64151 (Компьютерные сети и телекоммуникации), страница 3

Четвертый, транспортный уровень (уровень сквозной передачи) слу­жит для передачи данных между двумя взаимодействующими открытыми системами и организации процедуры сопряжения абонентов сети с сис­темой передачи данных. На этом уровне определяется взаимодействие рабочих станций — источника и адресата данных, организуется и поддер­живается логический канал (транспортное соединение) между абонента­ми.

Третий, сетевой уровень, предназначен для маршрутизации информа­ции и управления сетью передачи данных. В отличие от предыдущих, этот уровень в большей степени ориентирован на сеть передачи данных. Здесь решаются вопросы управления сетью передачи данных, в том числе маршрутизация и управление информационными потоками.

Канальный уровень обеспечивает функциональные и процедурные средства для установления, поддержания и расторжения соединений на уровне каналов передачи данных. Процедуры канального уровня обеспе­чивают обнаружение и, возможно, исправление ошибок, возникающих на физическом уровне.

Физический уровень обеспечивает механические, электрические, функциональные и процедурные средства организации физических со­единений при передаче бит данных между физическими объектами.

Четыре нижних уровня образуют транспортную службу компьютерной сети, которая обеспечивает передачу («транспортировку») информации между рабочими станциями, освобождая более высокие уровни от реше­ния этих задач.

В свою очередь, три верхних уровня, обеспечивающие логическое взаимодействие прикладных процессов, функционально объединяются в абонентскую службу.

В рамках эталонной модели также определяются услуги, которые должны обеспечивать ее уровни. Услуги, по сути дела, представляют со­бой функции, выполняемые на соответствующем уровне эталонной мо­дели.

В частности, физический уровень должен обеспечивать такие виды услуг, как установление и идентификация физических соединений, орга­низация последовательностей передачи бит информации, оповещение об окончании связи.

Канальный уровень обеспечивает организацию нужной последова­тельности блоков данных и их передачу, управление потоками между смежными узлами, идентификацию конечных пунктов канальных соеди­нений, обнаружение и исправления ошибок, оповещение об ошибках, которые не исправлены на канальном уровне.

Сетевой уровень в числе основных услуг осуществляет идентифика­цию конечных точек сетевых соединений, организацию сетевых соедине­ний, управление потоками блоков данных, обеспечение последовательно­стей доставки блоков данных, обнаружение ошибок и формирование со­общений о них, разъединение сетевых соединений.

Транспортный уровень обеспечивает установление и разъединение транспортных соединений, формирование блоков данных, обеспечение взаимодействия сеансовых соединении с транспортными соединениями, управление последовательностью передачи блоков данных, обеспечение целостности блоков данных во время передачи, обнаружение и устране­ние ошибок, сообщение о неисправленных ошибках, предоставление приоритетов в передаче блоков, передачу подтверждений о принятых блоках, ликвидацию тупиковых ситуаций.

На сеансовом уровне предоставляются услуги, связанные с обслужи­ванием сеансов и обеспечением передачи данных в диалоговом режиме, установлением сеансового соединения, обменом данными; управлением обменом; синхронизацией сеансового соединения, сообщениями об ис­ключительных ситуациях, отображением сеансового соединения на транспортный уровень, завершением сеансового соединения.

Представительный уровень обеспечивает выбор вида представления данных, интерпретацию и преобразование передаваемой информации к виду, удобному для прикладных процессов, преобразование синтаксиса данных, формирование блоков данных.

Прикладной уровень обеспечивает широкий набор услуг, в том числе:

управление терминалами, управление файлами, управление диалогом, управление задачами, управление сетью в целом.

К дополнительным услугам уровня относятся услуги по организации электронной почты, передачи массивов сообщений и т.п.

Услуги различных уровней определяются с помощью протоколов эта­лонной модели взаимодействия открытых систем. В соответствии с семиуровневой моделью взаимодействия открытых систем вводятся семь ти­пов протоколов, которые именуются так же, как уровни.

Протоколы локальных сетей

Под протоколами локальных сетей подразумевается набор протоколов первого и второго уровней эталонной модели, определяющих архитектуру локальной сети, в том числе ее топологию, передающую среду, техниче­ские средства и протоколы. Основополагающими для локальных сетей являются стандарты серии IEEE. С помощью этих стандартов были опре­делены: основная терминология, архитектура и протоколы двух нижних уровней Эталонной модели взаимодействия открытых систем. Структура стандартов IEEE представлена на рисунке.

Структура стандарта IEEE

Стандарт IEEE 802.1 является общим документом, который определя­ет архитектуру и прикладные процессы системного управления сетью, методы объединения сетей на подуровне управления доступом к пере­дающей среде. В соответствии с данным стандартом канальный уровень разбит на два подуровня: УЛК — управления логическим каналом и УДС — управления доступом к физической среде.

Стандарт IEEE 802.2 определяет протоколы управления логическим каналом, в том числе специфицирует интерфейсы с сетевым уровнем и подуровнем управления доступом к передающей среде. Каждый из ос­тальных стандартов, начиная с IEEE 802.3, определяет метод доступа и специфику физического уровня для конкретного типа локальной компь­ютерной сети. Так, стандарт IEEE 802.3 описывает характеристики и процедуры множественного доступа с контролем передачи и обнаруже­нием столкновений. Стандарт IEEE 802.4 определяет протокол маркерно­го доступа к моноканалу. Процедуры и характеристики маркерного мето­да доступа к кольцевой сети определяется стандартом IEEE 802.5. Для локальных сетей, охватывающих площадь радиусом до 25 км и исполь­зующих технические средства кабельного телевидения, разработан стан­дарт IEEE 802.6. Этот стандарт предусматривает передачу данных, речи, изображений и позволяет создавать так называемые городские локальные сети. В настоящее время продолжаются работы по стандартизации ло­кальных компьютерных сетей. Так, в подкомитете IEEE 802.11 разраба­тывается стандарт на радиосети для мобильных компьютеров, а в комите­те IEEE 802.12 рассматривается стандарт на высокоскоростные компью­терные сети “lOOVG-AnyLAN.

В 1985 году серия стандартов IEEE 802 была принята Международной организацией стандартов за основу международных стандартов физиче­ского и канального уровней ISO/DIS 8802/2.2 — ISO/DIS 8802/5. Кроме того, эти стандарты были дополнены стандартом ISO/DIS 8802/7 на сети с тактируемым методом доступа к кольцу, разработанным на основе про­токолов сети Cambridge Ring.

Транспортные протоколы

Транспортные протоколы предназначены для обеспечения надежной связи в процессе обмена информацией между абонентами компьютерной сети. Как известно, качество передачи информации во многом определя­ется используемой линией связи. Например, коммутируемые телефонные каналы сетей общего пользования характеризуются относительно высо­ким уровнем помех. При использовании подобных каналов в компью­терных сетях необходимо принимать дополнительные меры по повыше­нию надежности передачи данных. В свою очередь, оптоволоконные ли­нии связи характеризуются низким уровнем помех. В данном случае дос­таточно использовать минимальный набор транспортных услуг и про­стейший протокол обмена информацией. Особое значение транспортные протоколы приобретают в компьютерных сетях, передающая среда кото­рых характеризуется относительно высоким уровнем ошибок и низкой надежностью передачи данных.

Одним из первых протоколов транспортного уровня является прото­кол АННР (ARPA Host-to-Host Protocol), разработанный для сети ARPA. Основное внимание в протоколе АННР уделялось управлению потоком данных, адресации пользователей, а также взаимодействию с программа­ми, реализующими протоколы верхних уровней. Развитие сети ARPA в направлении использования сетей передачи данных общего пользования привело к появлению нового, более надежного протокола, известного в настоящее время под названием «протокол управления передачей» или TCP (сокращение от Transmission Control Protocol). Протокол TCP оказал­ся достаточно удачным и был положен в основу стандартного междуна­родного протокола транспортного уровня. Соответственно, МККТТ опре­делил рекомендацию Х.224 для данного транспортного протокола, а так­же рекомендацию Х.214 для транспортной службы.

С целью выбора оптимального набора транспортных услуг стандарт­ным протоколом определено три типа (А, В, С) сетевых соединений и пять классов (О, 1, 2, 3, 4) транспортного протокола. В зависимости от характеристик конкретной сети передачи данных определяется тип сете­вого соединения, которому она удовлетворяет. Затем, с учетом требуемо­го уровня качества передачи, выбирается необходимый класс транспорт­ного протокола.

Межсетевые протоколы

Согласование компьютерных сетей между собой осуществляется в ос­новном на сетевом и транспортном уровнях. В настоящее время исполь­зуются два основных подхода к формированию межсетевого взаимодей­ствия:

• объединение сетей в рамках сети Internet в соответствии с межсете­вым протоколом IP;

• объединение сетей коммутации пакетов (Х.25) в соответствии с Реко­мендацией МККТТХ.75.

Основное различие этих подходов заключается в следующем: прото­кол IP относится к протоколам без установления логического соединения (дейтаграммным), а Рекомендация Х.75 предполагает организацию вир­туального соединения (канала).

Становление корпоративных компьютерных сетей тесно связано с се­тью Internet, в рамках которой были реализованы основные принципы и протоколы межсетевых соединений. С сетью Internet связано появление новой группы протоколов — так называемых межсетевых протоколов, или IP-протоколов (сокращение от Internet Protokol). Территориально располагаясь на сетевом уровне Эталонной модели, межсетевой протокол согласовывает транспортную и сетевую службы различных компьютерных сетей.

По мере развития различных компьютерных сетей стала очевидной потребность в их объединении. В связи с этим, начиная с 1973г., агент­ство ARPA начало осуществлять программу Internetting Project. Следовало определить, как связать сети между собой с учетом того, что каждая из них использует различные протоколы передачи информации. Для этой цели был предложен протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol). Собственно протокол TCP/IP состоит из двух протоко­лов: TCP и IP. Протокол TCP является стандартным транспортным про­токолом и предоставляет сервис для надежной передачи информации между клиентами сети. Протокол IP обеспечивает сервис доставки паке­тов между узлами сети Internet отвечает за адресацию сетевых узлов. В процессе своего функционирования протокол IP постоянно взаимодейст­вует с протоколом межсетевых управляющих сообщений (1СМР — сокра­щение от Internet Control Message Protokol), образуя с ним так называемый межсетевой модуль (IP-модуль).

Протоколы TCP и !Р располагаются в середине Эталонной модели взаимодействия открытых систем и тесно связаны с протоколами других уровней. В связи с этим термин “TCP/IP” обычно охватывает все, что связано с протоколами TCP и IP. Сюда входит целое семейство протоко­лов, прикладные программы и даже сама сеть. На рис. 4.3 приведены ос­новные протоколы этого семейства и их соотношение с Эталонной моде­лью взаимодействия открытых систем.

Уровни Эталонной Протоколы TCP/IP модели

Уровни и межсетевые протоколы компьютерных сетей

Протокол UDP (User Datagram Protokol) — протокол пользовательских дейтаграмм является одним из двух основных протоколов, расположен­ных непосредственно над протоколом IP. Он предоставляет прикладным процессам ограниченный набор транспортных услуг, обеспечивая нена­дежную доставку дейтаграмм. Протокол UDP использует такие сетевые приложения, как NFS (Network File System — сетевая файловая система) и SNMP (Simple Network Management Protokol — простой протокол управле­ния сетью).

В отличие от UDP, протокол TCP обеспечивает гарантированную дос­тавку с установлением соединений в виде потоков байт.

Протокол Telnet является протоколом эмуляции терминала и позволя­ет рассматривать все удаленные терминалы как стандартные «сетевые виртуальные терминалы». Протокол FTP (File Transfer Protocol — прото­кол передачи файлов) позволяет пользователю просмотреть каталог уда­ленного компьютера, скопировать один или нескольких файлов.

Протокол SMTP (Simple Mail Transfer Protokol — простой протокол пе­редачи почты) поддерживает передачу электронной почты между произ­вольными узлами сети Internet.

Протокол ARP (Address Resolution Protokol — протокол разрешения адресов), осуществляет преобразование (отображение) IP-адресов в Ethernet адреса. Обратное преобразование осуществляется с помощью протокола RARP (Reverse Address Resolution Protokol — обратный прото­кол разрешения адресов).

Последовательность протоколов, непосредственно участвующих в пе­редаче информации, называется стеком протоколов или протокольным стеком. Так, например, при передаче файлов через сеть Ethernet прото­кольный стек содержит протоколы: FTP/TCP/IP/IEEE 802.4.

В корпоративной сети важную роль играют механизмы преобразова­ния физических адресов конкретной сети в межсетевые (Internet) адреса и обратно. В рамках каждой отдельной сети рабочие станции взаимодей­ствуют между собой на канальном уровне, используя для этого свою сис­тему адресации. Так, физический адрес в сети Ethernet задается шести­байтовым числовым значением, каждый байт записывается в шестнадца-теричной системе и отделяется двоеточием, например: 07:01:АО:47:54:С4.

Для обеспечения условия «открытости» систем межсетевые адреса, называемые IP-адресами, являются логическими и не зависят от аппара­туры или конфигурации сети. IP-адрес состоит из четырех десятичных цифр (каждый по величине не больше 255), отделенных друг от друга точками, например 10.18.57.10. Крайнее слева число обозначает базовую сеть, последующие числа указывают на более мелкие участки внутри этой сети — до адреса конкретного компьютера. Для облегчения запоминания адресов широко используется их именное обозначение, называемое до­менным. Преобразование домена в цифровой адрес осуществляется авто­матически при маршрутизации сообщения. Доменные имена обладают постоянной структурой, опираясь на которую можно понять, к чему они относятся. Система доменных имен (DNS), описывающая компьютеры и организации, в которых они установлены, устроена зеркально по отно­шению к цифровой IP-адресации. Если в IP-адресе наиболее общая ин­формация указана слева, то в доменных именах она находится справа. IP-пакет помещается в физический кадр той сети, по которой он в на­стоящий момент передается. IP-пакет содержит межсетевой адрес узла-получателя, сетевой кадр данных, в свою очередь должен, содержать фи­зический адрес узла-получателя. Особую актуальность приобретает меха­низм преобразования (отображения) адресов для широковещательных се­тей, таких как Ethernet, Token Ring и им подобные. Эта процедура реали­зуется с помощью протокола ARP. Перед началом передачи IP-пакета узел должен определить, какой физический адрес в сети соответствует адресу получателя, заданному в IP-пакете. Для этого узел посылает ши­роковещательный пакет ARP, содержащий IP-адрес получателя. После этого он ожидает ответ от узла с данным IP-адресом. Получатель посыла­ет информационный кадр с указанием своего физического адреса. С це­лью сокращения времени передачи пакетов и уменьшения числа широ­ковещательных запросов, каждый узел содержит кэш-память, в которой хранится таблица разрешения адресов. С помощью этой таблицы задается соответствие между физическими и IP-адресами. Сначала физический адрес ищется в таблице разрешения адресов. Если узел находит соответ­ствующий физический адрес для IP-пакета, то он использует его для об­ращения к получателю. В противном случае узел запускает процедуру ARP, по завершении которой осуществляется соответствующая коррек­ция таблицы разрешения адресов.

Протоколы прикладного уровня