основы передачи. Основы передачи дискретных сообщений
 Скачать 1.03 Mb.
|
|
Семиуровневая модель ВОС Сетевые модели OSI и IEEE Project 802 В 1978 г. Международная организация по стандартизации ISO (International Standards Organization) выпустила набор спецификаций описывающих архитектуру сетей с неоднородными устройствами. (Прообраз модели ВОС). В 1984 г. ISO, выпустила новую версию своей модели, названную эталонной моделью ВОС. (Open System Interconnection reference model, OSI.)  Структура эталонной модели ВОС В данной модели все процессы, реализуемые открытой системой, разбиты на семь взаимно подчиненных уровней. Уровень с меньшим номером представляет услуги смежному с ним верхнему уровню и пользуется для этого услугами смежного с ним нижнего уровня. Самый верхний (7) уровень только потребляет услуги, а самый нижний (1) только их предоставляет. Семь уровней модели: Физический уровень осуществляет передачу неструктурированного "сырого" потока битов по физической среде (без учета деления на кодовые комбинации). Реализуется электрический, оптический, механический и функциональный интерфейсы с кабелем. Формирует сигналы, которые переносят данные от верхних уровней. Устанавливает длительность каждого бита и способ перевода каждого бита в соответствующие электрические и оптические сигналы. Содержание самих битов на данном уровне значения не имеет. К этому уровню имеют отношение: характеристики физических сред передачи данных (полоса пропускания, волновое сопротивление, помехозащищенность…); характеристики электрических (оптических) сигналов (уровни, тип кодирования, скорость модуляции…); тип разъема и назначение каждого контакта (BNC, RJ-45, RS-232c…). Пример спецификация 10BaseT. Канальный уровень К основным задачам решаемым на канальном уровне относятся: организация доступа к среде передачи; реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Если на физическом уровне рассматривается просто поток битов, то на канальном биты группируются в кодовые комбинации (фреймы). Фреймы защищаются помехоустойчивым кодированием обеспечивающим обнаружение или исправление ошибок. В протоколах канального уровня заложена определенная структура связей между компьютерами и способы их адресации (только для строго определенной топологии сети). Уровень управления каналом (второй уровень) или канальный представляет собой комплекс процедур и методов управления каналом передачи данных (установление соединения, его поддержание и разъединение), организованный на основе физического соединения, он обеспечивает обнаружение и исправление ошибок. Осуществляет передачу кадров данных от Сетевого к Физическому уровню. На приеме упаковывает "сырой" поток битов, поступающих от физического уровня, в кадры данных. В целом КУ представляет собой законченный набор функций по пересылке сообщений между узлами сети. В некоторых случаях могут допускать непосредственную работу с прикладным уровнем. Пример: Ethernet, Token ring. Сетевой уровень (Network) отвечает за адресацию сообщений и перевод логических имен и адресов в физические адреса. Исходя из конкретных сетевых условий, здесь определяется маршрут от ПК отправителя к ПК получателя. Основной задачей третьего (сетевого) уровня является маршрутизация сообщений, кроме этого он обеспечивает управление информационными потоками, организацию и поддержание транспортных каналов, а так же учитывает предоставленные услуги. Если сетевой адаптер маршрутизатора не может передавать большие блоки данных, посланные ПК отправителя, на Сетевом уровне эти блоки разбиваются на меньшие. На Сетевом уровне получателя происходит обратный процесс переупаковки в исходное состояние. Рассмотренные три нижних уровня определяют функционирование узла сети. Протоколы этих уровней обслуживают так называемую транспортную сеть. Как любая транспортная система, эта сеть транспортирует информацию, не интересуясь ее содержанием. Главной задачей этой сети является быстрая и надежная доставка информации. Пример: IP (стек TCP/IP), IPX (стек IPX/SPX). Транспортный уровень (Transport) Этот уровень принимает от вышестоящего уровня некоторый блок данных и должен обеспечить его транспортировку через сеть связи к удаленной системе. Уровни, лежащие выше транспортного, не учитывают специфику сети, через которую передаются данные, они "знают" лишь удаленные системы, с которыми взаимодействуют. Транспортный же уровень должен "знать", как работает сеть, какие размеры блоков данных она принимает, и т.п. Транспортный уровень гарантирует доставку пакетов без ошибок, в той же последовательности, без потерь и дублирования. На этом уровне сообщения также могут переупаковываться: длинные разбиваются на несколько пакетов, а короткие объединяются в один. Это увеличивает эффективность передачи пакетов по сети. На транспортном уровне ПК получателя сообщения распаковываются, восстанавливаются в первоначальном виде, и обычно посылается сигнал подтверждения. Если качество канала хорошее, то используется облегченный сервис. Датаграмный режим (UDP). Если качество канала плохое, то используется максимум средств – установление предварительного логического соединения, организация обратной связи, циклическая нумерация пакетов, квитирование, проверка контрольных сумм и т.д. (Режим виртуальных каналов TCP). Сеансовый уровень (Session) Следующий пятый уровень протоколов называют уровнем сессий или сеансовым. Его основным назначением является организация способов взаимодействия между прикладными процессами: соединение прикладных процессов для их взаимодействия, организация передачи информации между процессами во время взаимодействия "рассоединения" процессов. На этом уровне выполняются такие функции, как распознавание имен и защита, необходимые для связи двух приложений в сети. Сеансовый уровень обеспечивает синхронизацию между пользовательскими задачами посредством расстановки в потоке данных контрольных точек (chekpoints). Таким образом, в случае сетевой ошибки, потребуется заново передать только данные, следующие за последней контрольной точкой. Представительский уровень (Presentation) определяет синтаксис передаваемой информации, т.е. набор знаков и способы их представления, которые являются понятными для всех взаимодействующих открытых систем. Сам процесс согласования определяется протоколом уровня представления, по которому взаимодействующие системы договариваются о той форме, в которой будет передаваться информация. Представительский уровень отвечает за преобразование протоколов, трансляцию данных, их шифрование, смену и преобразование применяемого набора символов (кодовой таблицы) и расширение графических команд. Может управлять сжатием данных. На этом уровне работает редиректор, переадресовывающий операции ввода вывода к ресурсам сервера. Прикладной уровень (Application) эталонной модели ВОС определяет семантику, т.е. смысловое содержание информации, которой обмениваются ОС в процессе решения некоторой заранее известной задачи. Взаимодействующие системы должны одинаково интерпретировать получаемые данные. Прикладной (пользовательский) уровень является основным, именно ради него существуют все остальные уровни. Он называется прикладным, поскольку с ним взаимодействуют прикладные процессы системы, которые должны решать некоторую задачу совместно с прикладными процессами, размещенными в других открытых системах. Этот уровень обеспечивает услуги, напрямую поддерживающие приложения пользователя, такие как, программное обеспечение для передачи файлов, доступа к базам данных, электронной почты. (FTP, TFTP…) Модель IEEE Project 802. Расширение модели OSI. В феврале 1980 г. был выпущен IEEE Project 802. Хотя публикация данного проекта опередила стандарты ISO данные работы велись параллельно, при полном обмене информации поэтому полностью совместимы. IEEE Project 802 – установил стандарты для физических компонентов сети – интерфейсных плат и кабельной системы с которыми имеют дело Физический и Канальный кровни модели OSI . Данные стандарты распределяются: на платы сетевых адаптеров; компоненты глобальных вычислительных сетей; компоненты сетей на коаксиале и витой паре. 802-спецификации определяют способы, в соответствии с которыми сетевые карты осуществляют доступ к физической среде и передают по ней данные. В модели IEEE Канальный уровень делится на два подуровня: управление логической связью (контроль ошибок и управление потоком данных); Управление доступом к среде. (контроль несущей, передача маркера,…).  Эталонная модель ВОС является удобным средством для распараллеливания разработки стандартов для взаимосвязи открытых систем. Она определяет лишь концепцию построения и взаимосвязи стандартов между собой и может служить базой для стандартизации в различных сферах передачи, хранения и обработки информации. Контрольные вопросы по теме: Что такое модель взаимодействия открытых систем и каково её назначение. В чем смысл многоуровневого подхода и декомпозиции при решении сложных технических задач. Что такое протокол и интерфейс. Перечислите название всех уровней модели OSI и сформулируйте основные задачи, решаемые на каждом уровне. Что регламентируют спецификации расширения модели IEEE Project 802. 12. Сети передачи данных, компьютерные сети В настоящее время термин "сети передачи данных" надежно ассоциируется с термином "компьютерные сети". Такой подход наилучшим образом отражает суть вопроса, ибо сегодня в качестве оконечного оборудования данных (ООД) используется именно персональный компьютер (ПК). Поэтому далее под передачей данных мы будем понимать обмен данными именно между компьютерами. 12.1. Классификация компьютерных сетей Все многообразие компьютерных сетей можно классифицировать по группе признаков: Территориальной распространенности. Ведомственной принадлежности. Скорости передачи информации. Типу среды передачи. По территориальной распространенности сети могут быть локальными, региональными и глобальными. Локальные сети - это сети перекрывающие территорию не более 10 квадратных километров. Региональные - это сети расположенные на территории города или области. Глобальные - это сети расположенные на территории государства или группы государств, например, всемирная сеть Internet. По ведомственной принадлежности различают ведомственные и государственные сети. Ведомственные сети принадлежат одной организации и располагаются на ее территории. Это может быть локальная сеть предприятия. Корпоративные сети. Несколько отделений одной кампании, расположенные на территории города, области, страны или государства образуют корпоративную компьютерную сеть. Государственные сети – сети, используемые в государственных структурах. По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на: низкоскоростные, среднескоростные, высокоскоростные. По типу среды передачи разделяются на сети коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные, с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне и т.д. Следует заметить, что основные отличия в принципах построения сетей определяются средой передачи. Помимо рассмотренных признаков компьютерные сети могут классифицироваться по типу, топологии, сетевой архитектуре и т.п.. 12.2. Локальные вычислительные сети (ЛВС) Под локальной вычислительной сетью следует понимать совместное подключение нескольких рабочих станций (отдельных компьютерных рабочих мест) и других устройств к общему каналу передачи данных. Преимущества применения ЛВС Посредством ЛВС в систему объединяются ПК, расположенные на удаленных рабочих местах, которые совместно используют оборудование, программные средства и информацию. Основное назначение компьютерных сетей это совместное использование ресурсов и осуществление интерактивной связи. Применение ЛВС обеспечивает: Разделение ресурсов. Любая рабочая станция, подключенная к сети (при наличии прав доступа) может использовать любой сетевой ресурс. Сетевым ресурсом может быть: принтер, подключенный к серверу или одной из рабочих станций, модем, факс, жесткий диск, и т.д. Разделение данных. Возможность доступа и управления базами данных непосредственно с рабочих станций. Разделение программных средств. Возможность одновременного использования установленных сетевых программных средств. (Офисные программы, бухгалтерские, САПРы и т.д.). Реализация многопользовательского режима. Разделение ресурсов процессора. Использование вычислительных мощностей сервера для обработки данных другими системами. Интерактивный обмен информацией между пользователями сети – электронная почта, программы планирования рабочего времени, видеоконференции, ICQ… Терминальное оборудование ЛВС Для сопряжения пользователя с сетью передачи данных используется терминальное оборудование, которое представляет собой совокупность аппаратно-программных средств. Терминальное оборудование включает оконечное оборудование данных (ООД), прикладные процессы пользователей и оборудование ввода-вывода. В ЛВС терминальным оборудованием чаще всего является персональный компьютер оснащенный сетевым адаптером и необходимым программным обеспечением. 12.3. Типы компьютерных сетей Понятие сервер-клиент Сервер – компьютер, представляющий свои ресурсы сетевым пользователям (рабочим станциям). Клиент – компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым сервером. Существует два основных типа сетей: Одноранговые сети; Сети на основе сервера. Одноранговые сети. все компьютеры равноправны, иерархия отсутствует; каждый компьютер выступает и как клиент и как сервер; каждый пользователь решает какие ресурсы своего ПК отдать в общее пользование. Многие популярные операционные системы, такие как Windows 95, Windows 98, Windows NT WorkStation имеют встроенную поддержку одноранговых сетей. Сети на основе сервера. С увеличением количества пользователей производительность одноранговой сети быстро падает и обостряется вопросы администрирования сети. В данной ситуации используют сети с выделенным сервером. Выделенный сервер используется только как сервер. Он специально оптимизирован для быстрой обработки запросов от клиентов, для управления сетью, защиты данных. В простейшем случае в сети один сервер и несколько клиентов. С увеличением количества клиентов и сетевого трафика количество серверов целесообразно увеличивать. Учитывая многообразие задач решаемых сервером, в больших сетях применяют специализированные серверы. Специализированные серверы оптимизированы для выполнения конкретных задач в сети: Файл-сервер и принт-сервер - управляют доступом пользователей к файлам и принтерам. Серверы приложений обеспечивает выполнение прикладных частей клиент-серверных приложений. Факс-сервер, почтовый сервер, коммуникационный сервер. На серверах устанавливаются специальные сетевые операционные системы например: Windows NT Server Windows 2000 Server Netware of Novell Unix, Linux Преимущества применения сетей на основе сервера. 1. Администрирование и управление доступом к данным осуществляется централизованно. Один администратор формирует политику безопасности и применяет её в отношении каждого пользователя [защита данных]. 2. Резервное копирование данных. Так как важная информация расположена централизованно на одном или нескольких серверах, достаточно просто организовать ее резервное копирование. 3. Избыточность. Для сервера можно организовать систему дублирования данных в реальном масштабе времени. В случае повреждения основной области данных можно легко и без потерь перейти к резервной. 4. Сети на основном сервере способны поддерживать тысячи пользователей. Комбинированные сети. Очень часто применяются комбинированные сети, совмещающие качества как одноранговых сетей так и сетей на основном сервере. На серверах выполняются ОС NT Server или Netware, а на клиентах ОС Windows 95/98. Серверы отвечают за совместное использование основных приложений и данных. Клиенты, так же могут предоставлять в общее пользование свои жесткие диски и разрешать доступ к своим данным. 12.4. Топология сети Характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топологию сети во многом определяют ее характеристики: состав необходимого оборудования; характеристики сетевого оборудования; способы управления сетью. Сети строятся на основе трех базовых топологий: шина (bus), звезда (star), кольцо (ring) и их комбинаций. 1. Топология "шина" Все компьютеры подключаются к одному кабелю, который называется магистралью или сегментом. (Пассивная топология - ПК только слушают трафик, но не ретранслируют его).  Все компьютеры подключаются к сегменту BNC-коннекторами через Т-коннектор (тройничок). Тройничок соединяется с Netcard. Концы сегмента должны работать на согласованную нагрузку иначе отраженные сигналы приведут к "падению сети". Для обеспечения согласования на концах сегмента устанавливаются терминаторы. Разрыв кабеля в любом месте приводит к падению сети. 2. Топология звезда Все ПК с помощью сегментов кабеля подключаются к концентратору.(HUB) - Хаб.  Преимущества Выход из строя отдельного компьютера или сегмента, не будет влиять на работу сети. Недостатки Большой расход кабеля. Если HUB сломается, то сеть неработоспособна. Концентраторы могут быть пассивными и активными, то есть регенерировать сигнал, что повышает дальность передачи. Существуют гибридные Хабы - обеспечивающие подключение кабелей разных типов. Активные Хабы имеют диагностические возможности, позволяющие определить работоспособность соединения. 3. Топология кольцо. ПК подключаются к кабелю замкнутому в кольцо. Каждый ПК выступает в роли репитера, то есть регенерирует сигнал (увеличивается дальность).  Преимущества Кабель замкнут в кольцо, свободных концов нет, терминаторы не нужны. Недостатки Если компьютер сломался - сеть неработает. 12.5. Сетевые кабели Большинство ЛВС в качестве среды передачи используют кабели Коаксиальный кабель (coaxial). Симметричный – витая пара (twisted pair) неэкранированный (unshielded) экранированный (shielded). Оптоволоконный кабель (fiber optic) Коаксиальный кабель. Обычно двух типов: |