Основные функции уровней модели OSI

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 27Следующая ⇒

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

· Физический уровень - описывает принципы передачи сигналов, скорость передачи, спецификации каналов связи. Уровень реализуется аппаратными средствами (сетевой адаптер, порт концентратора, сетевой кабель).

5. Канальный уровень (data link layer) - решает две основные задачи – проверяет доступность среды передачи (может быть разделена между несколькими сетевыми узлами), а также обнаруживает и исправляет ошибки, возникающие в процессе передачи.

Канальный уровень часто разбивают на два подуровня:

Уровень управления доступом к среде (Media Access Control, MAC) обеспечивает:

· совместный доступ сетевых адаптеров к физическому уровню,

· определение границ кадров,

· распознавание адресов назначения кадров (эти адреса часто называют физическими, или MAC-адресами).

Уровень управления логической связью (Logical Link Control, LLC) отвечает:

· за установление канала связи,

· за безошибочную посылку и прием сообщений с данными.

3. Сетевой уровень - отвечает за буферизацию и маршрутизацию 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.

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

4. Транспортный уровень - (transport layer) решает задачу надежной передачи сообщений в составной сети с помощью подтверждения доставки и повторной отправки пакетов. Скрывает различия между сетевыми сервисами с установлением соединения и без установления соединения, так что пользователи получают требуемое качество обслуживания независимо от нижележащего сетевого уровня. Этот уровень и все следующие реализуются программно.

5. Сеансовый уровень - (session layer) позволяет запоминать информацию о текущем состоянии сеанса связи и в случае разрыва соединения возобновлять сеанс с этого состояния.

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.

7. Прикладной уровень - (application layer) реализует интерфейс между остальными уровнями модели и пользовательскими приложениями.

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

Тема 5.2. Протокол

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:

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

· различные цели;

· выполняет определенные задачи;

· обладает своими преимуществами и ограничениями.

· Функции протокола определяются уровнем, на котором он работает (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Уровень	Набор правил (протокол)
Прикладной	Инициация или прием запроса
Представительский	Добавление в сообщение форматирующей, отображающей и шифрующей информации
Сеансовый	Добавление информации о трафике – с указанием момента отправки пакета
Транспортный	Добавление информации для обработки ошибок
Сетевой	Добавление адресов и информации о месте пакета в последовательности передаваемых пакетов
Канальный	Добавление информации для проверки ошибок (трейлера пакета) и подготовка данных для передачи по физическому соединению
Физический	Передача пакета как потока битов в соответствии с определенным способом доступа

7. Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов сети, называется стеком протоколов.

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. 5.2).

Рис. 5.2. 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.

Основные типы протоколов

Существует несколько стандартных стеков протоколов, разработанных разными фирмами. Протоколы этих стеков выполняют работу, специальную для своего уровня. Однако коммуникационные задачи, которые возложены на сеть, приводят к разделению протоколов на три типа (рис. 5.3): прикладные протоколы; транспортные протоколы и сетевые протоколы.

Прикладной

Представительский

Сеансовый

Транспортный

Сетевой

Канальный

Физический

Рис. 5.3. Основные типы протоколов по уровням модели OSI

Прикладные протоколы работают на верхнем уровне модели OSI и обеспечивают взаимодействие приложений и обмен данными между ними.

Транспортные протоколы поддерживают сеансы связи между компьютерами и гарантируют надежный обмен данными между ними.

Сетевые протоколы обеспечивают услуги связи. Эти протоколы управляют: адресацией, маршрутизацией, проверкой ошибок и запросами на повторную передачу.

Контрольные вопросы:

Сетевая модель OSI?

Уровней модели OSI?

Протокол?

Основные типы протоколов?

Лекция 6. Популярные стеки протоколов: OSI, TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB. Стандартизация сетей. Требования, предъявляемые к компьютерным сетям.

План:

1. Стандартизация сетей

Популярные стеки протоколов

Требования, предлагаемые к современным вычислительным сетям

4. Контрольные вопросы

Стандартизация сетей

В компьютерных сетях идеологической основой стандартизации является рассмотренная ранее модель взаимодействия открытых систем (OSI).

Открытой может быть названа любая система (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), которая построена в соответствии с открытыми спецификациями.

Под термином «спецификация» в вычислительной технике понимают формализованное описание аппаратных или программных компонентов, способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, условий эксплуатации, особых характеристик.

Под открытыми спецификациями понимаются опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.

Использование при разработке систем открытых спецификаций позволяет третьим сторонам разрабатывать для этих систем различные аппаратные или программные средства расширения и модификации, а также создавать программно-аппаратные комплексы из продуктов разных производителей.

Модель OSI касается только открытости средств взаимодействия сетевых устройств, связанных в компьютерную сеть.

Преимущества сетей построенных с соблюдением принципов открытости:

· возможность построения сети из аппаратных и программных средств различных производителей, придерживающихся одного и того же стандарта;

· безболезненная замена отдельных компонентов сети другими, более совершенными, что позволяет сети развиваться с минимальными затратами;

· легкость сопряжения одной сети с другой.

Источники стандартов

Работы по стандартизации вычислительных сетей ведутся большим количеством организаций. В зависимости от статуса организаций различают следующие виды стандартов:

· стандарты отдельных фирм, например, стек протоколов SNA компании IBM или графический интерфейс OPEN LOOK для Unix-систем компании Sun;

· стандарты специальных комитетов и объединений создаются несколькими компаниями, например стандарты технологии ATM, разрабатываемые объединением ATM Forum, или стандарты технологии 100 Мбит Ethernet разрабатываемые союзом Fast Ethernet Alliance;

· национальные стандарты, например стандарт FDDI, является одним из стандартов института ANSI;

· международные стандарты, например модель и стек коммуникационных протоколов Международной организации по стандартизации (ISO).

Некоторые стандарты, непрерывно развиваясь, могут переходить из одной категории в другую.

Стандартизация Интернета

Утвержденные официальные стандарты Интернета и TCP/IP публикуются в виде документов RFC (Request for Comments – рабочее предложение).

В соответствии с принципом открытости Интернета все документы RFC, в отличие, скажем, от стандартов ISO, находятся в свободном доступе. Список RFC можно найти, в частности, на сайте www.rfc-editor.org.

Популярные стеки протоколов

Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей является стандартизация коммуникационных протоколов. Наиболее известными стеками протоколов являются: OSI, TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, DECnet, SNA (не все из них применяются сегодня на практике).

Стек OSI

Важно различать модель OSI и стек протоколов OSI. Модель OSI является концептуальной схемой взаимодействия открытых систем, стек OSI представляет собой набор спецификаций конкретных протоколов.

Стек OSI полностью соответствует модели OSI (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Стек протоколов OSI

Протоколы стека OSI отличает сложность и неоднозначность спецификаций. Эти свойства явились результатом общей политики разработчиков стека, стремившихся учесть в своих протоколах все многообразие уже существующих и появляющихся технологий.

На физическом и канальном уровнях стек OSI поддерживает протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI, а также протоколы LLC, X.25 и ISDN, то есть использует все разработанные вне стека популярные протоколы нижних уровней, как и большинство других стеков.

Сетевой уровень включает сравнительно редко используемые протоколы Connection-oriented Network Protocol (CONP) и Connectionless Network Protocol (CLNP). Как следует из названий, первый из них ориентирован на соединение (connection-oriented), второй — нет (connectionless).

Более популярны протоколы маршрутизации стека OSI: ES-IS (End System — Intermediate System) между конечной и промежуточной системами и IS-IS (Intermediate System — Intermediate System) между промежуточными системами.

Транспортный уровень стека OSI в соответствии с функциями, определенными для него в модели OSI.

Службы прикладного уровня обеспечивают передачу файлов, эмуляцию терминала, службу каталогов и почту. Из них наиболее популярными являются служба каталогов (стандарт Х.500), электронная почта (Х.400), протокол виртуального терминала (VTP), протокол передачи, доступа и управления файлами (FTAM), протокол пересылки и управления работами (JTM).

Стек IPX/SPX

Стек IPX/SPX является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell, разработанным для сетевой ОС NetWare еще в начале 80-х годов. Название стеку дали протоколы сетевого и транспортного уровней — Internetwork Packet Exchange (IPX) и Sequenced Packet Exchange (SPX).

К сетевому уровню этого стека отнесены протоколы маршрутизации RIP и NLSP. А в качестве представителей трех верхних уровней приведены два популярных протокола: протокол удаленного доступа к файлам NetWare Core Protocol (NCP) и протокол объявления о сервисах Service Advertising Protocol (SAP).

Рис. 6.2. Стек протоколов IPX/SPX

Особенности стека IPX/SPX обусловлены ориентацией ранних версий ОС NetWare на работу в локальных сетях небольших размеров, состоящих из персональных компьютеров со скромными ресурсами. Однако в крупных корпоративных сетях они слишком перегружали медленные глобальные связи широковещательными пакетами. Стек IPX/SPX является собственностью фирмы Novell и на его реализацию нужно получать лицензию (то есть открытые спецификации не поддерживались).

Стек NetBIOS/SMB

Стек NetBIOS/SMB является совместной разработкой компаний IBM и Microsoft (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Стек NetBIOS/SMB

Специфические протоколы NetBEUI и SMB задействованы на верхних уровнях стека.

Протокол Network Basic Input/Output System (NetBIOS) появился в 1984 году. В дальнейшем он был заменен на протокол расширенного пользовательского интерфейса NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface).

NetBEUI разрабатывался как эффективный протокол, потребляющий немного ресурсов и для не больших сетей (не более 200 рабочих станций). Этот протокол не поддерживает маршрутизация пакетов. Это ограничивает применение только локальными сетями, не разделенными на подсети, и делает невозможным его использование в составных сетях.

Протокол Server Message Block (SMB) поддерживает функции сеансового уровня, уровня представления и прикладного уровня. На основе SMB реализуется файловая служба, а также службы печати и передачи сообщений между приложениями.

Стек TCP/IP

Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Сегодня этот стек используется для связи компьютеров в Интернете, а также в огромном числе корпоративных сетей.

Соответствие популярных стеков протоколов модели OSI

В большинстве случаев разработчики стеков отдавали предпочтение скорости работы сети в ущерб модульности — ни один стек, кроме стека OSI, не разбит на семь уровней. Т.о. структура стеков протоколов часто не соответствует рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни и по другим причинам.

Рис. 6.4. Соответствие популярных стеков протоколов модели OSI

Требования, предлагаемые к современным вычислительным сетям

Производительность.

Существует несколько основных характеристик производительности сети:

· время реакции;

· пропускная способность;

· задержка передачи.

Время реакции определяется как интервал времени между возникновением запроса пользователя к какой-либо сетевой службе и получением ответа на этот запрос.

Очевидно, что значение этого показателя зависит от типа службы, к которой обращается пользователь, от того, какой пользователь и к какому серверу обращается, а также от текущего состояния элементов сети – загруженности сегментов, коммутаторов и маршрутизаторов, через которые проходит запрос, загруженность сервера и тому подобное.

Пропускная способность ограничивает объем данных, переданных сетью или ее частью в единицу времени.

Пропускная способность измеряется или в битах в секунду, или в пакетах в секунду. Пропускная способность может быть:

· Мгновенная - отличается от средней тем, что для усреднения выбирается очень маленький промежуток времени – например, 10 мс или 1 с.

· Средняя - вычисляется путем распределения общего объема переданных данных на время их передачи, причем выбирается достаточно длительный промежуток времени – час, день или неделя.

· Максимальная – это наибольшая мгновенная пропускная способность, зафиксированная в течение периода наблюдения.

Задержка передачи определяется как задержка между моментом поступления пакета на вход какого-либо сетевого устройства или части сети и моментом появления его на выходе этого устройства. Этот параметр производительности по содержанию близок к реакции сети, но отличается тем, что всегда характеризует только сетевые этапы обработки данных, без задержек обработки компьютерами сети.

Пропускная способность и задержки передачи является независимыми параметрами, так что сеть может владеть, например, высокой пропускной способностью, но вносить значительные задержки при передаче каждого пакета.

Надежность и безопасность

Для оценки надежности используется:

Коэффициент готовности означает частицу времени, в течение которого система может быть использована. Готовность может быть улучшина путем введения избыточности в структуру системы: ключевые элементы системы должны существовать в нескольких экземплярах, чтобы при отказе одного из них функционирования системы обеспечивали другие.

Другим аспектом общей надежности является безопасность (security), то есть способность системы защитить данные от несанкционированного доступа.

Еще одною характеристикой надежности является отказостойкость (faultwrance). В сетях под отказоустойчивостью понимается способность системы спрятать от пользователя отказ отдельных ее элементов (возможно снижение качества ее работы, но не полная остановка системы).

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒