Konspekt_lektsiy_po_Informatike (562753), страница 13
Текст из файла (страница 13)
3) сетевой;
4) транспортный;
5) сеансовый;
6) представительский;
7) прикладной.
Каждый уровень использует для передачи низшие уровни. Взаимодействие между уровнями одного типа осуществляется по протоколам, а между низшими и высшими – с помощью интерфейсов.
Перед отправкой по сети данные разбиваются на пакеты – группы байт фиксированной длины. Пакет последовательно проходит все уровни от прикладного до физического. При этом на каждом уровне, кроме прикладного и представительского, к пакету добавляется служебная информация, называемая заголовком. Заголовок содержит информацию для адресации сообщений и для безошибочной передачи данных по сети.
Уровни модели взаимодействия открытых систем
На принимающей стороне пакет проходит все уровни в обратном порядке. Каждый уровень анализирует пакет, отделяет заголовок своего уровня и передает пакет на следующий уровень. На прикладном уровне данные примут свой первоначальный вид.
Рассмотрим задачи каждого из уровней модели OSI.
1-й уровень – физический. Самый низший уровень модели OSI. Основной задачей физического уровня является управление аппаратурой передачи данных и подключенным к ней каналом связи. На этом уровне формируются сигналы, которые передают данные в виде потока бит по передающей среде.
2-й уровень – канальный. На этом уровне физический канал преобразовывается в надежную линию связи, свободную от необнаруженных ошибок. Для этого формируется логический канал между двумя узлами, соединенных физическим каналом. Данные передаются по канальному уровню в виде кадров, которые включают, помимо данных, проверочную информацию. Проверочная информация позволяет установить, был ли передан кадр без искажений (ошибок) и частично восстановить информацию. Если кадр не был восстановлен, то происходит его повторная передача.
3-й уровень – сетевой. Отвечает за адресацию сообщений и перевод логических адресов в физические. Этот уровень разрешает проблемы, связанные с разными способами адресации и разными протоколами при переходе пакетов из одной сети в другую, позволяя объединять разнородные сети.
4-й уровень – транспортный. На этом уровне данные разбиваются на пакеты. При этом гарантируется, что эти пакеты прибудут по назначению в правильном порядке. Для этого осуществляется поиск оптимального маршрута передачи пакетов с точки зрения загруженности сегментов сети и времени передачи данных между узлами. Уровень управляет созданием и удалением сетевых соединений и управляет потоком сообщений.
5-й уровень – сеансовый. Позволяет двум процессам (например, приложениям) разных узлов устанавливать, использовать и завершать соединение, называемое сеансом. Этот уровень управляет передачей между двумя узлами и определяет, какая из сторон, когда и как долго должна осуществлять передачу.
6-й уровень – представительский. На этом уровне определяется формат, используемый для обмена данными между узлами. Уровень отвечает за преобразование, кодирование и сжатие данных.
7-й уровень – прикладной. Предоставляет доступ прикладным процессам к сетевым службам. Этот уровень управляет общим доступом к сети.
6.3.Сетевые протоколы
Протоколы – это соглашение о формате и правилах передачи данных по сети. Протоколы обладают следующими свойствами:
- протоколы работают на разных уровнях модели OSI, поэтому функции протокола определяются уровнем, на котором он работает;
- несколько протоколов могут работать совместно, в этом случае они образуют стек или набор протоколов разных уровней модель OSI.
Передача данных по сети разбита на несколько шагов, каждому из которых соответствует протокол. Узел-отправитель выполняет следующие шаги:
- разбивает данные на пакеты;
- добавляет к пакетам служебную информацию: адрес получателя и информацию для проверки правильности и восстановления в случае возникновения ошибок при передачи;
- передает пакеты в сеть через сетевой адаптер.
Узел-получатель выполняет шаги в обратной последовательности:
- принимает пакеты из сети через сетевой адаптер;
- проверяет правильность передачи данных и удаляет служебную информацию из пакетов;
- объединяет пакеты в исходный блок данных.
6.4.Топологии вычислительных сетей
Вычислительные машины, объединенные в локальную сеть, физически могут располагаться различным образом. Однако порядок их подсоединения к сети определяется топологией – усредненной геометрической схемой соединений узлов сети.
Наиболее распространенными топологиями локальных сетей, в которых передающей средой является кабель, являются кольцо, шина, звезда.
Топология кольцо предусматривает соединение узлов сети замкнутым контуром и используется для построения сетей, занимающих сравнительно небольшое пространство. Выход одного узла сети соединяется с входом другого. Информация по кольцу передаются от узла к узлу в одном направлении. Каждый промежуточный узел ретранслирует посланное сообщение. Принимающий узел распознает и получает только адресованное ему послание.
Топология кольцо
Последовательная организация обслуживания узлов сети снижает ее быстродействие, а выход из строя одного из узлов приводит к нарушению функционирования кольца.
Топология шина представляет собой последовательное соединение узлов между собой. Данные распространяются по шине в обе стороны. В каждый момент времени передачу может вести только один узел, поэтому производительность сети зависит только от количества узлов в сети. Сообщение поступает на все узлы, но принимает его только тот узел, которому оно адресовано. Узлы не перемещают сообщение, поэтому выход из строя одного узла не приводит к нарушению функционирования сети.
Топология шина
Топология звезда базируется на концепции центрального узла, через который вся информация ретранслирует, переключает, маршрутизирует (находит путь от источника к приемнику) информационные потоки в сети.
В качестве центрального узла выступает концентратор (хаб, hub). Концентраторы выполняются в виде отдельных устройств с 8, 16, 24 или 48 портами, к которым подключаются ЭВМ. При получении пакета в одном из портов концентратор широковещательно передает его на все остальные порты. Узлы анализируют адрес получателя пакета и, если он предназначен им, то получают его, иначе игнорируют его.
Концентраторы могут быть трех типов:
1) пассивные: только соединяющие сегменты сети;
2) активные: это пассивные концентраторы, усиливающие сигналы, увеличивая расстояние между узлами;
3) интеллектуальные: это активные концентраторы, выполняющие маршрутизацию.
Также центральным узлом сети может быть коммутатор (switch). В отличие от концентратора, это телекоммуникационное устройство пересылает принятый пакет не широковещательно на все порты, а адресату. Адресат определяется по адресу, содержащемуся в пакете. В результате такой передачи повышается общая пропускная способность сети.
Данная топология значительно упрощает взаимодействие узлов сети друг с другом. В то же время работоспособность локальной вычислительной сети зависит от центрального узла.
Топология звезда
При построении локальных сетей используются данные топологии или их сочетания.
6.5.Виды коммутации
Основным назначением узлов коммутации является прием, анализ, а в сетях с маршрутизацией еще и выбор маршрута, и отправка данных по выбранному направлению.
Узлы коммутации осуществляют один из трех следующих видов коммутации при передаче данных.
1. Коммутация каналов. Между пунктами отправления и назначения устанавливается физическое соединение путем формирования составного канала из последовательно соединенных отдельных участков каналов связи. Такой сквозной составной канал организуется в начале сеанса связи, поддерживается в течение всего сеанса и разрывается после окончания передачи.
Преимущества:
- возможность работы в диалоговом режиме и в режиме реального времени;
- обеспечение полной прозрачности канала.
Недостатки:
- создание непрерывного канала связи требует большого времени;
- канал связи монополизируется источником и приемником, что снижает производительность сети.
Примером коммутации каналов является телефонная связь.
2. Коммутация сообщений. Данные передаются в виде сообщений разной длины. Отправитель указывает лишь адрес получателя. Узлы коммутации анализируют адрес и текущую занятость каналов и передают сообщение по свободному в данный момент каналу на ближайший узел сети в сторону получателя.
Преимущества:
- увеличение производительности сети, так как после передачи сообщения от узла к узлу канал освобождается;
- возможность выбора маршрута доставки сообщения.
Недостатки:
- увеличение времени доставки по сравнению с коммутацией каналов;
- затруднена работа в диалоговом режиме и режиме реального времени.
Примерами коммутации сообщений являются электронная почта и телеконференции.
3. Коммутация пакетов. Сообщения разбиваются на несколько пакетов стандартной длины. Пакеты могут следовать к получателю разными путями и непосредственно перед выдачей получателю объединяются для формирования исходных сообщений.
При передаче пакетов может создаваться виртуальный канал. Временной ресурс узла разделяется между несколькими пользователями так, что каждому пользователю отводится постоянно множество минимальных отрезков времени и создается впечатление непрерывного доступа.
Преимущество: наибольшая пропускная способность сети и наименьшая задержка при передаче данных;
Недостаток: трудность, а иногда и невозможность его использования для систем, работающих в интерактивном режиме и в реальном масштабе времени.
Коммутация сообщений и пакетов относится к логическим видам коммутации. При передаче данных формируется лишь логический канал между абонентами. Каждое сообщение (пакет) имеет адресную часть, определяющую отправителя и получателя; в соответствии с адресом выбирается дальнейший маршрут и передается сообщение из запоминающего устройства узла коммутации.
6.6.Способы адресации ЭВМ в сети
В вычислительных сетях существуют три способа адресации.
1. Аппаратные адреса представляют собой шестнадцатеричные номера (12 цифр; например: 00-08-74-96-92-5C). Присвоение аппаратных адресов происходит автоматически: они встраиваются в аппаратуру (модемы, сетевые адаптеры и т. д.) на стадии производства или генерируются при каждом новом запуске оборудования.
2. Числовые составные адреса, например IP-адреса (Internet Protocol-адреса – адреса Интернет-протокола). IP-адрес записывается в виде четырех десятичных чисел, разделенных точками; каждое число лежит в диапазоне от 0 до 255. Таким образом, IP-адрес занимает 4 байта; например: 192.168.0.212.
3. Символьные адреса или имена предназначены для пользователей и несут смысловую нагрузку. Такие адреса имеют иерархическую структуру и состоят из отдельных доменов. Домен – это условное имя, показывающее принадлежность узлов определенной группе, например, стране, компании или государственному учреждению. Например, адрес class1.vpm.rsrea означает, что ЭВМ с этим адресом находится в РГРТУ (.rsrea) на кафедре вычислительной и прикладной математики (ВПМ, .vpm) в компьютерном классе 1 (class1).
Чтобы посмотреть адреса ЭВМ в ОС Windows, необходимо в командной строке набрать команду ipconfig /all.
В современных сетях для адресации используются все три способа адресации. Пользователь указывает символьный адрес, который заменяется числовым адресом (по таблицам адресов, хранимых на сервере имен сети). При поступлении передаваемых данных в сеть назначения числовой адрес заменяется аппаратным.
6.7.Маршрутизация
Маршрутизация необходима для обеспечения следующих характеристик:
- максимальной пропускной способности сети;
- минимального времени прохождения пакета от отправителя к получателю;
- надежности доставки и безопасность передаваемой информации.
По способу управления маршрутизацию можно подразделить на два типа:
1) централизованная: выбор маршрута осуществляется в центре управления сетью, а узлы коммутации реализуют поступившее решение;
2) децентрализованная: функции управления распределены между узлами коммутации.
Существуют следующие методы маршрутизации.
1. Простая маршрутизация при выборе дальнейшего пути для сообщения (пакета) учитывает лишь статическое априорное состояние сети. Ее текущее состояние – загрузка и изменение топологии из-за отказов – не учитывается.
2. Фиксированная маршрутизация учитывает только изменение топологии сети. Для каждого узла назначения канал передачи выбирается по электронной таблице маршрутов (route table), определяющей кратчайшие пути и время доставки информации до пункта назначения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
