Системные характеристики базовых сетевых технологий

Системные характеристики базовых сетевых технологий

 

Концепция сетей

История создания сетей и межсетевой структуры « Интернет – WWW(World Wide Web–всемирной паутины)»

Оглядываясь на историю создания сетей и межсетевой структуры Интернет – WWW (World Wide Web – всемирной паутины), понимаешь, что в основе их появления лежат четыре базисных фактора:

– достижения электроники на тот момент,

– потребность в коммуникациях при рассредоточенности научных и производственных ресурсов в условиях сложившейся структуры дислокаций мест человеческого проживания,

– потребности национальной обороны любой страны,

– диалектика интеллектуального процесса, характеризующаяся известным тезисом «мысль остановить нельзя».

Каждый из перечисленных факторов внес свою лепту в развитие сетевых технологий и межсетевой структуры Интернет.

Все началось с того, что в 1965 г. Л. Робертс и Т. Мерилл соединили компьютер TX-2 в штате Массачусетс (MIT, Лаборатория Линкольна) с компьютером Q-32 в System Development Corporation (Санта-Моника, Калифорния) с помощью низкоскоростных телефонных коммутируемых линий. Таким образом, в 1965 г. в США была создана первая в истории маленькая, но вовсе даже нелокальная компьютерная сеть. Результатом эксперимента стало понимание того, что компьютеры могут успешно работать вместе, выполняя программы и осуществляя выборку данных. Стало также ясным и то, что телефонная сеть с коммутацией каналов абсолютно непригодна для построения компьютерной сети.

Одновременно с этим после запуска Советским Союзом искусственного спутника Земли в 1957 году, Министерство обороны США посчитало, что на случай войны Америке нужна надёжная система передачи информации. Агентство передовых исследовательских проектов ARPA (Advanced Research Projects Agency) США предложило разработать для этого компьютерную сеть. Разработка такой сети была поручена Калифорнийскому университету в Лос-Анджелесе, Стэнфордскому исследовательскому центру, Университету штата Юта и Университету штата Калифорния в Санта-Барбаре. Компьютерная сеть была названа ARPANET (ARPANetwork), и в 1969 году в рамках проекта сеть объединила четыре указанных научных учреждения, все работы финансировались за счёт Министерства обороны США. В октябре 1969 г. было послано первое электронное сообщение между узлами UCLA (Калифорнийский Университет, Лос-Анджелес) и SRI (Исследовательский Институт Стэнфорда). Эта сеть сразу же " зависла", но процесс пошел.
Вот так четыре удаленных компьютера были объединены в первоначальную конфигурацию ARPANET. Так, собственно и началось становление и рост Internet'а.

Сеть ARPANET начала активно расти и развиваться, её начали использовать учёные из разных областей науки. Через год их стало уже пятнадцать, и они использовали для обмена пакетами протокол NCP - Network Control Protocol.

Первый сервер ARPANET был установлен 1 сентября 1969 года в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Компьютер «Honeywell 516» имел 12 кбит оперативной памяти.
К 1971 году была разработана первая программа для отправки электронной почты по сети, программа сразу стала очень популярна. В 1973 году к сети были подключены через трансатлантический телефонный кабель первые иностранные организации из Великобритании и Норвегии, сеть стала международной.

Таким образом, прародителем Интернет можно назвать организацию ARPA _– Агентство передовых исследовательских проектов в области обороны Министерства обороны США, это агентство со временем было переименовано в DARPA (Defense ARPA), под эгидой и финансировании которого была создана сеть ARPANET. Цель ARPANET состояла в том, чтобы дать возможность подрядчикам, университетам и сотрудникам Министерства обороны, участвующим в исследованиях и разработках оборонного характера, поддерживать связь по компьютерным сетям и совместно использовать вычислительные ресурсы тех немногих на то время мощных компьютеров, которые находились в разных географических точках.

Не сидели, сложа руки, и ученые. В 1962 г. Дж. Ликлайдер (J.C.R. Liclider) публикует работу " Galactic Network", в котором предсказывает возможность существования в будущем глобальной компьютерной связи между людьми, имеющими мгновенный доступ к программам и базам данных из любой точки земного шара. Как это не удивительно, его предвидение в полном мере отражало современное устройство всемирной Сети. Тогда же, в августе 1962 г., вышла статья Дж. Ликлайдера и В. Кларка " Интерактивная связь человека с компьютером". Возглавив первую исследовательскую программу, в октябре 1962 г. Дж. Ликлайдер сумел увлечь своей концепцией группу ученых, среди которых был и его преемник – исследователь из MIT Лоуренс Робертс (Lowrence G. Roberts), а также Ивана Сазерленда (Ivan Sutherland) и Боба Тейлора (Bob Taylor).
В июле 1961 г. Леонард Клейнрок (Leonard Kleinrock) разработал и впервые опубликовал статью " Информационный поток в крупных коммутационных Сетях", где представил новую теорию передачи данных. Это была первая публикация по теорий коммутаций пакетов. В 1964 г. новая концепция вышла уже в книге. Тогда же Л. Клейнрок убедил Л. Робертса в возможности коммуникаций с использованием пакетов и в преимуществах своей теории перед древнейшим принципом коммутаций каналов. Как известно, при пакетной коммутации необходимые для передачи данные разбиваются на фрагменты, к каждому из которых присоединяется заголовок (адрес), содержащий полную информацию о доставке пакета по назначению. В результате один канал связи может использоваться для одновременной передачи данных множества пользователей, тогда как при коммутации каналов, широко используемой в традиционной телефонной связи, канал связи выделяется исключительно к услугам двух пользователей, расположенных на его концах. К этому времени Р. Кан разработал общую архитектуру сети ARPANET, Л. Робертс разработал топологию и экономические вопросы, Л. Клейнрок представил все средства измерений и анализа сети.

В 1970-х годах сеть в основном использовалась для пересылки электронной почты, тогда же появились первые списки почтовой рассылки, новостные группы и доски объявлений. Однако в то время сеть ещё не могла легко взаимодействовать с другими сетями, построенными на других технических стандартах. К концу 1970-х годов начали бурно развиваться протоколы передачи данных, которые были стандартизированы в 1982—83 годах. Активную роль в разработке и стандартизации сетевых протоколов играл Джон Постел. 1 января 1983 года сеть ARPANET перешла с протокола NCP на TCP/IP, который успешно применяется до сих пор для объединения (или, как ещё говорят, «наслоения») сетей. Именно в 1983 году термин «Интернет» закрепился за сетью ARPANET.

В 1984 году была разработана система доменных имён (англ. Domain Name System, DNS).

В 1984 году у сети ARPANET появился серьёзный соперник, Национальный научный фонд США (NSF) основал обширную межуниверситетскую сеть NSFNet (сокр. от англ. National Science Foundation Network), которая была составлена из более мелких сетей (включая известные тогда сети Usenet и Bitnet) и имела гораздо бо́ льшую пропускную способность, чем ARPANET. К этой сети за год подключились около 10 тыс. компьютеров, звание «Интернет» начало плавно переходить к NSFNet. В 1988 году был изобретён протокол Internet Relay Chat (IRC), благодаря чему в Интернете стало возможно общение в реальном времени (чат).

В 1989 году в Европе, в стенах Европейского совета по ядерным исследованиям (фр. Conseil Europé en pour la Recherche Nuclé aire, CERN) родилась концепция Всемирной паутины. Её предложил знаменитый британский учёный Тим Бернерс-Ли, он же в течение двух лет разработал протокол HTTP, язык HTML и идентификаторы URI.
В 1990 году сеть ARPANET прекратила своё существование, полностью проиграв конкуренцию NSFNet. В том же году было зафиксировано первое подключение к Интернету по телефонной линии (т. н. «дозво́ н» англ. Dialup access).В 1991 году Всемирная паутина стала общедоступна в Интернете, а в 1993 году появился знаменитый веб-браузер NCSA Mosaic. Всемирная паутина набирала популярность.

В 1995 году NSFNet вернулась к роли исследовательской сети, маршрутизацией всего трафика Интернета теперь занимались сетевые провайдеры, а не суперкомпьютеры Национального научного фонда.
В том же 1995 году Всемирная паутина стала основным поставщиком информации в Интернете, обогнав по трафику протокол пересылки файлов FTP, был образован Консорциум всемирной паутины (W3C). Можно сказать, что Всемирная паутина преобразила Интернет и создала его современный облик. С 1996 года Всемирная паутина почти полностью подменяет собой понятие «Интернет».
В 1990-е годы Интернет объединил в себе большинство существовавших тогда сетей (хотя некоторые, как Фидонет, остались обособленными). Объединение выглядело привлекательным благодаря отсутствию единого руководства, а также благодаря открытости технических стандартов Интернета, что делало сети независимыми от бизнеса и конкретных компаний. К 1997 году в Интернете насчитывалось уже около 10 млн. компьютеров, было зарегистрировано более 1 млн. доменных имён. Интернет стал очень популярным средством для обмена информацией.

В 1998 году папа римский Иоанн Павел II учредил всемирный День Интернета (30 сентября). В настоящее время Интернет доступен не только через компьютерные сети, но и через спутники связи, радиосигнал, кабельное телевидение, телефон, сотовую связь, специальные оптико-волоконные линии и электропровода. Всемирная сеть стала неотъемлемой частью жизни в развитых и развивающихся странах.

 

Сети LAN, MAN, WAN –типа

Прежде, чем приступить к рассмотрению проблем, вынесенных в заголовок параграфа, выскажем несколько предварительных «сетевых» суждений. Эти суждения связаны с функциями пользователя и его финансовыми возможностями. В зависимости от композиции указанных выше функций и возможностей могут быть реализованы следующие версии сетевых структур.

Первую версию сетевой структуры (СС) можно считать абстрактной, она предполагает наличие у каждого пользователя выделенных (монополизированных) шин (линий связи), каждая из которых подключена к распределяемым информационным ресурсам. Эта версия топологически представляет собой матричную структуру, строки которой образованы шинами, подключенными к конкретным носителям (источникам или приемникам) распределяемых информационных ресурсов, а столбцы – шинами, подключенными к конкретным пользователям. Такая СС, конечно, с пользовательской точки зрения обладает очевидными положительными свойствами, но является безумно дорогой. На множестве всех возможных пользователей она использована быть не может, реализуется только частично для богатых пользователей, важных государственных служб и в задачах дистанционного управления и контроля состояния уникального технологического оборудования.

Вторую версию сетевой структуры также можно считать абстрактной, она не предполагает наличие у каждого пользователя выделенных (монополизированных) шин (линий связи), каждая из которых подключена к распределяемым информационным ресурсам. Для всех пользователей выделяется одна единственная шина, которая с помощью коммутационного оборудования переключается (коммутируется) от одного пользователя к другому. Эта версия топологически представляет собой столбцовую матричную структуру, строки которой образованы шинами, подключенными к конкретным носителям (источникам или приемникам) распределяемых информационных ресурсов, а единственный столбец – шина, подключаемая к конкретным пользователям с помощью коммутационного оборудования по заявкам пользователей. Такая СС, конечно, с пользовательской точки зрения обладает очевидными недостатками, главным из которых является опасность возникновения очередей при ожидании подключения к носителю необходимого информационного ресурса, но является достаточно дешевой. Рассмотренная структура СС использовалась на первой стадии создания информационных сетей, она частично сохранилась в телефонии прежних поколений.

Третью версию сетевой структуры можно считать реальной, она предполагает наличие конечного числа выделенных шин, обслуживающих уникальных VIP–пользователей, и конечного числа коммутируемых шин для обслуживания демократических пользователей.

Последняя версия сетевых структур является носителем проблем, вынесенных в заголовок параграфа.

Современные информационные сети классифицируются по пространственному принципу, т.е. по размеру той территории, которую обслуживает (покрывает) данная сеть. В этой связи сети делятся на три типа:

– локальные информационные сети (по-русски: ЛИС; по-английски: LAN–Local Area Network), информационные сети LAN–типа;

– городские информационные сети или информационные сети мегаполиса (по-английски MAN–Metropolitan Area Network), информационные сети MAN–типа;

– глобальные информационные сети (по-английски WAN–Wide Area Network), информационные сети WAN–типа.

Дадим краткую характеристику каждому из приведенных типу сетей.

Информационные сети LAN–типа образуется объединением компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории, реализованной в виде здания, группы зданий, цеха, научного отдела, заводского корпуса или жилого дома, в котором проживают индивидуальные пользователи компьютеров, с радиусом покрытия территории не более 1–2-х километров. Чаще локальная сеть представляет коммуникационную среду, принадлежащую одной организации или обслуживаемую одним провайдером. Современные локальные информационные сети (ИС) легко конфигурируются (формируются), для их создания достаточно иметь;

– стандартный кабель типа коаксиал или витая пара;

– стандартные разъемы;

– сетевые адаптеры одного стандарта;

– сетевую операционную систему, устанавливаемую на пользовательском компьютере, типа Novell Net Ware.

Следует заметить, что качество и скорость работы локальной информационной сети в основном определяется сетевым адаптером и выбранным кабелем. Скорость работы ЛИС на конец ХХ-го века не превышала величины V=10мбит/c, на начало ХХI-го века не менее величины V=100мбит/c.

При проектировании ИС LAN–типа предъявляются следующие требования:

– она должна быть способна к обработке трафика данных, так как это основной для них трафик;

– в рамках принятой сетевой технологии она должна иметь максимальную скорость по сравнению сетями MAN и WAN–типа;

– она должна быть проста в управлении, т.к. оператором сети LAN–типа является пользователь, а не специалист по телекоммуникациям;

– она должна быть дешевой в приобретении и обслуживании.

Информационные сети МAN–типа представляют собой промежуточный вариант информационной сети, который возник в результате сближения сетей LAN–типа и глобальных сетей WAN–типа, они предназначены для обслуживания территории крупного города, радиус покрытия территории сетью МAN–типа составляет величину не более десятков и сотен километров.

Информационные сети WAN–типа хронологически появились первыми в формировании сетевой технологии, они строятся на объединении территориально рассредоточенных локальных сетях LAN–типа и даже отдельных компьютерах, находящихся в различных городах и странах. Отработка основных идей и сетевых технологий производилась на сетях WAN–типа, а также сетевого оборудования; маршрутизаторы, повторители, концентраторы, мосты, сетевые адаптеры. Так как физическая среда, на которой строились глобальные сети WAN–типа, была изначально телефонная сеть, то была отработана модемная техника. Были отработаны и способы коммутации каналов, а со временем и информационных пакетов для целей оптимизации информационного трафика (потока).

Несколько слов о базовых топологиях в сетях LAN, MAN и WAN–типа. Топология современных сетей в основном представлена следующими ее структурными реализациями:

– радиальная,

– магистральная (по-английски: bus–в переводе: автобус, средство передвижения),

– кольцевая,

– типа «звезда»,

– комбинированная (древовидная).

Следует различать два вида топологий:

– топология физических связей,

– топология логических (геометрических) связей.

Топология физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров так, что связь реализуется в форме отрезка кабеля. Топология логических связей представляет собой маршруты передачи пакетов данных между узлами сети и образуется средствами коммуникационного оборудования.

Так средствами гальванической магистральной топологии (что имеет место, к примеру, в информационной технологии типа Ethernet) могут быть реализованы геометрические топологии типа кольцо, звезда и т.д..

Необходимо также отметить, что при графическом изображении конкретной сетевой топологии используется практика теории графов, при начертании которых используются понятия: узел (вершина) и связь

(линия, ребро). Причем узлом в сетевой может быть: персональный компьютер (ПК), повторитель, маршрутизатор, т.е. любой «хаб» ( по-английски: hub – ступица колеса), а также локальная LAN–сеть.

 

Электрические кабели

Независимо от исполнения электрического кабеля он задается электротехнической моделью, приведенной на рисунке 1.2.1.

 

Рисунок 1.2.1

 

На рисунке 1.2.1: – параметры отрезка электрического кабеля (ЭК) длиной в 1000 метров (один километр) соответственно его активное сопротивления, его индуктивность, его межпроводная емкость и утечка километрового отрезка кабеля. Приведенные параметры электротехнической модели рисунок 1.2.1 определяют две основные пользовательские характеристики ЭК:

– волновое сопротивления электрического кабеля ( ),

– постоянная распространения ( ).

Эти характеристики аналитически задаются выражениями

, (1.2.1)

. (1.2.2)

Волновое сопротивление используется для решения задач:

– согласования выходного сопротивления устройства формирования сигнала передачи с кабелем;

– оценки параметров «терминаторов», выполняющих функцию заглушки сегментов кабеля.

Постоянная распространения используется для решения задач:

– оценки величины ослабления сигнала при его распространении по кабелю с целью определения расстояния между повторителями,

– оценки величины фазового сдвига сигнала при его распространении по кабелю с целью решения задач синхронизации и фазирования работы аппаратуры передающей и приемной сторон.

Указанное использование постоянной распространения опирается на аналитическое описание изменения сигнала в кабеле, как функции длины отрезка кабеля и частоты сигнала

(1.2.3)

где , – коэффициент затухания передаваемого сигнала, на отрезке кабеля длины .

Прежде, чем рассматривать характеристики конкретных электрических кабелей, дадим оценку скорости распространения электрического сигнала в проводной среде, которая зависит от материала этой среды (медь, алюминий и др.), причем средней на множестве реализаций сред является величина , где С–скорость распространения света в свободной воздушной среде.

 

Кабели на основе витой пары изготавливаются в двух модификациях:

– на основе неэкранированной витой пары (НВП–типа, по-английски: UTP–Unshielded Twisted Pair),

– на основе экранированной витой пары (ЭВП–типа, по-английски: STP–Shielded Twisted Pair),

Кабели НВП (UTP)–типа разделяются на 7 категорий. Кабели всех семи категорий выпускаются в 4-х парном исполнении, каждая витая пара имеет свой шаг скрутки. Конструктивно кабели всех семи категорий выполнены однотипно при этом характеризуются наличием конструктивных элементов:

– внешняя полихлорвиниловая оболочка,

– четыре витые пары, каждая из которых имеет свой шаг скрутки, выполненные из одножильного медного провода в изоляции,

– нейтральный заполнитель пространства, занимаемого четырьмя витыми парами.

Рассмотрим основные характеристики и области применения всех 7 категорий кабелей НВП (UTP)–типа.

Категория 1: применяется там, где требования к скорости передачи минимальны. Обычно это кабель для цифровой и аналоговой передачи голосовой информации и передачи данных со скоростями до V 20кбит/с.

Категория 2: применяется для передачи сигналов со спектром с максимальной частотой 1мГц или передачи данных со скоростями до V 1мбит/с.

Категория 3: применяется для передачи сигналов голосовой информации со спектром с максимальной частотой 16мГц или передачи данных со скоростями до V 16мбит/с. Шаг скрутки пар кабеля s = 10см/виток. До настоящего времени был основным в СКС зданий.

Категория 4 : представляет собой улучшенную версию кабелей категории 3 НВП (UTP)–типа. Используется для передачи сигналов со спектром с максимальной частотой 20мГц или передачи данных со скоростями до V 20мбит/с. Кабель этой категории обладает повышенной помехозащитой и низкой потерей сигнала. Применяется в СКС на сегменте длиной до 135метров. На практике используется редко.

Категория 5 : кабель этой категории специально разработан для поддержки высокоскоростных протоколов и сетевых технологий со скоростями до V 100мбит/с. Кабели этой категории заменили кабели категории 3. Большинство современных технологий и протоколов сориентированы на использование в новых крупных зданиях кабеля категории 5.

Основные характеристики кабеля категории 5:

– волновое сопротивление на частоте составляет величину ;

– коэффициент затухания передаваемого сигнала, на отрезке кабеля длины =1000М составляет на частоте при составляет величину 0.8дб и при – величину 22дб;

– величина перекрестных наводок между соседними витыми парами кабеля характеризуется величиной 74 дб на частоте и величиной 32дб на частоте ;

– активным сопротивлением ;

– емкость кабеля .

Категория 6: кабель этой категории используется для передачи сигналов со спектром с максимальной частотой 250мГц. Кабель этой категории выпускается в экранированном и неэкранированном виде.

Категория 7: кабель этой категории используется для передачи сигналов со спектром с максимальной частотой 600мГц. Кабель этой категории обязательно экранируется, причем как каждая пара, так и весь кабель в целом. Стоимость этого кабеля соизмерима со стоимостью ВОЛС.

 

Кабели ЭВП (STP)–типа разделяются на 9 типов. Кабели различных типов имеют различное число пар, но каждая витая пара имеет свой шаг скрутки. Конструктивно кабели всех девяти типов выполнены однотипно при этом характеризуются наличием конструктивных элементов:

– внешняя полихлорвиниловая оболочка,

– экран,

– нейтральный заполнитель пространства, занимаемого четырьмя витыми парами,

– витые пары, каждая из которых имеет свой шаг скрутки, выполненные из одножильного медного провода в изоляции.

Кабели ЭВП (STP)–типа хорошо защищают передаваемые сигналы от помех, а также обладают малым электромагнитным излучением. Экран кабеля заземляется, что создает трудности при его прокладке. Кабели этого типа применяются только для передачи данных, «голос» по нему не передается. Дадим характеристику основным типам этого кабеля.

Тип 1: является основным типом в группе ЭВП (STP). Имеет две пары, экран заземляется. Электрические свойства в основном солвпадают со свойствами ЭК НВП (STP)–типа категории 5, но волновое сопротивление составляет величину Ом.

Тип 2: представляет собой модификацию кабеля первого типа, имеет две добавленные неэкранированные пары для передачи «голоса».

 

Кабели на основе коаксиальных структур имеют большое количество модификаций и используются в телефонных, телевизионных и компьютерных сетях. Конструктивно кабели выполнены однотипно при этом характеризуются наличием конструктивных элементов:

– внешнее пластиковое покрытие,

– экран–внешний проводник,

– изолятор–заполнитель пространства между экраном и внутренним одножильным проводником,

– внутренний проводник, выполненный из одножильного медного провода в изоляции.

Основные из них кабели группы RG (Radio Guide – по-русски: «радиоволновод»), при этом проблемно ориентированный интерес представляют:

RG–8 и RG–11 – «толстый» коаксиальный кабель, разработанный для сетей технологии Ethernet 10Base–5. Кабели RG–8 и RG–11 имеют характеристики:

– волновое сопротивление =50 ом,

– внешний диаметр ,

– диаметр внутреннего «толстого » проводника ,

– коэффициент затухания передаваемого сигнала

составляет величину 18дб на отрезке кабеля длины ;

– масса кабеля длины 1=1000М составляет величину М=128кг,

– кабель трудно монтировать.

RG–58U, RG–58A/U, RG–58C/U – разновидности «тонкого» коаксиального кабеля, разработанного для сетей технологии Ethernet 10Base–2, при этом первый имеет одножильный внутренний проводник, второй – многожильный, третий имеет военную приемку США. Кабели имеют характеристики:

– волновое сопротивление =50 ом,

– внешний диаметр ,

– диаметр внутреннего «толстого » проводника ,

– коэффициент затухания передаваемого сигнала

составляет величину выше чем у RG–8 и RG–11(18дб на отрезке

кабеля длины );

– кабель легко монтировать.

RG–59 – кабель с волновым сопротивлением =75 ом, разработанный для кабельного телевидения.

 

Стеки протоколов

История создания модели

В 1978 году Международный комитет по стандартизации (ISO) разработал стандарт архитектуры ISO 7498, для объединения различных сетей. В разработке участвовало 7 комитетов, каждому из них был отведён свой уровень. В 1980 году IEEE опубликовал спецификацию 802, детально описавшую механизмы взаимодействия физических устройств на канальном и физическом уровнях модели OSI. В 1984 году спецификация модели OSI была пересмотрена и принята как международный стандарт для сетевых коммуникаций.

 

Сетевая модель OSI

Сетевая модель OSI (англ. Open Systems Interconnection Reference Model — модель взаимодействия открытых систем) — абстрактная модель для сетевых коммуникаций и разработки сетевых протоколов. Представляет уровневый подход к сети. Каждый уровень обслуживает свою часть процесса взаимодействия. Благодаря такой структуре совместная работа сетевого оборудования и программного обеспечения становится гораздо проще и понятнее.

Разумеется, в настоящее время основным используемым протоколом является TCP/IP, разработка которого не была связана с моделью OSI. За все время существования модели OSI она не была реализована, и, по-видимому, не будет реализована никогда. Сегодня используется только некоторое подмножество модели OSI. Считается, что модель слишком сложна, а её реализация займёт слишком много времени.

 

Уровни модели OSI

Структура модели OSI представлена таблицей 1.4.1 и рисунком 1.4.1.Модель состоит из 7-ми уровней, расположенных вертикально друг над другом. Каждый уровень может взаимодействовать только со своими соседями и выполнять отведённые только ему функции.

Таблица 1.4.1

Уровень OSI	Протоколы
Прикладной	HTTP, gopher, Telnet, DNS, SMTP, SNMP, CMIP, FTP, TFTP, SSH, IRC, AIM, NFS, NNTP, NTP, SNTP, XMPP, FTAM, APPC, X.400, X.500, AFP, LDAP, SIP, ITMS, Modbus TCP, BACnet IP, IMAP, POP3, SMB, MFTP, BitTorrent, eD2k, PROFIBUS Это всего лишь несколько самых распространенных протоколов прикладного уровня, коих существует великое множество.
Представления	HTTP, ASN.1, XML-RPC, TDI, XDR, SNMP, FTP, Telnet, SMTP, NCP, AFP
Сеансовый	ASP, ADSP, DLC, Named Pipes, NBT, NetBIOS, NWLink, Printer Access Protocol, Zone Information Protocol, SSL, TLS, SOCKS
Транспортный	TCP, UDP, NetBEUI, AEP, ATP, IL, NBP, RTMP, SMB, SPX, SCTP, DCCP, RTP, TFTP
Сетевой	IP, IPv6, ICMP, IGMP, IPX, NWLink, NetBEUI, DDP, IPSec, ARP, RARP, DHCP, BootP, SKIP, RIP
Канальный (Звена данных)	STP, ARCnet, ATM, DTM, SLIP, SMDS, Ethernet, FDDI, Frame Relay, LocalTalk, Token ring, StarLan, L2F, L2TP, PPTP, PPP, PPPoE, PROFIBUS
Физический	RS-232, RS-422, RS-423, RS-449, RS-485, ITU-T, xDSL, ISDN, T-carrier (T1, E1), модификации стандарта Ethernet: 10BASE-T, 10BASE2, 10BASE5, 100BASE-T (включает 100BASE-TX, 100BASE-T4, 100BASE-FX), 1000BASE-T, 1000BASE-TX, 1000BASE-SX

Взаимодействие уровней

Уровни взаимодействуют сверху вниз и снизу вверх посредством интерфейсов и могут еще взаимодействовать с таким же уровнем другой системы с помощью протоколов. Подробнее можно посмотреть на рисунке.

Протокол TCP/IP

Семейство TCP/IP

Семейство TCP/IP имеет два транспортных протокола: TCP, полностью соответствующий OSI, и UDP, отвечающий транспортному уровню только наличием порта, обеспечивающий обмен датаграммами между приложениями.

Семейство IPX/SPX

В семействе IPX/SPX, порты (называемые «сокеты» или «гнёзда») появляются в протоколе сетевого уровня IPX, обеспечивая обмен датаграммами между приложениями (операционная система резервирует часть сокетов для себя). Протокол SPX, в свою очередь, дополняет IPX всеми остальными возможностями транспортного уровня в полном соответствии с OSI.

Кроме того, IPX не имеет адреса для хоста ( по-русски–«сетевого адаптера»), полагаясь на адресацию канального уровня (например, MAC-адреса для Ethernet).

 

Стек протоколов TCP/IP — набор сетевых протоколов, на которых базируется Интернет. Название образовано из аббревиатур двух базовых протоколов — TCP и IP.

 

Обычно описывается по аналогии с моделью OSI, представляющей взаимодействие протоколов в виде стека. В такой модели каждый уровень предназначен для решения узкого круга задач и используется для предоставления услуг для более высоких уровней. Верхние уровни ближе к пользователю и работают с наиболее абстрактными объектами, тогда как нижние уровни сильно зависят от физической среды передачи данных.

 

Модель OSI более логична, её проще использовать, т. к. протоколы чётко разделены по уровням. Однако модель TCP наиболее распространена. Логичнее изучить сначала модель OSI, а потом переходить к TCP/IP.

Уровни стека TCP/IP

Существуют разногласия в том, как вписать модель TCP/IP в модель OSI, поскольку уровни в этих моделях не совпадают.

К тому же, модель OSI не использует дополнительный уровень — «Internetworking» — между транспортным и сетевым уровнями. Примером спорного протокола может быть ARP или STP.

Вот как традиционно протоколы TCP/IP вписываются в модель OSI (см. таблицу 1.4.2):

Таблица 1.4.2

	Прикладной	напр. HTTP, SMTP, SNMP, FTP, Telnet, scp, NFS, RTSP
	Представительный	напр. XML, XDR, ASN.1, SMB, AFP
	Сеансовый	напр. TLS, SSH, ISO 8327 / CCITT X.225, RPC, NetBIOS, ASP
	Транспортный	напр. TCP, UDP, RTP, SCTP, SPX, ATP, DCCP, BGP
	Сетевой	напр. IP, ICMP, IGMP, X.25, CLNP, ARP, RARP, OSPF, RIP, IPX, DDP
	Канальный	напр. Ethernet, Token ring, PPP, HDLC, Frame relay, ISDN, ATM, MPLS
	Физический	напр. электричество, радио, лазер

Обычно в стеке TCP/IP верхние 3 уровня (прикладной, представительный и сеансовый) модели OSI объединяют в один — прикладной. Поскольку в таком стеке не предусматривается унифицированный протокол передачи данных, функции по определению типа данных передаются приложению. Упрощенно интерпретацию стека TCP/IP можно представить так (см.таблицу 1.4.3):

Таблица 1.4.3

	Прикладной «7 уровень»	напр. HTTP, FTP, DNS (RIP, работающий поверх UDP, и BGP, работающий поверх TCP, являются частью сетевого уровня)
	Транспортный	напр. TCP, UDP, RTP, SCTP, DCCP (протоколы маршрутизации, подобные OSPF, что работают поверх IP, являются частью сетевого уровня)
	Сетевой	Для TCP/IP это IP (IP) (вспомогательные протоколы, вроде ICMP и IGMP работают поверх IP, но являются частью сетевого уровня; ARP не работает поверх IP)
	Канальный	напр. Ethernet, Token ring, и подобные.
	Физический	напр. физическая среда и принципы кодирования информации, T1, E1

Физический уровень

Физический уровень описывает среду передачи данных (будь то кабель, оптоволокно или радиоканал), физические характеристики такой среды и принцип передачи данных (разделение каналов, модуляцию, амплитуду сигналов, частоту сигналов, способ синхронизации передачи, время ожидания ответа и максимальное расстояние).

Канальный уровень

Канальный уровень описывает каким образом передаются пакеты данных через физический уровень, включая кодирование (т.е. специальные последовательности битов, определяющих начало и конец пакета данных). Ethernet, например, в полях заголовка пакета содержит указание того, какой машине или машинам в сети предназначен этот пакет.

Примеры протоколов канального уровня — Ethernet, IEEE 802.11 Wireless Ethernet, SLIP, Token Ring, ATM и MPLS.

Сетевой уровень

Изначально разработан для передачи данных из одной (под)сети в другую. Примерами такого протокола является X.25 и IPC в сети ARPANET.

С развитием концепции глобальной сети в уровень были внесены дополнительные возможности по передаче из любой сети в любую сеть, независимо от протоколов нижнего уровня, а также возможность запрашивать данные от удалённой стороны, например в протоколе ICMP (используется для передачи диагностической информации IP-соединения) и IGMP (используется для управления multicast-потоками).

Пакеты сетевого протокола IP могут содержать код, указывающий какой именно протокол следующего уровня нужно использовать, чтобы извлечь данные из пакета. Это число — уникальный IP-номер протокола. ICMP и IGMP имеют номера, соответственно, 1 и 2.

Транспортный уровень

12345Следующая ⇒

Поделиться: