Курынин Р.В., Машечкин И.В., Терехин А.Н. - Конспект лекций по ОС (1114685), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Всвязи с этим появился целый спектр моделей организации сетей (т.н. «открытых» сетей), в основекоторых используется модель системы открытых интерфейсов (OSI — Open SystemsInterconnection), предложенная Международной организацией по стандартизации (ISO —International Organization for Standardization). Эта модель ISO/OSI рассматривает сеть ивзаимодействие компьютеров в сети в виде семи функциональных уровней. Стоит отметить, чтоданная модель является рекомендацией, а не стандартом: ISO выделила их на основе анализаисторического развития компьютерных сетей (1.2.10).7.
Прикладной уровень6. Уровень представления5. Сеансовый уровень4. Транспортный уровень3. Сетевой уровень2. Канальный уровень1. Физический уровеньРис. 58.Модель организации взаимодействия в сети ISO/OSI.Сначала более детально рассмотрим назначение каждого уровня, а затем сформулируемосновные понятия.Физический уровень. На этом уровне происходит непосредственно передачанеструктурированной двоичной информации. Для передачи используется конкретная физическаясреда (кабель, радиоволны и т.п.). На данном уровне обеспечивается стандартизация сигналов исоединений.Канальный уровень (или уровень передачи данных). На этом уровне решаются задачиобеспечения передачи данных по физической линии, обеспечения доступности физической линии,обеспечение синхронизации (например, передающего и принимающего узлов), а также задачи поборьбе с ошибками.
Канальный уровень манипулирует порциями данных, которые называютсякадрами. В кадрах присутствует избыточная информация для фиксации и устранения ошибок.Сетевой уровень. На этом уровне обеспечивается управление операциями сети (в т.ч.адресация абонентов, маршрутизация), а также обеспечивается связь между взаимодействующими72сетевыми устройствами.
Также на этом уровне происходит управление движением пакетов, и принеобходимости поддерживается их буферизация.Транспортный уровень. На данном уровне обеспечивается корректная транспортировкаданных, а также программное взаимодействие (а не взаимодействие устройств). Тут жепринимается решение о выборе типа услуг (транспортировка данных с установлениемвиртуального канала или же без оного).
В случае установления виртуального каналаосуществляется контроль за доставкой и отсутствием ошибок. Если же виртуальный канал неустанавливается, то уровень не несет ответственности за доставку.Сеансовый уровень. Этот уровень обеспечивает управление сеансами связи. На этомуровне решаются задачи подтверждения полномочий, т.е. осуществляется работа со всякого родаролями и пр., а также решаются задачи организации меток, или контрольных точек, по сеансу,которые позволяют в случае возникновения сбоя повторять передачу не с начала, а с последнейустановленной контрольной точки.Уровень представления данных обеспечивает унификацию используемых в сетикодировок и форматов передаваемых данных.Уровень прикладных программ.
На этом уровне формализуются правила повзаимодействию с прикладными системами.Теперь на основе рассмотренных уровней можно дать определения основных понятий(1.2.10).ii-1протоколинтерфейсii-1……2211Сетевое устройство 1Сетевое устройство 2Рис. 59.Логическое взаимодействие сетевых устройств по i-ому протоколу.Протокол — формальное описание сообщений и правил, по которым сетевые устройства(вычислительные системы) осуществляют обмен информацией. Таким образом, протоколобеспечивает взаимодействие в сети между различными машинами на одном уровне. Любой изуровней может содержать произвольное число протоколов, но общаться могут лишь протоколыодного уровня.
Также под протоколом будут пониматься правила взаимодействия одноименных,или одноранговых, уровней.Интерфейс — правила взаимодействия вышестоящего уровня с нижестоящим.Служба или сервис — набор операций, предоставляемых нижестоящим уровнемвышестоящему.Стек протоколов — перечень разноуровневых протоколов, реализованных в системе.Стек может быть произвольной глубины, т.е. в нем, возможно, не будут представлены протоколынекоторых уровней модели ISO/OSI.731.2.11 Семейство протоколов TCP/IP. Соответствие модели ISO/OSIРассмотрим еще одну модель организации сетевого взаимодействия — семействопротоколов TCP/IP (1.2.11). Это классическая четырехуровневая модель организации сетевоговзаимодействия.
Протоколы семейства TCP/IP основаны на сети коммутации пакетов. Изначальноданные протоколы были разработаны как стандарт военных протоколов министерства обороныСША в агентстве перспективных разработок МО США DARPA. Это агентство разработало сетьARPA-net, которая в своем развитии легла в основу современной сети Internet (поскольку этосемейство протоколов было интегрировано в ОС BSD Unix).4. Уровень прикладных программ3. Транспортный уровень2. Межсетевой уровень1.
Уровень доступа к сетиРис. 60.Семейство протоколов TCP/IP.Попытаемся сопоставить модели TCP/IP и ISO/OSI.Уровень доступа к сети. Этот уровень соответствует физическому и канальному уровняммодели ISO/OSI. На нем решаются проблемы сетевого адаптера, драйвера сетевого адаптера ипроблемы среды передачи данных.Межсетевой уровень (или internet-уровень). В некотором смысле ему соответствуетсетевой уровень модели ISO/OSI. Т.е. на этом уровне решаются проблемы адресации имаршрутизации по сети.Транспортный уровень. Он покрывает сеансовый и транспортный уровни моделиISO/OSI.
На этом уровне имеется возможность использования протоколов, которые устанавливаютвиртуальное соединение или не устанавливают его.Уровень прикладных программ. Он разрешает проблемы уровня представления и уровняприкладных программ модели ISO/OSI.Эти уровни модели TCP/IP являются пакетными: на каждом уровне система оперируетпорциями данных, обладающими характеристиками соответствующего уровня (1.2.11). Имеясодержательную информацию на прикладном уровне, двигаясь от верхнего уровня модели книжнему, эта информация при необходимости дробится на пакеты фиксированного размера, и ккаждому из них добавляется заголовочная информация.74потокУровень прикладных программTCPUDPсегментТранспортный уровеньМежсетевой уровеньсообщениепакетдейтаграммаУровень доступа к сетифреймРис. 61.Взаимодействие между уровнями протоколов TCP/IP.Остановимся на каждом из уровней модели TCP/IP более подробно.На уровне доступа к сети протоколы обеспечивают систему средствами для передачиданных другим устройствам в сети.
В качестве примера можно привести протокол Ethernet,являющегося разработкой исследовательского центра компании Xerox (1976 г.), которыйосновывается на единой шине (это широковещательная сеть). Для сетевых устройствобеспечивается множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CarrierSense Multiple Access with Collision Detection — CSMA/CD). Термины широковещательный имножественный доступ означают, что любой пакет, «выкинутый» в сеть, виден всем абонентамэтой сети.
Каждый абонент «слушает» сеть, и тот, кому предназначен пакет, забирает его.Контроль несущей означает, что каждый абонент, «слушая» сеть, распознает, свободна она илизанята. Как только сеть становится свободной, устройство может «закидывать» очереднуюпорцию данных. При этом устройство «слушает» как свою передачу, так и передачи другихабонентов.
«Бросая» в сеть, устройство способно распознать искажения, которые означают, чтокакое-то еще устройство также пытается послать данные в сеть. В этом случае обычно реализуетсяследующая стратегия: оба абонента прекращают вещание и берут тайм-аут на некоторыйслучайный промежуток времени (чтобы минимизировать повторные коллизии), а затем повторяютсвои попытки. Данная сеть обладает типичными недостатками широковещательной сети: приинтенсивной работе часто возникает ситуация, когда линия занята. Также при интенсивной работевозрастает частота конфликтов, что ведет к снижению производительности системы.В качестве физической среды передачи данных используются самые разные источники: этоможет быть «толстый» Ethernet, «тонкий» Ethernet, витая пара, оптоволокно, радиосигнал.Межсетевой уровень. Протокол IP — это один из основных протоколов.
Данныйпротокол реализует следующие функции:− формирование дейтаграмм;− поддержание системы адресации;− обмен данными между транспортным уровнем и уровнем доступа к сети;− организация маршрутизации дейтаграмм;− разбиение и обратная сборка дейтаграмм.Основная функция этого протокола — поддержание системы адресации, позволяющейобъединять различные (или гетерогенные) сети в единое целое (т.е. это межсетевая адресация —internet-адресация), а также поддержание маршрутизации. IP-адрес — это 32-разрядное число,которое кодирует информацию о конкретной сети и компьютере внутри этой сети. Имеются трикатегории содержательных IP-адресов сетей (1.2.11).7532 битаКласс AСеть0ХостКласс B10СетьХостКласс C11Сеть0ХостКласс D1110Группа11ГруппаКласс E11Рис.
62.Система адресации протокола IP.Формат класса A позволяет задавать адреса до 126 сетей с 16 млн. хостов в каждой, классаB — до 16382 сетей с 64 Кбайт хостами, и, наконец, класса C — 2 млн. сетей с 254 хостами вкаждой. Формат класса D предназначен для многоадресной рассылки. Остальные адресаиспользуются для служебных целей. Отметим, что на сегодняшний момент в мире складываетсяситуация, когда 32-битных IP-адресов не хватает, и ведутся разработки по использованию болеедлинной адресации.Как отмечалось выше, каждый из уровней взаимодействует с соседними уровнями всоответствии с теми или иным протоколами порциями данных, имеющими специфичными длякаждого уровня названия.
Так, для межсетевого уровня пакет называется дейтограммой.Протокол IP подразумевает использование некоторых специализированных компьютеров.Это компьютеры, предназначенные для организации физического объединения различных сетей, иони называются шлюзами. В общем случае шлюз имеет два и более сетевых адаптера, на которыхфункционирует соответствующее число (два или более) стеков протоколов.Перед межсетевым уровнем также стоит задача маршрутизации — определить поимеющему IP-адресу получателя определить маршрут следования пакета.
Эта задача распадаетсяна две подзадачи. Первая подзадача — это проблема организации адресации в локальной сети, врамках которой происходит взаимодействие. И здесь особых сложностей не возникает, посколькуспецифика межсетевого уровня позволяет относительно просто организовать взаимодействиемашин в рамках одной локальной сети. Вторая подзадача — это организация адресации междуразличными сетями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
