Вордовские лекции (1115151), страница 20

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 20)

Каждый уровень представляет собой условный, логически целостный набор действий и форматов данных, предназначенных для передачи данных взаимодействующих в сети вычислительных систем. В некоторых случаях предполагалась регламентация взаимодействия на уровне аппаратных компонентов вычислительных систем, в некоторых – программных.

В общем случае, каждый из уровней модели ISO/OSI есть абстракция, которой может быть поставлено в соответствие некоторое количество протоколов данного уровня. Т.е. каждый протокол, реализованный в соответствии с данной моделью принадлежит некоторому единственному уровню, но, вместе с тем, каждому уровню модели может соответствовать произвольной количество протоколов.

Рассмотрим общие характеристики и назначение каждого из уровней модели ISO/OSI.

Физический уровень

На этом уровне решаются вопросы взаимосвязи в терминах сигналов. Этот уровень однозначно определяется физической средой, используемой для передачи данных и отвечает за организацию физической связи между устройствами и передачи данных в сети.

Канальный уровень

Этот уровень по-прежнему сильно ориентирован на конкретную физическую среду. Он управляет доступом к физической среде передачи данных, осуществляет синхронизацию передачи. Здесь формализуются правила передачи данных, решаются задачи обнаружения и локализации ошибок.

Сетевой уровень

Этот уровень управляет связью в сети между двумя взаимодействующими машинами. Здесь также решаются вопросы, связанные с маршрутизацией и адресацией в сети.

Транспортный уровень

Данный уровень иногда называют уровнем логического канала. На этом уровне решаются проблемы управления передачей данных и связанные с этими проблемами задачи – локализация и обработка ошибок, сервис передачи данных.

Сеансовый уровень

Это уровень управления сеансами связи между взаимодействующими программами. На этом уровне решаются проблемы синхронизации отправки и приема данных, прерывания/продолжения работы в тех или иных внештатных ситуациях, управление подтверждением полномочий (паролей).

Представительский уровень

Уровень представления данных. На этом уровне находятся протоколы, реализующие единые соглашения перевода из внутреннего представления данных конкретной машины в сетевое и обратно.

Прикладной уровень

Этот уровень осуществляет стандартизацию взаимодействия с прикладными системами.

Каждый протокол одной вычислительной системы общается с одноименным протоколом на другой вычислительной машине (следует отметить, что здесь мы несколько упрощаем ситуацию, так как не всегда в общении находятся две ВС, в реальности общение через протокол может осуществляться и в рамках одной ВС и трех и более ВС).

Заметим, что несмотря, на декларацию о том, что общение ВС в сети происходит между одноименными протоколами, реальная обработка взаимодействия заключается в последовательной передаче сообщения от протокола i-го уровня на одной ВС к i-1, i-2,… и, наконец, физическому уровню на этой же ВС, который должен обеспечить физическую передачу сообщения физическому уровню ВС – получателя, и последовательному «подъему» по уровням ВС – получателя, до соответствующего одноименного протокола i-го уровня.

Для организации взаимодействия при передаче сообщений от одного уровня к соседнему, существуют стандартизованные соглашения, которые называются интерфейсами.

Таким образом, данные от одной прикладной программы до другой прикладной программы в сети проходят путь от уровня протоколов прикладных программ до физического уровня на ВС, отправляющей данные, и далее на ВС, принимающей данные, они проходят этот путь обратном порядке.

Последовательность протоколов от максимально реализованного уровня до физического образуют стек протоколов, реализованный на данной ВС. В стеке протоколов предполагается реализация всех протоколов от максимального до физического уровней и их взаимосвязь через соответствующие интерфейсы. Т.е. не допускается ситуация наличия, например, протоколов 5, 4, 2, и 1 при отсутствии протокола 3 уровня. Стек протоколов не обязан содержать протоколы всех семи уровней. Т.е. возможна, ситуация, при которой в ВС реализованы только протоколы до 4 (или любого другого) уровня, это означает, что данная система, а точнее протоколы, входящие в данный стек, могут общаться со стеком, содержащим не менее 4 уровней. Уточним понятие взаимодействия в сети. Взаимодействие организуется между стеками протоколов и их реализации могут размещаться, как в пределах одной ВС, так и на различных ВС.

Предложенная модель организации взаимодействия в сети, основанная на стандартизации взаимодействия в пределах одноименных уровней и стандартизации передачи данных через интерфейсы, позволила создать основу для организации открытых к развитию и модернизации сетей ЭВМ. Реальных систем, построенных в полном объеме по модели ISO/OSI нет, так как, в итоге, данная модель являлась рекомендацией и не содержала декларации всех своих протоколов и интерфейсов. Однако, появление модели ISO/OSI дало практический толчок к бурному развитию стандартов протоколов и интерфейсов открытых систем.

8.3Семейство протоколов TCP/IP.

Рассмотрим что представляет из себя семейство протоколов TCP/IP(Transfer Control Protocol/Internet Protocol). Оно обладает следующими свойствами:

• открытые (доступные для использования) стандарты протоколов, широко поддерживаемые разными вычислительными платформами и операционными системами;

• независимость от аппаратного обеспечения сети передачи данных, TCP/IP может работать и объединять вместе сети, построенные на Ethernet, X.25, телефонных линиях связи и вообще на любых типах носителей, передающих данные;

• общая схема именования сетевых устройств, которая позволяет любому устройству единственным образом адресовать любое другое устройство в сети Internet;

• стандартизованные протоколы прикладных программ.

Рассмотрим основные протоколы TCP/IP, сравнивая их с протоколами модели ISO/OSI.

8.3.1Архитектура семейства TCP/IP

Протоколы семейства TCP/IP не следуют строго модели ISO/OSI. Они разбиты на четыре уровня.

Так же, как и в модели ISO/OSI, в TCP/IP данные проходят путь от уровня прикладных программ к уровню доступа к сети при передаче данных и в обратном порядке при их получении. Каждый уровень TCP/IP добавляет к исходной порции данных свою контрольную информацию для обеспечения правильной доставки. Эта контрольная информация называется заголовком, потому что помещается перед посылаемыми данными. При передаче каждый следующий уровень рассматривает порцию данных, пришедшую от предыдущего, как единое целое и помещает перед ней свой заголовок.

После того, как данные переданы по сети и получены уровнем доступа к сети, происходит обратный процесс. Каждый уровень вырезает свой заголовок из порции данных, а после этого передает оставшуюся часть следующему уровню. Таким образом, при прохождении данных снизу вверх (то есть при ее расшифровке), они рассматривается уже не как единое целое, а как совокупность заголовка и некоторой информации.

Протоколы каждого из уровней оперируют порциями данных, имеющих зависящие от конкретного уровня названия и структуру.

Протоколы уровня доступа к сети используют при передаче и приеме данных пакеты, называемые фреймами. На межсетевом уровне используются дейтаграммы. Уровень транспортных протоколов семейства представляется двумя протоколами TCP и UDP. Протокол TCP оперирует сегментами. UDP – пакетами. На уровне прикладных программ, системы построенные на использовании протокола TCP используют поток данных, а системы использующие UDP - сообщения.

Рассмотрим, кратко, функции каждого из уровней протокола TCP/IP.

8.3.2Уровень доступа к сети

Уровень доступа к сети является самым нижним уровнем в иерархии протокола TCP/IP. Протоколы на этом уровне обеспечивают систему средствами для передачи данных другим устройствам в сети. Они определяют, как использовать сеть для передачи дейтаграмм IP. В отличие от протоколов более высоких уровней, протоколы этого уровня должны знать детали физической сети (структуру пакетов, систему адресации и т.д.), чтобы правильно оформить передаваемые данные.

TCP/IP разработана таким образом, чтобы протоколы более высоких уровней не зависели от протоколов нижних уровней. Для уровня доступа к сети протоколы IP, TCP, UDP и т.д. являются протоколами более высокого уровня. Благодаря этому при появлении новых сетевых аппаратных средств необходима только разработка новых протоколов доступа к сети. Поэтому существует множество протоколов этого уровня – по одному на каждый стандарт сети (например, протокол передачи пакетов IP по сети Ethernet или протокол передачи этих же пакетов через последовательный порт, через модемное соединение).

8.3.3Межсетевой уровень

8.3.3.1Протокол IP.

Протокол IP самым важным протоколом межсетевого уровня. Функции этого протокола включают в себя:

• формирование дейтаграмм;

• поддержание системы адресации;

• обмен данными между транспортным уровнем и уровнем доступа к сети

• организацию маршрутизацию дейтаграмм

• разбиение и обратную сборку дейтаграмм

Прежде чем приступить к детальному описанию каждой функции протокола, рассмотрим некоторые его характеристики.

IP является протоколом без логического установления соединения. Это значит, что он не обменивается контрольной информацией для установки соединения, перед началом передачи данных. IP оставляет другим протоколам право устанавливать соединения – этим занимается либо протокол TCP, либо сами прикладные программы.

Протокол IP не занимается обнаружением и исправлением ошибок. Проверку полученных данных должны осуществлять другие протоколы, если это вообще необходимо.

Одним из основных свойств протокола IP является система адресации, которая обеспечивает уникальное именование любого сетевого устройства (устройство будем считать сетевым, если с ним ассоциирован некоторый стек протоколов). Рассмотрим структуру IP адреса.

IP адрес представляется последовательностью четырех байтов. В адресе кодируется уникальный номер сети, а также номер компьютера (сетевого устройства в сети). Следует отметить, что существуют специальные IP адреса, информационные поля которых интерпретируются по другому, но мы не будем акцентировать на них свое внимание. Для представление содержимого IP адреса используется последовательность цифр:

N₁.N₂.N₃.N_{4 ,}

где N_i – десятичное представление содержимого i – го байта адреса.

1. IP адрес класса A. Первый бит адреса IP равен 0. Следующие 7 бит определяют номер сети, а остальные 24 – номер компьютера в этой сети (1 £ N₁ £ 126).

2. IP адрес класса B. Первые два бита адреса IP равны 10. Следующие 14 бит определяют адрес сети, остальные 16 – адрес хоста (128 £ N₁ £ 191).

3. IP адрес класса C. Первые три бита адреса IP - 110. Следующие 21 бит определяют адрес сети, оставшиеся 8 – адрес хоста (192 £ N₁ £ 223).

4. IP адрес класса D. Первые четыре бита адреса IP – 1110 . Используется для служебных целей (групповая передача данных).

5. IP адрес класса E. Первые четыре бита адреса IP – 1111 . Используется для служебных целей.

Некоторые из IP адресов являются зарезервированными, т.е. их интерпретация отличается от стандартной.

Часто IP адреса называют адресами хостов или компьютеров. Но на самом деле, это не совсем точно. IP-адреса соответствуют сетевым интерфейсам компьютера, а не самому компьютеру. Шлюзы могут иметь несколько IP-адресов одновременно – по одному на каждый интерфейс, через который они общаются с какой-либо из подключенных к этому шлюзу сетей. Как используются адреса? IP использует адрес сети (первую часть IP-адреса) для маршрутизации дейтаграмм между сетями. Полный адрес, включая адрес хоста, используется для окончательной доставки дейтаграммы до компьютера, когда она уже достигла нужной сети.

Дейтаграммы

Протоколы TCP/IP были созданы для передачи данных через ARPANET, которая является сетью с коммутацией пакетов. Пакет – это блок данных, который передаётся вместе с информацией, необходимой для его корректной доставки. Каждый пакет перемещается по сети независимо от остальных.

Характеристики

Список файлов лекций