СЕТИ ЭВМ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ. Министерствообразованияинаукироссийскойфедерации
 Скачать 4.29 Mb.
|
|
пакетом (packet). Сетевой адрес – это специфический идентификатор для каждой промежуточной сети между источником и приемником информации. Сетевой уровень реализует: • обработку ошибок, • мультиплексирование пакетов; • управление потоками данных. Самые известные протоколы этого уровня: • Х.25 в сетях с коммутацией пакетов; • IP в сетях TCP/IP; • IPX/SPX в сетях NetWare. Кроме того, к сетевому уровню относятся протоколы построения маршрутных таблиц для маршрутизаторов: OSPF, RIP, ES-IS, IS-IS. 1.3.3.4. Транспортный уровень Транспортный уровень (transport layer) наиболее интересен из высших уровней для администраторов и разработчиков сетей, так как он управляет сквозной передачей сообщений между оконечными узлами сети ("end-end"), обеспечивая надежность и экономическую эффективность передачи данных независимо от пользователя. При этом оконечные узлы возможно взаимодействуют через несколько узлов или даже через несколько транзитных сетей. На транспортном уровне реализуется: 1) преобразование длинных сообщений в пакеты при их передаче в сети и обратное преобразование; 2) контроль последовательности прохождения пакетов; 3) регулирование трафика в сети; 4) распознавание дублированных пакетов и их уничтожение. Способ коммуникации "end-end" облегчается еще одним способом адресации – адресом процесса, который соотносится с определенной прикладной программой (прикладным процессом), выполняемой на компьютере. Компьютер обычно выполняет одновременно несколько программ, в связи с чем необходимо знать какой прикладной программе (процессу) предназначено поступившее сообщение. Для этого на транспортном уровне используется специальный адрес, называемый адресом порта. Сетевой уровень доставляет каждый пакет на конкретный адрес компьютера, а транспортный уровень передаёт полностью собранное сообщение конкретному прикладному процессу на этом компьютере. Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 27 Транспортный уровень может предоставлять различные типы сервисов, в частности, передачу данных без установления соединения или с предварительным установлением соединения. В последнем случае перед началом передачи данных с использованием специальных управляющих пакетов устанавливается соединение с транспортным уровнем компьютера, которому предназначены передаваемые данные. После того как все данные переданы, подключение заканчивается. При передаче данных без установления соединения транспортный уровень используется для передачи одиночных пакетов, называемых дейтаграммами, не гарантируя их надежную доставку. Передача данных с установлением соединения применяется для надежной доставки данных. 1.3.3.5. Сеансовый уровень Сеансовый уровень (session layer) обеспечивает обслуживание двух "связанных" на уровне представления данных объектов сети и управляет ведением диалога между ними путем синхронизации, заключающейся в установке служебных меток внутри длинных сообщений. Эти метки позволяют после обнаружения ошибки повторить передачу данных не с самого начала, а только с того места, где находится ближайшая предыдущая метка по отношению к месту возникновения ошибки. Сеансовый уровень предоставляет услуги по организации и синхронизации обмена данными между процессами уровня представлений. На сеансовом уровне реализуется: 1) установление соединения с адресатом и управление сеансом; 2) координация связи прикладных программ на двух рабочих станциях. 1.3.3.6. Уровень представления Уровень представления (presentation layer) обеспечивает совокупность служебных операций, которые можно выбрать на прикладном уровне для интерпретации передаваемых и получаемых данных. Эти служебные операции включают в себя: • управление информационным обменом; • преобразование (перекодировка) данных во внутренний формат каждой конкретной ЭВМ и обратно; • шифрование и дешифрование данных с целью защиты от несанкционированного доступа; • сжатие данных, позволяющее уменьшить объём передаваемых данных, что особенно актуально при передаче мультимедийных данных, таких как аудио и видео. Служебные операции этого уровня представляют собой основу всей семиуровневой модели и позволяют связывать воедино терминалы и средства вычислительной техники (компьютеры) самых разных типов и производителей. Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 28 1.3.3.7. Прикладной уровень Прикладной уровень (application layer) обеспечивает непосредственную поддержку прикладных процессов и программ конечного пользователя, а также управление взаимодействием этих программ с различными объектами сети. Другими словами, прикладной уровень обеспечивает интерфейс между прикладным ПО и системой связи. Он предоставляет прикладной программе доступ к различным сетевым службам, включая передачу файлов и электронную почту. 1.3.3.8. Процесс передачи сообщений в OSI- модели Транспортный, сеансовый, представительский и прикладной уровни (уровни 4 – 7) относятся к высшим уровням OSI-модели. В отличие от низших уровней (1 – 3) они отвечают за коммуникации типа "end-end", т.е. коммуникации между источником и приемником сообщения. В соответствии с OSI-моделью сообщения в передающем узле А (компьютере) проходят вниз через все уровни от верхнего У 7 до самого нижнего У 1 (рис.1.20), причем многоуровневая организация управления процессами в сети порождает необходимость модифицировать на каждом уровне передаваемые сообщения применительно к функциям, реализуемым на этом уровне. Модификация заключается в добавлении к сообщению на каждом уровне соответствующих заголовков З i и концевиков К i , называемых обрамлением сообщения, в которых содержится информация об адресах взаимодействующих объектов, а также информация, необходимая для обработки сообщения на данном уровне. Когда сообщение достигает низшего (физического) уровня У 1 , оно пересылается к другому узлу В в виде потока битов, представляющего собой физические сигналы (электрические, оптические или радиоволны) Узел (система) В Узел (система) А 1.20 С С З 6 К 6 С З 6 К 6 З 5 К 5 … С З 6 К 6 … … З 2 К 2 С С З 6 К 6 С З 6 К 6 З 5 К 5 … С З 6 К 6 … … З 2 К 2 У 1 У 2 У 7 У 6 У 5 … Поток битов Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 29 передающей среды. В приемном узле (компьютере) сообщение от нижнего физического уровня У 1 проходит наверх через все уровни, где от него отсекаются соответствующие заголовки и концевики. Таким образом, каждый уровень оперирует с собственным заголовком и концевиком, за счет чего обеспечивается независимость данных, относящихся к разным уровням управления передачей сообщений. 1.3.4. IEEE- модель локальных сетей Институт инженеров по электронике и электротехнике (Institute of Electrical and Electronics Engineers – IEEE) предложил вариант OSI-модели, используемый при разработке и проектировании локальных сетей и получивший название IEEE-модели. В IEEE-модели канальный уровень разбивается на два подуровня (рис.1.21): • подуровень управления доступом к среде передачи (Medium Access Control, MAC-подуровень), описывающий способ доступа сетевого устройства к среде передачи данных; • подуровень управления логическим соединением (Logical Link Control, LLC-подуровень), описывающий способ установления и завершения соединения, а также способ передачи данных. LLC-подуровень предо- ставляет более высоким уровням возможность управлять качест- вом услуг и обеспечивает сервис трех типов: 1) сервис без установления соединения и без подтверждения доставки; 2) сервис без установления соединения с подтверждением доставки; 3) сервис с установлением соединения. Сервис без установления соединения и подтверждения доставки не гарантирует доставку данных и обычно применяется в приложениях, использующих для контроля передачи данных и защиты от ошибок протоколы более высоких уровней. Сервис с установлением соединения обеспечивает надежный обмен данными. Главной функцией МАС-уровня является обеспечение доступа к каналу передачи данных. На этом уровне формируется физический адрес устройства, который называется МАС-адресом. Каждое устройство сети идентифицируется этим уникальным адресом, который присваивается всем сетевым устройствам. 1 - физический 2 - канальный 3 - сетевой 4 - транспортный 5 - сеансовый 6 - представ ления 7 - прикладной Уровни OSI-модели MAC Подуровни IEEE- модели LLC 1.21 Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 30 1.3.5. Понятия интерфейса и протокола Описание сетевой технологии и алгоритма функционирования компьютерной сети связано с описанием соответствующих интерфейсов и протоколов. Интерфейс – соглашение о взаимодействии (границе) между уровнями одной системы, определяющее структуру данных и способ (алгоритм) обмена данными между соседними уровнями OSI-модели. Интерфейсы подразделяются на: 1) схемные – совокупность интерфейсных шин; 2) программные – совокупность процедур реализующих порядок взаимодействия между уровнями. Протокол – совокупность правил, регламентирующих формат и процедуры взаимодействия процессов одноименных уровней на основе обмена сообщениями. Описание протокола предполагает задание: 1) логической характеристики протокола, определяющей структуру (формат) и содержание (семантику) сообщений путём перечисления типов сообщений и их смысла; 2) процедурной характеристики протокола, представляющей собой правила выполнения действий, предписанных протоколом взаимодействия и задаваемых в форме: операторных схем алгоритмов. автоматных моделей, сетей Петри и др. Рис.1.22 иллюстрирует понятия интерфейсов и протоколов и их соответствие уровням OSI-модели. Как сказано выше, каждая сетевая технология характеризуется совокупностью протоколов и интерфейсов разных уровней OSI-модели. Совокупность протоколов всех уровней некоторой сетевой технологии Передающая среда 1 - physical 1 - физический 2 - data link 2 - канальный 3 - network 3 - сетевой 4 - transport 4 - транспортный 5 - session 5 - сеансовый 6 - presentation 6 - представления 7 - application 7 - прикладной Система (узел) В Система (узел) А Протоколы П2 П3 П4 П5 П6 П7 И7 И1 И2 И3 И4 И5 И6 Интерфейсы 1.22 Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 31 называется стеком протоколов. В настоящее время существует большое количество разнообразных сетевых технологий и соответствующих им стеков протоколов, наиболее известными и распространёнными среди которых являются стеки протоколов: TCP/IP, XNS, IPX, AppleTalk, DECnet, SNA. Краткое описание перечисленных стеков протоколов приводится в конце данного раздела (см. п.1.7). 1.3.6. Протокольные блоки данных (PDU) Данные, передаваемые на разных уровнях в сети, формируются в виде блоков, называемых протокольными блоками данных (Protocol Data Unit – PDU). PDU представляет собой единицу данных, передаваемую как единое целое и имеющую обрамление в виде заголовка со служебной информацией (адрес отправителя, адрес получателя, длина блока и т.п.) и, возможно, концевика. На разных уровнях OSI-модели используются разные PDU, имеющие специальные названия. Наибольшее распространение получили следующие названия блоков данных: сообщение, дейтаграмма, пакет, кадр (рис. 1.23). Уровни OSI-модели PDU 7 Прикладной Сообщение Message … … … … 4 Транспортный Дейтаграмма Datagram 3 Сетевой Пакет Packet 2 Канальный Кадр Frame Сообщение (message) – блок данных, рассматриваемых как единое целое при передаче между двумя пользователями (процессами) и имеющих определенное смысловое значение. Сообщения используются на 7-м уровне OSI-модели для передачи данных между прикладными процессами и могут иметь произвольную длину. Кадр (frame) – блок данных 2-го (канального) уровня OSI-модели, имеющий ограниченную длину и передаваемый как единое целое в локальной сети или по выделенному каналу связи между двумя узлами. Пакет (packet) – блок данных на 3-го (сетевого) уровня OSI-модели, имеющий ограниченную длину и представляющий собой единицу передачи данных в СПД. Дейтаграмма (datagram) – блок данных 4-го (транспортного) уровня OSI-модели, передаваемый дейтаграммным способом без установления соединения. Предельный размер кадра, пакета и дейтаграммы зависит от сетевой технологии и устанавливается соответствующими протоколами, определяющими формат и допустимый размер блока данных. 1.23 Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 32 Кроме перечисленных названий в стеке протоколов TCP/IP блок данных протокола TCP называется сегментом, который получается путём вырезания из неструктурированного потока байтов, поступающих к протоколу TCP в рамках логического соединения от протоколов более высокого уровня. Для блоков данных 5-го и 6-го уровней OSI-модели нет устоявшихся общепринятых названий, что в значительной степени обусловлено отсутствием этих уровней в наиболее распространённом стеке протоколов TCP/IP. Отметим, что в АТМ-сетях данные передаются в виде блоков фиксированного размера в 53 байта, которые называются ячейками (cell). 1.3.7. Сетевая операционная система Основной задачей сетевой операционной системы (ОС) является организация процессов обработки и передачи данных в компьютерной сети, связанная, в том числе, с разделением ресурсов сети (например, дискового пространства) и администрированием сети (определение разделяемых ресурсов, паролей и прав доступа для каждого пользователя или группы пользователей). Для решения этих задач сетевая операционная система, в отличие от операционной системы ЭВМ, должна обладать встроенными возможностями для работы в сети за счёт дополнительных функций, таких как: • поддержка функционирования сетевого оборудования – маршрутизаторов, коммутаторов, шлюзов и т.п.; • поддержка сетевых протоколов, включая протоколы маршрутизации и протоколы авторизации; • реализация доступа к среде передачи данных и к удалённым ресурсам сети и т.д. Совокупность операционных систем отдельных ЭВМ, входящих в состав вычислительной сети можно рассматривать как составную часть сетевой операционной системы. При этом разные ЭВМ могут работать под управлением как одинаковых, так и разных ОС (Windows XP, Windows Vista, UNIX, NetWare, Solaris и т.д.). Последнее характерно для современных вычислительных сетей, объединяющих обычно множество компьютеров разных типов различных производителей. Все эти ОС обеспечивают управление вычислительным процессом и распределением ресурсов в каждой из конкретной ВС, выполняя следующие функции: • управление памятью, включая распределение и защиту памяти; • планирование и управление пользовательскими и системными процессами; • управление файлами и внешними устройствами; • защита данных и администрирование, включая поддержку отказоустойчивости аппаратных и программных средств; Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 33 • обеспечение удобного интерфейса для прикладных программ и пользователей и т.д. Для обеспечения функций по обмену данными между ЭВМ сети операционные системы всех ЭВМ имеют в своём составе дополнительные компоненты – сетевые средства, организующие взаимодействие процессов, выполняющихся в разных ЭВМ, и разделение общих ресурсов между пользователями сети. Сетевые средства можно рассматривать как совокупность трёх составляющих: • |