1 (Ответики к экзамену), страница 2

Активные элементы уровня, т.е. те, которые могут сами совершать действия, в отличие от тех, над которыми совершают действия,  будем называть активностями. Активности могут быть программными и аппаратными. Активности одного и того же уровня на разных машинах будем называть равнозначными или одноименными активностями. Активности уровня n+1 являются пользователями сервиса, создаваемого активностями уровня n, которые, в свою очередь, называются поставщиками сервиса. Сервис может быть разного качества, например, быстрая и дорогостоящая связь или медленная и дешевая. Доступ к сервису осуществляется через так называемые точки доступа к сервису - SAP (Service Access Points). Каждая точка доступа к сервису имеет уникальный адрес. Например, телефонная розетка на стене - это точка доступа к сервису АТС. Каждой розетке сопоставлен определенный номер - номер телефона. Чтобы осуществить обмен информацией между двумя уровнями, нужно определить интерфейс между ними. Типичный интерфейс: активность на уровне n+1 передает IDU (Interface Data Unit - интерфейсную единицу данных) активности на уровне n через SAP (рисунок 1-10). IDU состоит из SDU (Service Data Unit - сервисной единицы данных) и управляющей информации. SDU передается по сети равнозначной сущности, а затем - на уровень n+1. Управляющая информация нужна нижележащему уровню, чтобы правильно передать SDU, но она не является частью передаваемых данных. Чтобы передать SDU по сети нижележащему уровню, может потребоваться разбить его на части. Каждая часть снабжается заголовком (header) и концевиком, и передается как самостоятельная единица данных протокола - PDU (Protocol Data Unit - единица данных протокола). Заголовок в PDU используется протоколом при передаче. В нем указано, какой PDU содержит управляющую информацию, а какой - данные, порядковый номер и т.д.

Сервис с соединением и сервис без соединения

Уровни могут предоставлять вышележащим уровням два вида сервисов: ориентированный на соединение и без соединения. Сервис с соединением предполагает, что между получателем и отправителем сначала устанавливается соединение, и только потом доставляется сервис. Пример - телефонная сеть. Сервис без соединения действует подобно почтовой службе. Каждое сообщение имеет адрес получателя. В надлежащих точках оно маршрутизируется по нужному маршруту, независимо от других сообщений. При таком сервисе вполне возможно, что сообщение, позже посланное, придет раньше. В сервисе с соединением это невозможно.

Примитивы сервиса

Формально сервис можно описать в терминах примитивных операций, или примитивов, с помощью которых пользователь или какая-либо активность получает доступ к сервису. С помощью этих примитивов активность на вышележащем уровне сообщает активности на нижележащем уровне, что необходимо сделать, чтобы вышележащая активность получила нужную услугу (сервис). В свою очередь, нижележащая активность может использовать эти примитивы, чтобы сообщить вышележащей активности о действии, выполненном равнозначной активностью. Для иллюстрации работы примитивов рассмотрим, как соединение устанавливается и разрывается. Сначала активность выполняет CONNECT.request, в результате чего в сеть выпускается пакет. Получатель получает CONNECT.indication, указывающий на то, что с ним хотят установить соединение. В ответ получатель через примитив CONNECT.response сообщает, готов он установить соединение или отказывает в установлении соединения. В результате активность - инициатор установления соединения получает ответ через примитив CONNECT.confirm, чего следует ожидать.

2. Модели сетевого взаимодействия OSI ISO и TCP/IP.

Эталонная модель OSI

Модель OSI (Open Systems Interconnection - модель взаимодействия открытых систем (рисунок 1-13) была разработана Международной организацией по стандартизации (МОС - International Standards Organization (ISO)) - для определения международных стандартов компьютерных сетей. Эта модель описывает, как должна быть организована система, открытая для взаимодействия с другими системами.

Физический уровень

Физический уровень отвечает за передачу последовательности битов через канал связи. Одной из основных проблем, решаемых на этом уровне, является то, как гарантировать, что если на одном конце отправили 1, то на другом получили 1, а не 0. Здесь в основном решаются вопросы механики и электрики.

Уровень канала данных

Основная задача уровня канала данных - превратить несовершенную физическую среду передачи в надежный канал, свободный от ошибок передачи. Эта задача решается разбиением данных отправителя на фреймы (обычно от нескольких сотен до нескольких тысяч байтов), последовательной передачей фреймов и обработкой фреймов уведомления, поступающих от получателя. И это уже заботы уровня - как бороться с дубликатами одного и того же фрейма, потерями или искажениями фреймов. Другая проблема, возникающая на уровне канала данных (равно как и на других вышележащих уровнях), - как управлять потоком передачи. Если канал позволяет передавать данные в обоих направлениях одновременно, т.е. если фреймы уведомления для потока от А к В используют тот же канал, что и трафик от В к А, то можно использовать для передачи фреймов уведомлений от В к А фреймы DU от А к В.

Сетевой уровень

Основная проблема, решаемая на сетевом уровне, - как маршрутизировать пакеты от отправителя к получателю. Если в транспортной подсети циркулирует слишком много пакетов, то они могут использовать одни и те же маршруты, что будет приводить к заторам или перегрузкам. Эта проблема также решается на сетевом уровне. Поскольку за использование транспортной подсети, как правило, предполагается оплата, то на этом уровне присутствуют функции учета: как много байт (или символов) послал или получил абонент сети.

Транспортный уровень

Основная функция транспортного уровня - принять данные с уровня сессии, разделить, если надо, на более мелкие единицы, передать на сетевой уровень и позаботиться, чтобы все они дошли в целостности до адресата. Сетевой уровень определяет, какой тип сервиса предоставить вышележащим уровням и пользователям сети. Наиболее часто используемым сервисом является канал «точка-точка» без ошибок, обеспечивающий доставку сообщений или байтов в той последовательности, в какой они были отправлены. Другой вид сервиса - доставка отдельных сообщений без гарантии сохранения их последовательности или, например, рассылка одного сообщения многим в режиме вещания. В каждом конкретном случае сервис определяют при установлении транспортного соединения. Транспортный уровень - это уровень, обеспечивающий соединение «точка-точка». Активности транспортного уровня на машине отправителя общаются с равнозначными активностями транспортного уровня на машине получателя. Этого нельзя сказать про активности на нижележащих уровнях. Они общаются с равнозначными активностями на соседних машинах. В этом одно из основных отличий уровней 1-3 от уровней 4-7. Последние уровни обеспечивают соединение «точка-точка». Это хорошо видно на рисунке 1-13. Транспортный уровень также отвечает за установление и разрыв транспортного соединения в сети. Транспортный уровень также должен предотвращать «захлебывание» получателя в случае «очень быстро говорящего» отправителя. Механизм для этого называется управление потоком.

Уровень сессии

Уровень сессии позволяет пользователям на А-машинах (напомним, что пользователем может быть программа) устанавливать между собой сессии. Сессия позволяет передавать данные, как это может делать транспортный уровень, но, кроме того, этот уровень имеет более сложный сервис, полезный в некоторых приложениях. Один из видов услуг на этом уровне - управление диалогом. Другой вид сервиса на этом уровне - управление маркером. Другим примером сервиса на этом уровне является синхронизация. Уровень сессии позволяет расставлять контрольные точки.

Уровень представления

Уровень представления предоставляет решения для часто возникающих проблем, чем облегчает участь пользователей. В основном это проблемы семантики и синтаксиса передаваемой информации. Данный уровень имеет дело с информацией, а не с потоком битов. Типичным примером услуги на этом уровне является унифицированная кодировка данных.

Уровень приложений

Уровень приложений обеспечивает работу часто используемых протоколов. Cуществуют сотни разных типов терминалов. Если мы захотим создать сетевой экранный редактор, то нам придется прописывать для каждого типа терминала свою версию. Другой пример - передача файлов.

Эталонная модель TCP/IP

Межсетевой уровень

Итак, назначение межсетевого уровня в TCP/IP - доставить IP-пакет по назначению. Это как раз то, за что отвечает сетевой уровень в МОС-модели. На рисунке 1-15 показано соответствие между уровнями этих двух эталонных моделей.

Рисунок 1-15. Соответствие между МОС и TCP/IP

Транспортный уровень

Над межсетевым уровнем расположен транспортный уровень. Как и в МОС-модели, его задача - обеспечить связь «точка-точка» между двумя равнозначными активностями. В рамках TCP/IP модели было разработано два транспортных протокола. Первый - TCP (Transmission Control Protocol) - надежный протокол с соединением. Он получает поток байт, фрагментирует его на отдельные сообщения и передает их на межсетевой уровень. На машине-получателе равнозначная активность TCP-протокола собирает эти сообщения в поток байтов. TCP-протокол также обеспечивает управление потоком.

Второй протокол - UDP (User Datagram Protocol). Это ненадежный протокол без соединения для тех приложений, которые используют свои механизмы фрагментации и управления потоком. Он часто используется для передачи коротких сообщений в клиент-серверных приложениях, а также там, где скорость передачи важнее ее точности. Соотношение этих протоколов и их приложений показано на рисунке 1-16.

Уровень приложений

В TCP/IP-модели нет уровней сессии и представления. Необходимость в них была неочевидна для ее создателей. На сегодня дело обстоит так, что разработчик сложного приложения берет проблемы этих уровней на себя. Над транспортным протоколом располагается уровень приложений. Этот уровень включает следующие приложения: виртуальный терминал - TELNET, передачу файлов - FTP, электронную почту - SMTP. Позднее к ним добавились: служба имен домена - DNS (Domain Name Service), отображающая логические имена хост-машин на их сетевые адреса, протокол для передачи новостей - NNTP и протокол для работы с гипертекстовыми документами во Всемирной паутине - HTTP. Под межсетевым уровнем в TCP/IP-модели великая пустота. Модель ничего не говорит, что там происходит, кроме того, что хост-машина должна быть связана с сетью через некоторый протокол. Никаких ограничений на этот протокол, равно как и рекомендаций нет.

3. Примеры систем передачи данных (SMDS, X.25, Frame Realy, ISDN, B-ISDN, ATM) и их сравнение

       Напомним, что основной задачей СПД, которая является частью транспортной среды любой сети, является обеспечение среды для передачи данных между А-машинами и коммуникационными машинами в сети. Основные элементы СПД - каналы и коммутаторы.

Сети Х.25

Стандарт Х.25 используют некоторые телефонные сети, особенно в Европе. Этот стандарт, разработанный МКТТ в 70-х годах, определяет интерфейс между сетью с коммутацией пакетов и терминалом, а также взаимодействие терминалов через сеть передачи данных.

Рекомендации этого стандарта в терминах модели МОС охватывают физический, канальный и сетевой уровни. Они определяют способ передачи цифровых данных по телефонным каналам.

• Протокол Х.21 определяет физический, электрический интерфейс и процедуры взаимодействия терминала и сети передачи данных. Сетей, поддерживающих этот стандарт, не так много. Это связано с тем, что он требует использования цифровых сигналов, а не аналоговых. Как временная мера был предложен интерфейс типа RS-232.

• Уровень канала данных отвечает за исправление ошибок на линии.

• Сетевой уровень отвечает за адресацию, управление потоком, подтверждение доставки, прерывания и т.п. внутри СПД

• Пакеты в Х.25 имеют длину до 128 байт.

• Обычная скорость - 64 кбит/сек.

• Стандарт ориентирован на соединение и поддерживает режим коммутируемых виртуальных каналов и режим постоянного виртуального канала.

• Поскольку в мире уже много оконечных устройств, не рассчитанных на Х.25, то было предложено решение - устройство PAD (Packet Assembler Disassembler), которое работает, как черный ящик. Его работу определяют три протокола Х.3, Х.28 и Х.29.

Frame Relay

Ретрансляция кадров (Frame Relay - FR) - это метод доставки сообщений в сетях передачи данных (СПД) с коммутацией пакетов (в отличие от СПД с коммутацией каналов и сообщений). Первоначально разработка стандарта FR ориентировалась на цифровые сети с интегрированным сервисом (ISDN - Integrated Services Digital Networks), однако позже стало ясно, что FR применим и в других СПД (здесь под данными понимается любое сообщение, представленное в цифровой форме). Эта служба предоставляет минимальный сервис. Если фрейм поступил с ошибкой, то он просто сбрасывается. Дело пользователя - определить, какой фрейм пропущен и как его восстановить. В отличие от Х.25, FR не поддерживает уведомления о доставке и обычного управления потоком. Любой международный стандарт имеет (и всегда будет иметь) множество прикладных реализаций, что зачастую приводит к несовместимости аппаратно-программных средств разных производителей. Международные организации неоднократно пытались решить данную проблему. Результатом одной из таких попыток (предпринятой FRF) стал проект стандарта, включающего в себя спецификации ANSI, которые обязательны для выполнения членами FRF. В январе 1992 г. этот проект был доработан Техническим комитетом FRF и утвержден собранием членов FRF.

Высокоскоростной ISDN и ATM

Кроме проблем, связанных с быстро растущими требованиями в области сервиса, есть и еще одна - интеграция разных сетей. Например, Х.25, SMDS и FR сетей с сетью DQDB. Связывать и обслуживать все это разнообразие сетей - огромная головная боль. А есть еще кабельное телевидение и т.д. и т.д. Выход из этого ада - создать единую сеть, обеспечивающую такую высокую скорость передачи, что она будет способна поддерживать любую услугу. Это нельзя сделать быстро за одну ночь. Это очень масштабный проект и он уже начался.

Этот новый сервис передачи данных называется Broadband ISDN - высокоскоростной ISDN. Этот сервис будет поддерживать передачу видео, аудио и цифровых данных высокого качества, обеспечивать высокоскоростную связь между локальными сетями. Основной технологией, которая делает возможным реализацию сервиса B-ISDN, является АТМ (Asynchronous Transfer Mode) - асинхронный способ передачи.