основные функции уровней модели OSI
3. Назначение протоколов
4. Работа протоколов

{spoiler=Подробнее} 

Базовая эталонная модель архитектуры сети

Аппаратное и программное обеспечение, работающие в сети, разрабатываются в разных фирмах. Для того чтобы оно было совместимо между собой, международной организацией по стандартам (ISO) была разработана базовая эталонная модель открытых систем (OSI – Open System Interconnection model).

Эта модель описывает многоуровневую архитектуру сети, при которой все сетевые функции разделены на семь уровней (рис. 9.1). Каждому уровню соответствуют определенные сетевые операции, оборудование и протоколы.

Протокол – это четко определенный набор правил и соглашений для взаимодействия одинаковых уровней сети.

Интерфейс определяет услуги, которые нижний уровень предоставляет верхнему и способ доступа к ним.

Задача каждого уровня – предоставление услуг вышестоящему уровню, «маскирую» детали реализации этих услуг. Когда два компьютера в сети работают друг с другом, каждый из сетевых уровней обменивается данными с себе подобным (на основе протокола этого уровня).

Эта логическая или виртуальная связь изображена на рис. 9.2. пунктирной линией. Однако реальная передача данных происходит на самом нижнем – физическом уровне, где находится физическая среда передачи (сетевой кабель). Т. е. на самом деле данные перемещаются:

   - сверху вниз от прикладного уровня к физическому;

   - в рамках физического уровня горизонтально по сетевому кабелю к компьютеру – приемнику данных;

   - полученные данные затем двигаются вверх по уровням сетевой

Сетевая модель ISO/OSI определяет сеть в терминах нескольких функциональных уровней. Каждый сетевой уровень включает строго определенные функции и применяет для этого один или несколько протоколов:

• физический уровень передает данные по сетевым каналам и включает в себя аппаратные средства, необходимые для этого;
• канальный - предохраняет данные от повреждения на физическом уровне;
• сетевой - передает данные от одного сетевого компьютера к другому;
• транспортный - передает данные от одного приложения к другому;
• сеансовый – это сетевой интерфейс пользователя;
• представительский - занимается проблемами сетевого интерфейса к принтерам, мониторам и преобразованием форматов файлов;
• прикладной – это набор широко используемых сетевых приложений.

Основные функции уровней модели OSI

Каждый из семи уровней определяет перечень услуг, которые он предоставляет смежным уровням, реализуя определенный набор сетевых функций.

Физический уровень

-       обеспечивает физический путь для передачи кодированных сигналов;

-       устанавливает характеристики этих сигналов (амплитуда, частота, длительность и т.д.);

-       определяет способ соединения СА с кабелем, тип разъемов, способ передачи;

-       обеспечивает поддержку потока битов, содержание которых на этом уровне не имеет значения;

-       отвечает за кодирование данных и синхронизацию битов.

Канальный уровень

-       определяет правила совместного использования физического уровня узлами сети;

-       передает информацию адресованными порциями – кадрами;

-       определяет формат кадра и способ, согласно которому узел сети решает, когда можно передать или принять кадр. Используется два основных типа кадров (рис. 9.3).

Кадры данных содержат сообщения верхних уровней (пакеты). Другие кадры, такие как маркеры или подтверждения приема, используют методы обнаружения и коррекции ошибок. С точки зрения верхних уровней, канальный и физический обеспечивают безошибочную передачу пакетов данных.

Пример. В состав любого пакета входит информация для контроля правильности передачи. Так в трейлер пакета Интернет записывается контрольная сумма (КС) пакета. Она получается путем разбиения пакета на сегменты по 16 бит, которые представляются целыми числами, складываются и записываются в трейлер.

При приеме вычисляется новая КС и сравнивается с принятой. Если они равны, то посылается подтверждение и выдается новый пакет. Если не равны, то посылается сообщение «несовпадение» и передача пакета повторяется.

Если пакет не дошел или не дошел сигнал подтверждения, передающая станция, не получив пакет в течение некоторого времени, посылает пакет еще раз (реализую, так называемый, режим "time-out") (рис. 9.4).

Рис. 9.4. Пример передачи пакетов данных

Это только иллюстрация подхода к обмену пакетами данных в ЛВС. Существуют более мощные методы защиты от ошибок (циклические коды, коды Хэмминга и т.д.), а также алгоритмы переспроса и повторения пакетов.

3. Сетевой уровень

Отвечает за буферизацию и маршрутизация в сети. Маршрутизация – существенная функция при работе в глобальных сетях (с коммутацией пакетов), когда необходимо определить маршрут передачи пакета, выполнить перевод логических адресов узлов сети в физические.

Рис. 9.5. Буферизация в сети

В ЛВС между любой парой узлов есть прямой путь (маршрут), поэтому основная функция этого уровня сводится к буферизации пакетов (рис. 9.5).

4. Транспортный уровень

-       с передающей стороны переупаковывает информационные сообщения: длинные разбиваются на несколько пакетов, короткие объединяются в один;

-       с принимающей стороны собирает сообщения из пакетов.

Так как сетевой уровень обеспечивает буферизацию, то несколько узлов могли передать свои сообщения в один и тот же узел сети. Моменты прибытия пакетов могут чередоваться. Задача этого уровня – правильная сборка пакетов каждого сообщения без смещения и потерь (рис. 9.6).

Рис. 9.6. Сборка пакетов

Транспортный уровень является границей, выше которой в качестве единицы информации рассматривается только сообщение, ниже – управляемый сетью пакет данных.

5. Сеансовый уровень

Позволяет двум приложениям на разных рабочих станциях устанавливать, использовать и завершать соединение, называемое сеансом. Сеанс создается по запросу процесса пользователя. В запросе определены: назначение сеанса связи (адрес); партнер, например, соответствующий прикладной процесс в другом узле.

Сеанс может начаться только в том случае, если прикладной процесс партнера активен и согласен связаться. На этом уровне выполняются такие функции, как распознавание имен и защита, необходимые для связи двух приложений в сети. Любой пользователь, введя имя и пароль и вошедший в сеть, создает сеанс.

6. Уровень представления

Его функция заключается в преобразовании сообщений, используемых прикладным уровнем, в некоторый общепринятый формат обмена данными между сетевыми компьютерами.

Целью преобразования сообщения является сжатие данных и их защита. В интерфейсе выше этого уровня поле данных сообщения имеет явную смысловую форму; ниже этого уровня поле данных сообщений и пакетов рассматривается как передаточный груз и их смысловое значение не влияет на обработку (рис. 9.7).

Рис. 9.7. Сообщение на уровне представления

На этом уровне работает утилита ОС, называемая редиректор. Ее назначение – переадресовать операции ввода/вывода к ресурсам сервера.

7. Прикладной уровень

Представляет собой окно для доступа прикладных процессов к сетевым услугам. Он обеспечивает услуги, напрямую поддерживающие приложение пользователей, такие как программное обеспечение для передачи файлов, доступа к БД и электронной почтой. Прикладной уровень управляет:

• общим доступом к сети;
• потоком данных;
• обработкой ошибок.

Основная идея модели OSI заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль. Благодаря этому общая задача передачи данных расчленяется на ряд отдельных легкообозримых задач.

Назначение протоколов

Операционная система управляет ресурсами компьютера, а сетевая операционная система обеспечивает управление аппаратными и программными ресурсами всей сети. Тем не менее, для передачи данных в сети нужен еще один компонент – протокол.

Протокол – это правила и технические процедуры, позволяющие нескольким компьютерам при объединении в сеть общаться друг с другом. Отметим три основных момента, касающихся протоколов:

1. Существует множество протоколов. И хотя все они участвуют в реализации связи, каждый протокол имеет:

-       различные цели;

-       выполняет определенные задачи;

-       обладает своими преимуществами и ограничениями.

1. Функции протокола определяются уровнем, на котором он работает. Если, например, какой-то протокол работает на физическом уровне, то это означает, что он обеспечивает прохождение пакетов через плату СА и их поступление в сетевой кабель. В общем случае каждому уровню присущ свой набор правил (табл. 9.1).

Таблица 9.1

1. Несколько протоколов могут работать совместно каждый на своем уровне. Это так называемый стек или набор протоколов (например, стек TCP/IP, объединяющий транспортный и сетевой протоколы).

Работа протоколов

Протоколы реализуются через заголовки, которые добавляются к пакетам по мере того, как они передаются по уровням. Каждый заголовок связывается с конкретным уровнем и в каждом последующем уровне воспринимается как часть пакета (рис. 9.8)

Рис. 9.8. Формирование, передача  и прием пакета

При поступлении пакета в принимающий узел, заголовки соответствующих уровней используются для вызова заданной функции в принимающем узле. При передаче пакета выше этот заголовок изымается. И компьютер-отправитель, и компьютер-получатель должны выполнять каждое действие одинаковым способом с тем, чтобы пришедшие по сети данные совпали с отправленными.

Если, например, два протокола будут по-разному разбивать данные на пакеты или по-разному добавлять данные (о последовательности пакетов, синхронизации и т. д.), то тогда компьютер, использующий один из протоколов, не сможет связаться с компьютером, на котором работает другой протокол.

На работу протоколов ряда уровней оказывает влияние, является ли сеть с коммутацией соединений или с коммутацией пакетов. Широкое развитие межсетевых объединений («интернет»), компонентами которых являются ЛВС, привело к тому, что данные из одной ЛВС в другую могут передаваться по одному из возможных маршрутов. Протоколы, которые поддерживают такую передачу, называются маршрутизируемыми протоколами. И их роль постоянно возрастает.

Контрольные вопросы:

1. Базовая эталонная модель архитектуры сети.
2. Основные функции уровней модели OSI.
3. Назначение протоколов.

{/spoilers}