Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии 


Схема формирования структурированной концепции эффективного применения вычислительной техники в сфере управления.




Сетью ЭВМ или вычислительной сетью (ВС) принято называть со­вокупность взаимодействующих станций, организованных на базе ЭВМ (в том числе и ПЭВМ), называемых узлами сети (УС), взаимосвязанных между собой посредством каналов передачи данных (КПД), образующих среду передачи данных (СПД). Каждый УС может осуществлять обра­ботку информации в автономном режиме и обмениваться информацион­ными сообщениями с другими УС.

Сетевые операции регулируются набором правил и соглашений (называемых сетевым протоколом), который определяет: типы разъемов и кабелей, виды сигналов, форматы данных, алгоритмы работы сетевых интерфейсрв, способы контроля и исправления ошибок, взаимодействие прикладных процессов и др.

К настоящему времени разработано значительное число разновид­ностей организационного и архитектурного построения ВС. Системную их классификацию можно осуществить по следующим критериям:

1)по масштабу - локальные и глобальные;

2)по способу организации - централизованные и децентрализован­
ные;

3)по топологии (конфигурации) - звездообразные, кольцевые, шин­
ные, смешанные.

Разновидности ВС по выделенным значениям перечисленных кри­териев характеризуются следующим образом.

Локальные ВС (ЛВС) - сети, узлы которых располагаются на не­больших расстояниях друг от друга (в различных помещениях одного и того же здания, в различных зданиях, расположенных на одной и той же территории. В глобальных ВС (ГВС) узлы сети расположены на значи­тельных расстояниях друг от друга (в различных частях крупного города, в удаленных друг от друга населенных пунктах, в различных регионах страны и даже в различных странах).

Централизованные ВС - сети, в которых предусмотрен главный узел, через который осуществляются все обмены информацией и который осуществляет управление всеми процессами взаимодействия узлов.

Децентрализованные ВС — сети с относительно равноправными узлами, управление доступом к каналам передачи данных в этих се­тях распределено между узлами.

Разновидности ВС по топологии

Как отмечалось выше, различают четыре разновидности конфи­гурации ВС: звездообразную, кольцевую, шинную и комбинирован­ную (см. рис. 1). Отличительные их признаки состоят в следующем.

Звездообразная конфигурация. В сети предусматрива­ется центральный узел (ЦУС), через который передаются все сооб­щения. Такие сети появились раньше других, когда на базе большой центральной ЭВМ создавалась развитая сеть удаленных терминалов пользователей.

Недостатки звездообразных сетей:

1) полная зависимость надежности функционирования сети от надежности ЦУС, выход из строя которого однозначно ведет к вы­ходу из строя всей сети;

2) сложность ЦУС, на который возложены практически все се­тевые функции.

Кольцевая конфигурация. В кольцевой сети не вы­деляется узел, управляющий передачей сообщений, их передача осу­ществляется в одном направлении через специальные повторители, к которым подключаются все узлы сети.

Достоинства кольцевых ВС:

1) отсутствие зависимости сети от функционирования отдель­ных ее узлов, причем отключение какого-либо узла не нарушает ра­боту сети;

2) легкая идентификация неисправных узлов и возможность осуществления реконфигурации сети в случае сбоя или неисправ­ности.

Недостатки:

1) надежность сети полностью зависит от надежности кабельной системы, поскольку неисправность этой системы в каком-либо од­ном месте полностью выводит из строя всю сеть;

2) усложняется решение задач защиты информации, поскольку сообщения при передаче проходят через все узлы сети.

Шинная структура. Шина — это незамкнутая в коль­цо среда передачи данных. Все узлы сети подключаются к шине оди­наковым образом через усилители-повторители сигналов, поскольку сигналы в шине затухают. Сигналы в шине от передающего узла рас­пространяются в обе стороны со скоростью, соизмеримой со скоро­стью света. Так как все принимающие узлы получают передаваемые сообщения практически одновременно, то особое внимание должно обращаться на управление доступом к среде передачи.

Достоинства шинной структуры:

1) простота организации, особенно при создании ЛВС;

2 легкость подключения новых узлов;

Основные недостатки:

1) пассивность среды передачи, в силу чего необходимо усиление

сигналов, затухающих в среде;

2) усложнение решения задач защиты информации;

3) при увеличении числа УС растет опасность насыщения среды передачи, что ведет к снижению пропускной способности.

Комбинированные сети, как это следует из самого названия, орга­низуются путем построения отдельных фрагментов сети по различным способам с объединением их в общую сеть.

На основе даже такого беглого рассмотрения возможных структур ВС нетрудно заключить, что для тех объектов (предприятий, учреждений, других организаций), в которых регулярно обрабатываются значитель­ные объемы подлежащей защите информации, наиболее целесообразной будет комбинированная структура ЛВС. Например, для обработки кон­фиденциальной информации может быть создана самостоятельная под­сеть, организованная по звездообразной схеме, а для обработки общедо­ступной - подсеть, организованная по шинной схеме, причем ЦУС первой подсистемы может быть подсоединен к общей шине второй подсистемы в качестве полноправного ее узла. Выдача же на общую шину защищаемой информации может блокироваться центральным узлом первой под­системы.

Следует обратить внимание еще и на такое обстоятельство. В на­стоящее время есть возможности расширить само содержание понятия среды передачи, включив в него также организационную передачу сооб­щений, например, путем переноса дискет с помощью посыльного. Не­трудно представить, насколько это может расширить организацию сете­вой обработки данных, хотя и будет сопряжено с решением дополнитель­ных задач, в том числе и связанных с защитой информации.

Рассмотрим далее основные положения концепции построения се­тевых протоколов, представляющих наборы правил и соглашений, опре­деляющих, как отмечалось выше, следующие элементы сети.

1. Типы разъемов и кабелей, используемых для создания среды пе­
редачи.

2. Способы и методы передачи данных.

3. Алгоритмы работы сетевых интерфейсов.

4. Способы контроля и исправления ошибок.

5. Методы взаимодействия прикладных процессов.

Ниже в общем виде излагается возможное содержание перечислен­ных элементов.

1. Типы разъемов и кабелей, используемых для создания среды переда­чи данных. В настоящее время для создания физической среды передачи преимущественно используются три типа кабелей: витая пара, коаксиаль­ный и оптоволоконный.

Витая пара представляет собой два изолированных провода спира­левидно сплетенных друг с другом. Такие кабели используются давно в телефонной связи. Они обеспечивают надежную передачу данных при сравнительно небольших скоростях (несколько Мбит/с) и небольших рас­стояниях передачи (несколько десятков метров). Отсюда следуют реко­мендации по их применению: целесообразно использовать в компактных ЛВС с не очень большими потоками данных.

Существуют две разновидности кабелей рассматриваемого типа: неэкранированные и экранированные, причем в экранированных кабелях гасятся побочные электромагнитные излучения, поэтому они защищены от перехвата передаваемой информации путем неконтактного подсоеди­нения.

Коаксиальный кабель содержит два проводника: один служит для передачи сигналов, второй - для заземления. Роль заземления всегда играет внешний цилиндрический проводник. Пространство между про­водниками заполнено изоляционным материалом.

Коаксиальный кабель способен передавать широкополосные сигна­лы, т.е. одновременно много сигналов, каждый на своей частоте, что обеспечивает высокую скорость передачи. Кроме того, коаксиальные ка­бели отличаются достаточно высокой помехоустойчивостью.

Промышленностью выпускаются стандартный (толстый) и деше­вый (тонкий) разновидности коаксиального кабеля. Толстый кабель от­личается повышенной помехоустойчивостью и малым затуханием пере­даваемых сигналов, однако для его подключения необходимы специаль­ные разъемы - соединения. Тонкий кабель уступает толстому по помехо­устойчивости и степени затухания сигнала, но он подключается к стан­дартным разъемам - соединениям. Кроме того, названные разновидности кабеля отличаются максимальной длиной между узлами сети: толстый -до 2500 м, тонкий - до 925 м.

Всем сказанным однозначно определяются и рекомендации по их применению в ВС.

Оптоволоконный кабель представляет собою световод на кремние­вой или пластмассовой основе, который защищен материалом с низким коэффициентом преломления. Он позволяет решить все проблемы созда­ния среды передачи данных: высокая скорость передачи (до 50 Мбод/с), отсутствие потерь при передаче, практически полная невосприимчивость к помехам, отсутствие ограничений на расстояния передачи и полосу пропускания. Недостатки его заключаются в сложности установки и ди­агностики. Кроме того в настоящее время мало опыта в его применении. Однако, несмотря на названные недостатки, оптоволоконный кабель яв­ляется весьма перспективным для организации среды передачи данных ВС.

2. Способы и методы передачи данных. Для передачи данных в сетях используются как традиционные способы передачи по техническим кана­лам связи, так и новые, разрабатываемые специально для создания среды передачи в ВС.

Из традиционных способов большое распространение в ВС полу­чили телефонные каналы. Основной проблемой при этом стало преобра­зование высокоскоростных потоков цифровых (дискретных) данных в форму, удобную для передачи по телефонным каналам, рассчитанным на передачу речевых аналоговых сигналов. Решение проблемы было найде­но разработкой методов предварительного, перед выдачей в телефонный канал связи, преобразования цифровых сигналов в аналоговые и обрат­ного преобразования сигналов перед приемом их из телефонных каналов связи. Первый процесс преобразования получил название модуляции, вто­рой - демодуляции, а устройство, осуществляющее эти преобразования -модулятора - демодулятора (или сокращенно - модема). Сама модуляция может осуществляться несколькими методами: амплитудная ( амплитуда некоторой несущей частоты меняется в соответствии с входной последо­вательностью бит: 1 - соответствует волне несущего сигнала, а отсутствие несущей - 0); частотная (частота меняется в обе стороны, крайние значе­ния интерпретируются как 1 и 0), фазовая - меняется фаза несущей.

Для формирования среды передачи в ВС специально разработаны методы цифрового кодирования данных: 1 представляется положитель­ным напряжением высокого уровня, 0 - напряжением низкого уровня. В зависимости от способа отделения друг от друга битов одинакового зна­чения различают синхронное и асинхронное кодирование.

При синхронном кодировании узлы сети синхронизируются путем за­дания одинакового отсчета времени. Для этого передающий узел посыла­ет сигналы тактовой частоты. Приемник в этом случае выбирает сигнал данных в моменты появления тактовых импульсов. Серьезный недоста­ток данного метода заключается в необходимости отдельной линии связи для передачи синхроимпульсов.

При асинхронной передаче поток бит делится на блоки фиксирован­ной длины (например, байт). Узлы сети имеют генераторы импульсов одинаковой частоты. Генераторы периодически подстраиваются друг к другу (например, в начале каждого байта данных). Синхронизация в этом случае достигается передачей старт-бита в начале байта и стоп-бита в его конце.

3. Алгоритмы работы сетевых интерфейсов. Названные алгоритмы реализуют методы доступа к среде передачи данных. В настоящее время используется несколько таких методов, наиболее распространенные из них коротко рассматриваются ниже.

Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением кол­лизий - это способ с состязаниями, где узлы сети соревнуются за право ис­пользования среды. Узел, выигравший в соревновании, может передать свой пакет данных, после чего освободить среду. Узлы периодически про­веряют активность среды (наличие несущей). Отсутствие активности означает, что среда свободна и узлы могут начать передачу. Первый на­чавший передачу узел занимает среду, а остальные ожидают ее освобож­дения. При одновременном начале передачи несколькими узлами возни­кает коллизия. При ее появлении узлы прекращают передачу и в течение некоторого времени ожидают ее возобновления, после чего процедура повторяется.

Метод доступа в кольцевой среде с переданей маркера. Метод осно­ван на однонаправленном двухточечном подключении узлов сети к среде передачи через порты приема и порты передачи. Физическая среда реали­зуется в виде звездно-кольцевой топологии, причем узлы сети соединяют­ся кабелями через специальный концентратор. Если какой-либо узел не­исправен, то он отключается от среды передачи. Если передача данных в кольце отсутствует, то в ней циркулирует специальный маркер в состоя­нии "свободно". Узел сети, который желает передать данные, меняет со­держание маркера в состояние "занято" и присоединяет к нему пакет пе­редаваемых данных. После завершения передачи передающий узел меняет содержание маркера в состояние "свободно". Все остальные узлы лишь ретранслируют передаваемый пакет.

Метод доступа типа шины с передачей маркера. Данный метод основывается на передаче вдоль логического кольца узлов сети специаль­ного маркера, содержащего адрес следующего узла. Каждому узлу из­вестен адрес следующего узла. Каждый узел может находиться в одном из следующих состояний: прослушивание, прием кадра, передача пакета и передача маркера.

4. Способы контроля и исправления ошибок. Существует ряд эффек­тивных способов подавления помех как в оборудовании и линиях элек­тропитания, так и в информационных каналах сети. Рассмотрим основ­ные из них.

Способы подавления помех в сетях электропитания. Основной при­чиной искажений формы стандартного сигнала первичного электропита­ния обычно является резкое изменение нагрузки сети электропитания. При наличии такой опасности необходимо использовать специальное электрооборудование для развязки питания оборудования коммуникаций сети, например в виде специальных распределительных силовых щитов.

Помимо этого применяются широкополосные фильтры на вводе питания коммуникационного оборудования в целях подавления кратко­временных помех. Используется электростатическое экранирование ли­ний электропитания и коммуникаций.

Защита от помех по линии "земля". Существуют два основных типа "земли": корпусная и схемная. Корпусное устройство "земли" должно быть обязательно подключено к общей линии "земля", проложенной в помещении. Схемное устройство "земли" - это нулевой потенциал, отно­сительно которого отсчитываются уровни напряжения информационных сигналов. Общее правило заключается в том, что корпусные "земли" объ­единяются индивидуальными линиями в одной точке, а схемные - в дру­гой. Причем эти точки могут быть не соединены, либо соединены, но обязательно располагаться в непосредственной близости друг от друга.

Способы помехозащищенной передачи по согласованным информаци­онным линиям связи. Существуют специальные схемотехнические средства и правила согласования волнового сопротивления (например, витой пары или коаксиального кабеля) и нагрузочного импеданса коммуникационно­го устройства. Особо тщательно должна быть выполнена распайка разъ­емов и ответвления от линии информационной связи. Все" это существен­но повышает помехозащищенность. В линиях связи большой протяжен­ности применяют оптоволоконные развязки сетевых узлов.

Способы обеспечения помехозащищенности и коррекции ошибок в мо­демной связи. Основной задачей приема сигналов по телефонным каналам с использованием модема является нормализация их параметров и ком­пенсация дестабилизирующих факторов и помех. Правильный выбор мо­дема зависит от объективных данных о дестабилизирующих факторах конкретной телефонной линии, которые могут быть определены с по­мощью специального измерительного и имитационного оборудования.

5. Методы взаимодействия прикладных процессов. Способы объеди­нения компьютеров в сеть условно можно разделить на два вида:

1)способы, отвечающие всем признакам ЛВС, основным из кото­
рых считается возможность одновременного доступа пользователей к
общим программно-информационным ресурсам нескольких компьюте­
ров;

2)способы, отвечающие не всем признакам ЛВС, но которые все же
дают возможность пользователям делать многое из того, что обеспечи­
вают настоящие ЛВС. Такие системы принято называть ЛВС-подоб­
ными.

К последним системам можно отнести:

1)коллективизаторы периферии и коммутаторы данных;

2)системы беспроводной локальной связи между компьютерами,
которые позволяют совместно использовать данные и обмениваться со­
общениями;

3)системы локальных электронных досок объявлений, когда име­
ются возможности обмена сообщениями и файлами, но нельзя совместно
использовать периферию.

В настоящее время у нас в стране наибольшее распространение по­лучили сети Ethernet, Token-Ring, ArcNet и некоторые другие. Архитек­тура названных сетей достаточно детально изложена в [23], поэтому здесь ограничимся лишь кратким сравнением основных их характеристик (табл. 9.1).

Сетевые операционные системы (ОС). Современные сетевые ОС можно разделить на три класса: "DOS-ориентированные", "OS/2-ориентированные", "UNIX-ориентированные".

"DOS-ориентированные" сетевые системы предполагают наличие сетевого программного обеспечения на каждой рабочей станции ЛВС или выделение под файлсервер одной из станций. При этом возможно разделение ресурсов (например, принтеров, твердых дисков и т.д.), пере­сылка файлов и сообщений и др. Каждый компьютер в сети может вос­пользоваться ресурсами другого компьютера. Это означает довольно вы­сокую гибкость в применении ЛВС.

Сетевые ОС данного типа имеют два существенных недостатка: они сложны в управлении (администрировании) сетью и занимают довольно много оперативной памяти в рабочих станциях. Например, для ОС типа PC LAN может потребоваться до 400 кбайт ОЗУ ПЭВМ.

"OS/2-ориентированные" ОС. Определенный интерес представляют сетевые ОС, которые используют ОС типа OS/2 рабочих станций серии PS/2 фирмы IBM. Это связанно с тем, что наряду с рабочими станциями на базе OS/2 допускается функционирование в сети ПЭВМ на основе DOS.

Таблица 6.2. Сравнительные характеристики наиболее распространенных ЛВС

Наименование характеристик Наименование сети
Ethernet Token-Ring ArcNet
Скорость передачи данных (Мбит/с) 1-10 4-16 2,5
Средняя длина кадров передаваемых данных (байт)
Надежность Неисправность кабеля выводит из строя всю сеть или отдельные ее сегменты Функционирует даже при повреждении сетевого кабеля Неисправность кабеля выводит из строя всю сеть или отдельный ее сегмент
Рекомендации по применению Организации научного плана Организации, пользующиеся поддержкой фирмы IBM Небольшие офисные системы

 

Ashton-Tate и Microsoft.

UNIX-ориентированные сетевые ОС. Если предполагается, что ЛВС будет использоваться только для коллективного применения дорогостоящей периферии (например, лазерного принтера и др.), обмена файлами или «электронной почты», когда необходима совместная обработка данных (например, в базе данных), то нужны средства поддержки программирования распределенных систем (создание единой операционной сетевой среды). В этом случае часто используется центральный компьютер или несовмещенный файл-сервер (НФС) с соответствующей сетевой «UNIX-ориентированной» ОС.

Особенностью данных ОС является то, что в НФС инсталлируется главная часть ОС - ее "ядро", на которое ложится ответственность за вы­полнение основных сетевых функций. Программное обеспечение осталь­ных станций поэтому является достаточно простым. Очевидно для раз­мещения резидентных сетевых программ в памяти рабочих станций тре­буется меньше места, чем в "DOS-ориентированных" сетевых ОС.

Ядро рассматриваемой сетевой ОС должно обеспечивать следую­щие функции: интерфейс с ОС рабочих станций сети, коллективное ис­пользование ресурсов ЛВС, обеспечение безопасности и целостности дан­ных путем контроля прав доступа к ресурсам, многозадачное и много­пользовательское выполнение прикладных программ и др.

Различные типы сетевых ОС, построенных на одинаковых фунда­ментальных принципах работы компьютерных сетей, могут отличаться средствами администрирования сети и процедурами начальной установки (инсталляции и инициализации).

К новейшим разработкам сетевых ОС фирмы Novell можно отнести Novell NetWare v. 4.0 и v. 4.1, предназначенные для крупных корпора­тивных ЛВС с числом рабочих станций до 1000, а также Novell Personal NetWare, ориентированную на средние ЛВС с числом пользователей до 50, в которой пользователи предъявляют невысокие требования к сети.

Главной особенностью ОС Novell NetWare v. 4.x следует считать то, что с помощью новой специальной службы каталогов NDS (NetWare Directory Services) системный администратор может централизованно управлять всеми ФС и вести единый список пользователей на всех серве­рах. В этом случае существенно упрощается определение прав доступа пользователей сети. Упрощается и работа пользователя, поскольку у него нет необходимости в подключении к отдельным ФС сети.

Другой полезной особенностью NetWare v. 4.x является технология виртуально загружаемых программных модулей VLM (Virtual Loadable Moduls) наряду с известными NLM-модулями. Использование VLM-модулей позволяет пользователям загружать и удалять собственное ПО по мере необходимости. При этом-в качестве ПК для ФС можно исполь­зовать процессоры типа 386, 486 и Р5 (Pentium). В ЛВС необходимо ис­пользовать также устройство для считывания оптических дисков CD-ROM. Это связано с тем, что NetWare v. 4.x поставляются только на на­копителях типа CD-ROM.

В конце 1993 г. фирма Novell выпустила новую ОС Personal NetWare для ЛВС одноуровневого типа. Данная ОС позволяет со­вместно использовать принтеры и другие периферийные устройства, а также одновременно получать доступ к файлам с рабочих станций под управлением MS-DOS и MS-Windows. ОС Personal NetWare дает до­ступ пользователям и серверам в средах NetWare v. 2.x, 3.x, 4.x без до­полнительного ПО для рабочих станций клиента.

Среди новых возможностей ОС Personal NetWare можно отме­тить следующие:

1) хотя в ЛВС и нет выделенного ФС, пользователи могут сконфигурировать одну из рабочих станций, работающих под Windows, в качестве управляющей консоли;

2) усовершенствованная система защиты информации, которая
осуществляется на уровне ПК, файлов и директорий;

3) пользователи обеспечиваются специальной директорией о распределенных ресурсах ЛВС, подобно NDS в NetWare v. 4.x;

4) ОС Personal NetWare появляется вместе с современной ОС для
рабочих станций Novell DOS v. 7.0.

В последних версиях Novell NetWare появились дополнительные возможности, которые позволяют преодолеть ограничения на число подключенных к ФС принтеров и выполнять архивирование файлов. При этом можно инициализировать процесс на ФС или специальный процесс на выделенной рабочей станции (принт-сервере), которые по­зволяют управлять работой до 16 принтеров. Удобной возможностью является использование одного принтера для нескольких ЛВС, объеди­ненных мостами (см. раздел, посвященный межсетевому взаимодей­ствию), и организация и обслуживание принт-сервером очереди на пе­чать от восьми ФС.

Для архивирования файлов необходимо запустить специальный процесс типа Backup на ФС или "мосте". Эта операция может прохо­дить с запретом входа в сессию текущих пользователей и инициализи­роваться без промедления или с определенной паузой.

Межсетевое взаимодействие. Данный вопрос рассмотрим на примере наиболее распространенной и признанной эталонной модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI.

В основу эталонной модели положена идея декомпозиции про­цесса функционирования открытых систем на уровни, причем разбие­ние на уровни производится таким образом, чтобы сгруппировать в рамках каждого из них функционально наиболее близкие компоненты. Кроме того требуется, чтобы взаимодействие между смежными уров­нями было минимальным, число уровней сравнительно небольшим, а изменения, производимые в рамках одного уровня, не требовали бы перестройки смежных. Отдельный уровень, таким образом, представ­ляет собой логически и функционально замкнутую подсистему, сооб­щающуюся с другими уровнями посредством специально определенно­го интерфейса. В рамках модели ISO/OSI каждый конкретный уровень может взаимодействовать только с соседними. Совокупность правил (процедур) взаимодействия объектов одноименных уровней называется протоколом.

Эталонная модель содержит семь уровней (снизу вверх):

1. Физический

2.Канальный (или передачи данных)

3.Сетевой

4.Транспортный
5. Сеансовый

6. Представительный

7. Прикладной

Каждый уровень передающей станции в этой иерархической структуре взаимодействует с соответствующим уровнем принимающей станции посредством нижележащих уровней. При этом каждая пара уровней с помощью служебной информации в сообщениях устанавли­вает между собой логическое соединение, обеспечивая тем самым ло­гический канал связи соответствующего уровня. С помощью такого логического канала каждая пара верхних уровней может обеспечивать между собой взаимодействие, абстрагируясь от особенностей нижних. Другими словами, каждый уровень реализует строго определенный на­бор функций, который может использоваться верхними уровнями не­зависимо от деталей реализации этих функций (см. рис. 9.4).

Рассмотрим подробнее функциональное назначение каждого уровня.

Таблица 6.3. Семиуровневая модель (стек) протоколов межсетевого обмена OSI

№ уровня Наименование уровня Содержание
Уровень приложений Предоставление услуг на уровне конечного пользователя: почта, теледоступ и пр.
Уровень представления данных Интерпретация и сжатие данных
Уровень сессии Аутентификация и проверка полномочий
Транспортный уровень Обеспечение корректной сквозной пересылки данных
Сетевой уровень Маршрутизация и ведение учета
Канальный уровень Передача и прием пакетов, определение аппаратных адресов
Физический уровень Собственно кабель или физический носитель

Каждый уровень передающей станции в этой иерархической структуре взаимодействует с соответствующим уровнем принимающей станции посредством нижележащих уровней. При этом каждая пара уровней с помощью служебной информации в сообщение устанавливает между собой логическое соединение, обеспечивая тем самым логический канал связи соответствующего уровня. С помощью такого логического канала каждая пара верхних уровней может обеспечивать между собой взаимодействие, абстрагируясь от особенностей нижних. Другими словами, каждый уровень реализует строго определенный набор функций, который может использоваться верхними уровнями независимо от деталей реализации этих функций (см. табл. 6.3).

Рассмотрим подробнее функциональное назначение каждого уровня.

Канальный уровень. Протоколы канального уровня (или протоколы управления звеном передачи данных) занимают особое место в иерархии уровней: они служат связующим звеном между реальным каналом, вносящим ошибки в передаваемые данные, и протоколами более высоких уровней, обеспечивая безошибочную передачу данных.

Этот уровень используется для организации связи между двумя станциями с помощью имеющегося в наличии (обычно ненадежного) канала связи. При этом станции могут быть связаны несколькими каналами.

Протокол канального уровня должен обеспечить: независимость протоколов высших уровней от используемой среды передачи данных, кодонезависимость передаваемых данных, выбор качества обслуживания при передаче данных. Это означает, что более высокие уровни освобождаются от всех забот, связанных с конкретным каналом связи (тип, уровень шумов, используемый код, параметры помехоустойчивости и т. д.).

На этом уровне данные представляются кадром, который содержит информационное поле, а также заголовок и концевик (трейлер), присваиваемые протоколом. Заголовок содержит служебную информацию, используемую протоколом канального уровня принимающей станции и служащую для идентификации сообщения, правильного приема кадров, восстановления и повторной передачи в случае ошибок и т. д. Концевик содержит проверочное поле, служащее для коррекции и исправления ошибок (при помехоустойчивом кодировании), внесенных каналом. Задача протокола канального уровня — составление кадров, правильная передача и прием последовательности кадров, контроль последовательности кадров, обнаружение и исправление ошибок в информационном поле (если это необходимо).

Физический уровень. Физический уровень обеспечивает электриче­ские, функциональные и процедурные средства установления, поддер­жания и разъединения физического соединения. Реально он представ­лен аппаратурой генерации и управления электрическими сигналами и каналом передачи данных. На этом уровне данные представляются в виде последовательности битов или аналогового электрического сиг­нала. Задачей физического уровня является передача последователь­ности битов из буфера отправителя в буфер получателя.

На этом уровне данные представляются кадром, который содержит информационное поле, а также заголовок и концевик (трейлер), присваи­ваемые протоколом. Заголовок содержит служебную информацию, ис­пользуемую протоколом канального уровня принимающей станции и служащую для идентификации сообщения, правильного приема кадров, восстановления и повторной передачи в случае ошибок и т.д. Концевик содержит проверочное поле, служащее для коррекции и исправления ошибок (при помехоустойчивом кодировании), внесенных каналом. За­дача протокола канального уровня - составление кадров, правильная пе­редача и прием последовательности кадров, контроль последователь­ности кадров, обнаружение и исправление ошибок в информационном поле (если это необходимо).

Сетевой уровень. Сетевой уровень предоставляет вышестоящему транспортному уровню набор услуг, главными из которых являются сквозная передача блоков данных между передающей и приемной стан­циями (то есть, выполнение функций маршрутизации и ретрансляции) и глобальное адресование пользователей. Другими словами, нахождение получателя по указанному адресу, выбор оптимального (в условиях дан­ной сети) маршрута и доставка блока сообщения по указанному адресу.

Таким образом, на границе сетевого и транспортного уровней обеспечивается независимость процесса передачи данных от используе­мых сред за исключением качества обслуживания. Под качеством обслу­живания понимается набор параметров, обеспечивающих функциониро­вание сетевой службы, отражающий рабочие (транзитная задержка, ко­эффициент необнаруженных ошибок и др.) и другие характеристики (защита от НСД, стоимость, приоритет и др.). Система адресов, исполь­зуемая на сетевом уровне, должна иметь иерархическую структуру и обеспечивать следующие свойства: глобальную однозначность, маршрут­ную независимость и независимость от уровня услуг.

На сетевом уровне данные представляются в виде пакета, который содержит информационное поле и заголовок, присваиваемый протоко­лом. Заголовок пакета содержит управляющую информацию, указы­вающую адрес, отправителя, возможно маршрут и параметры передачи пакета (приоритет, номер пакета в сообщении, параметры безопасности, максимум ретрансляции и др.). Различают следующие виды сетевого вза­имодействия.

1. С установлением соединения - между отправителем и получателем сначала с помощью служебных пакетов организуется логический канал (отправитель - отправляет пакет, получатель - ждет получения пакета, плюс взаимное уведомление об ошибках), который разъединяется после окончания сообщения или в случае неисправимой ошибки. Такой способ используется протоколом Х.25.

2. Без установления соединения (дейтаграммный режим) - обмен ин­формацией осуществляется с помощью дейтаграмм (разновидность паке­тов), независимых друг от друга, которые принимаются также независи­мо друг от друга и собираются в сообщение на приемной станции. Такой способ используется в архитектуре протоколов DARPA.

3.Транспортный уровень. Транспортный уровень предназначен для сквозной передачи данных через сеть между оконечными пользователями - абонентами сети. Протоколы транспортного уровня функционируют только между оконечньгми системами.

Основными функциями протоколов транспортного уровня являют­ся разбиение сообщений или фрагментов сообщений на пакеты, передача пакетов через сеть и сборка пакетов. Они также выполняют следующие функции: отображение транспортного адреса в сетевой, мультиплексиро­вание и расщепление транспортных соединений, межконцевое управление потоком и исправление ошибок. Набор процедур протокола транспорт­ного уровня зависит как от требований протоколов верхнего уровня, так и от характеристик сетевого уровня.

Наиболее известным протоколом транспортного уровня является TCP (Transmission Control Protocol), используемый в архитектуре прото­колов DARPA и принятый в качестве стандарта Министерством обороны США. Он используется в качестве высоконадежного протокола взаимо­действия между ЭВМ в сети с коммутацией пакетов.

4.Протоколы верхних уровней. К протоколам верхних уровней отно­сятся протоколы сеансового, представительного и прикладного уровней. Они совместно выполняют одну задачу - обеспечение сеанса обмена ин­формацией между двумя прикладными процессами, причем информация должна быть представлена в том виде, который понятен обоим процес­сам. Поэтому обычно эти три уровня рассматривают совместно. Под прикладным процессом понимается элемент оконечной системы, который принимает участие в выполнении одного или нескольких заданий по об­работке информации. Связь между ними осуществляется с помощью при­кладных объектов - элементов прикладных процессов, участвующих в обмене информацией. При этом протоколы верхних уровней не учиты­вают особенности конфигурации сети, каналов и средств передачи ин­формации.

5.Протоколы представительного уровня предоставляют услуги по со­гласованию синтаксиса передачи (правил, задающих представление дан- ! ных при их передаче) и конкретным представлением данньгх в прикладной системе. Другими словами, на представительном уровне осу­ществляется синтаксическое преобразование данных от вида, используе­мого на прикладном уровне, к виду, используемому на остальных уров­нях (и наоборот).





Рекомендуемые страницы:


Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-17; Просмотров: 395; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2020 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.024 с.) Главная | Обратная связь