Сетезависимые и сетенезависимые уровни (рис. 3.10)
Функции всех уровней модели OSI делятся на две группы:
зависящие от конкретной технической реализации сети,
ориентированные на работу с приложениями.
Три нижних уровня (физический, канальный и сетевой) реализуют функции первой группы и являются сетезависимыми. Протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией сети и используемым коммуникационным оборудованием. Взаимодействие двух компьютеров на этих уровнях осуществляется опосредовано через различные коммуникационные устройства.
Три верхних уровня (прикладной, представительный и сеансовый) реализуют функции второй группы. Протоколы этих уровней ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения сети.
Транспортный уровень является промежуточным - он скрывает все детали функционирования нижних уровней от верхних. Это позволяет разрабатывать приложения, не зависящие от технических средств непосредственной транспортировки сообщений.
Протоколы нижних четырех уровней обобщенно называют сетевым транспортом или транспортной подсистемой, т.к. как они полностью решают задачу транспортировки сообщений с заданным уровнем качества в составных сетях с произвольной топологией и различными технологиями.
Три верхних уровня объединяются под общим названием - процесс или прикладной процесс. Они решают задачи предоставления прикладных сервисов на основании имеющейся транспортной подсистемы.
Рис. 3.10 - Сетезависимые и сетенезависимые уровни модели OSI
ЛЕКЦИЯ 5
Модель OSI для локальных сетей
В феврале 1980 г. Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике IEEE утвердил модель IEEE Project 802. Данная модель является уточнением модели OSI для локальных сетей.
Необходимость такой модернизации была вызвана тем, что для организации взаимодействия абонентов в локальных сетях используются специальные методы доступа к физической передающей среде.
В модели OSI для локальных сетей канальный уровень был разбит на два подуровня (sublayers) - LLC и МАС (рис. 3.11).
Рис. 3.11 – Уточнение модели OSI для локальных сетей
Нижний подуровень MAC (Media Access Control – управление доступом к среде) осуществляет управление доступом к среде передачи данных. Наличие этого уровня обусловлено тем, что среда передачи в локальных сетях является разделяемой.
Подуровень MAC преобразует разделяемый физический канал в виртуальные индивидуальные каналы между парами абонентов.
На этом подуровне производиться контроль состояния сети, повторная передача пакетов заданное число раз при конфликтах доступа к среде, прием пакетов и проверка правильности передачи.
Подуровень MAC напрямую связан с аппаратурой сети и осуществляет взаимодействие с физическим уровнем.
Верхний подуровень LLC (Logical Link Control – управление логической связью) отвечает за логическую передачу кадров между узлами, после того, как получен доступ к среде передачи.
Функции этого уровня реализуются сетевым адаптером и его драйвером.
Подуровень LLC реализует интерфейс с сетевым уровнем.
802-спецификации
Стандарты, определяемые моделью Project 802 (802-спецификации), относятся к двум нижним уровням модели OSI (физическому и канальному).
Эти стандарты делятся на следующие категории:
802.1 – обзор проекта (основные определения, связь с моделью OSI), объединение сетей с помощью мостов и коммутаторов
802.1D – мосты-коммутаторы
802.1H – мосты-трансляторы
802.1Q – виртуальные сети на коммутаторах
802.2 – управление логической связью на подуровне LLC
802.3 – локальная сеть с шинной топологией и методом доступа CSMA/CD (Ethernet)
802.4 – локальная сеть с шинной топологией и маркерным доступом (ARCNet)
802.5 – локальная сеть с кольцевой топологией и маркерным доступом (Token Ring)
802.6 – городская сеть с расстояниями между абонентами более 5 км
802.7 – Консультационный совет по широковещательной технологии (Broadcast Technical Advisory Group)
802.8 – Консультационный совет по оптоволоконной технологии (Fiber-Optic Technical Advisory Group)
802.9 – интегрированные сети с возможностью одновременной передачи речи и данных (Integrated Voice/Data Network
802.10 – безопасность сетей, шифрование данных
802.11 – беспроводная сеть с радиоканалом (WLAN – Wireless LAN)
802.12 – локальная сеть со звездообразной топологией и доступом по приоретету запросов (100VG-AnyLAN)
ЛЕКЦИЯ 6
Модель TCP/IP
Разработка модели OSI велась под сильным влиянием телекоммуникационных компаний, исходя из соображений международной совместимости. Модель TCP/IP была создана на базе стека протоколов TCP/IP и отражала, в основном, его свойства.
В отличие от модели OSI, модель TCP/IP в большей степени ориентирована на обеспечение сетевых взаимодействий, нежели на жесткое разделение функциональных уровней. Данная модель признает важность иерархической структуры функций, но предоставляет разработчикам протоколов достаточную гибкость в реализации.
Модель TCP/IP делится на четыре уровня:
сетевой, или уровень доступа к среде передачи (network access)
межсетевой (internet),
транспортный (transport), межхостовый
прикладной (application)
Соответствие этих уровней уровням модели OSI условно, т.к. стек TCP/IP был разработан до ее появления (рис 3.12).
Рис. 3.12 – Соответствие уровней модели TCP/IP уровням модели OSI
Обработка информации (добавление и чтение заголовков) происходит аналогично прохождению этого процесса в протоколах модели OSI.
Сетевой уровень обеспечивает выполнение функций, необходимых для физического подключения и передачи данных по сети. Этот уровень в протоколах TCP/IP не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня модели OSI (Ethernet, Token Ring).
Межсетевой уровень занимается передачей пакетов в составных сетях со сложной топологией, за счет поддержки маршрутизации.
Транспортный уровень обеспечивают прозрачную доставку данных (end-to-end delivery service) между двумя прикладными процессами. Процесс, получающий или отправляющий данные с помощью транспортного уровня, идентифицируется номером, который называется номером порта. Номер порта на транспортном уровне играет роль адреса отправителя и получателя.
Анализируя заголовок своего пакета, полученного от межсетевого уровня, транспортный уровень определяет по номеру порта получателя, какому из прикладных процессов направлены данные, и передает эти данные соответствующему прикладному процессу. Номера портов получателя и отправителя записываются в заголовок транспортным модулем, отправляющим данные. Заголовок транспортного уровня содержит также и другую служебную информацию.
Прикладной уровень обеспечивает выполнение функций удаленного доступа и совместного использования ресурсов.
ЛЕКЦИЯ 7
Протоколы и их виды
Протокол - набор правил и процедур, определяющий взаимодействие двух одноименных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских ЭВМ.
Протоколы можно разделить по соответствию уровням модели OSI на три типа:
Прикладные
Транспортные
Сетевые
Прикладные протоколы, выполняющие функции трех верхних уровней модели OSI (прикладного, представительного и сеансового) и обеспечивающие взаимодействие приложений и обмен данными между ними.
Наиболее популярны:
FTAM (File Transfer Access and Management) протокол стека OSI для доступа к файлам.
X.400 – протокол стека OSI для обмена электронной почтой.
X.500 – протокол стека OSI служб файлов и каталогов.
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - протокол стека TCP/IP для обмена электронной почтой
FTP – (File Transfer Protocol) - протокол стека TCP/IP для передачи файлов.
SNMP (Simple Network Management Protocol) – протокол стека TCP/IP для мониторинга сети, контроля за работой сетевых компонентов и управления ими.
Telnet - протокол стека TCP/IP для регистрации на удаленных серверах и обработки данных на них.
SMB (Server Massage Blocks) - протокол стека NetBIOS/SMB для клиентских оболочек и редиректоров фирмы Microsoft.
NCP (Novell NetWare Core Protocol) - протокол стека IPX/SPX для клиентских оболочек и редиректоров фирмы Novell.
Транспортные протоколы, выполняющие функции транспортного уровня модели OSI и обеспечивающие поддержание сеансов связи между компьютерами и гарантирующие надежный обмен данными между ними.
Наиболее популярны:
TCP (Transmission Control Protocol) - протокол стека TCP/IP для гарантированной доставки пакетов.
SPX (Sequential Packet Exchange) - протокол стека IPX/SPX для гарантированной доставки пакетов.
Сетевые протоколы, выполняющие функции трех нижних уровней модели OSI (сетевого, канального и физического) и обеспечивающие адресацию, маршрутизацию, проверку ошибок и запросы на повторную передачу.
Наиболее популярны:
IP (Internet Protocol) - протокол стека TCP/IP для негарантированной доставки пакетов без установления соединения.
IPX (Internet Packet Exchange) - протокол стека IPX/SPX для негарантированной доставки пакетов и маршрутизации.
По необходимости установления соединения различаются два типа протоколов:
С установлением соединения (connection-oriented)
Без установления соединения (connectionless), дейтаграммные
В протоколах с установлением соединения перед обменом данными отправитель и получатель должны сначала установить соединение и, возможно, выбрать некоторые параметры протокола, которые они будут использовать при обмене данными. После завершения диалога они должны разорвать это соединение.
В дейтаграммных протоколах отправитель просто передает сообщение, когда оно готово.
Протоколы канального уровня делятся на:
байт-ориентированные (символьно-ориентированные)
бит-ориентированные
Байт-ориентированный протокол обеспечивает передачу сообщения по информационному каналу в виде последовательности байтов. Кроме информационных кадров, в которых передаются сообщения, в канал передаются также управляющие кадры, в которых передаются управляющие и служебные символы.
Такой тип протокола удобен для ЭВМ, так как она ориентирована на обработку данных, представленных в виде двоичных байтов. Для коммуникационной среды байт-ориентированный протокол менее удобен, так как разделение информационного потока в канале на байты требует использования дополнительных сигналов, что, в конечном счете, снижает пропускную способность канала связи.
Наиболее известным и распространенным байт-ориентированным протоколом является протокол двоичной синхронной связи BSC (Binary Synchronous Communication), разработанный фирмой IBM. Протокол обеспечивает передачу двух типов кадров: управляющих и информационных.
Работа протокола BSC осуществляется в три фазы: установление соединения, поддержание сеанса передачи сообщений, разрыв соединения.
Протокол требует на каждый переданный кадр посылки квитанции о результате его приема.
Квитанция представляет собой управляющий кадр, в котором содержится подтверждение приема сообщения (положительная квитанция) или отказ от приема из-за ошибки (отрицательная квитанция).
Кадры, переданные с ошибкой, передаются повторно. Протокол определяет максимальное число повторных передач. Передача последующего кадра возможна только тогда, когда получена положительная квитанция на прием предыдущего. Это существенно ограничивает быстродействие протокола и предъявляет высокие требования к качеству канала связи.
Бит-ориентированные протоколы предусматривают передачу информации в виде потока битов, не разделяемых на байты. Поэтому для разделения кадров используются специальные последовательности - флаги. В начале кадра ставится флаг открывающий, а в конце - флаг закрывающий.
Бит-ориентированные протоколы удобны относительно коммуникационной среды, так как канал связи ориентирован на передачу последовательности битов. Для ЭВМ он не очень удобен, потому что из поступающей последовательности битов приходится выделять байты для последующей обработки сообщения. Впрочем, учитывая быстродействие ЭВМ, можно считать, что эта операция не окажет существенного влияния на ее производительность. Бит-ориентированные протоколы являются более скоростными по сравнению с байт-ориентированными, что обусловливает их широкое распространение в сетях.
Типичным представителем группы бит-ориентированных протоколов являются протокол HDLC (High-level Data Link Control - высший уровень управления каналом связи) и его подмножества. Протокол HDLC управляет информационным каналом с помощью специальных управляющих кадров, в которых передаются команды. Информационные кадры нумеруются. Кроме того, протокол HDLC позволяет без получения положительной квитанции передавать в канал до трех - пяти кадров. Положительная квитанция, полученная, например, на третий кадр, показывает, что два предыдущих приняты без ошибок и необходимо повторить передачу только четвертого и пятого кадров. Такой алгоритм работы и обеспечивает высокое быстродействие протокола.
На сетевом уровне определяются три типа протоколов:
сетевые, или маршрутизируемые протоколы (routed, routable protocols) поддерживают передачу данных между сетями по нескольким маршрутам.
Протоколы обмена маршрутной информацией, протоколы маршрутизации, маршрутизирующие протоколы (routing protocols) позволяют конфигурировать маршруты прохождения данных между сетями.
Протоколы разрешения адресов (Address Resolution Protocol, ARP) - отвечают за отображение адреса узла, используемого на сетевом уровне, в локальный адрес сети. Иногда их относят не к сетевому уровню, а к канальному.
ЛЕКЦИЯ 8
Стандартные стеки сетевых протоколов
Важнейшим направлением стандартизации в области сетей ЭВМ является стандартизация коммуникационных протоколов. Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов на каждом уровне, называется стеком сетевых протоколов.
В настоящее время в сетях используется большое количество стеков коммуникационных протоколов. Наиболее популярными являются стеки TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB.
Эти протоколы не полностью соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. Такое несоответствие связано с тем, что модель OSI появилась как результат обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не наоборот. Полностью соответствует модели OSI, т.е. включает протоколы для всех семи уровней модели OSI, только стек протоколов OSI.
Cледует четко различать модель OSI и стек OSI. Модель OSI является концептуальной схемой взаимодействия открытых систем, а стек OSI представляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов.
Из-за своей сложности протоколы OSI требуют больших затрат вычислительной мощности центрального процессора, что делает их подходящими для мощных машин, а не для сетей персональных компьютеров. Поэтому широкого распространения он не получил. Наиболее популярными протоколами стека OSI являются прикладные протоколы: протокол передачи файлов FTAM, протокол эмуляции терминала VTP, протоколы справочной службы Х.500, электронной почты Х.400 и ряд других.
Стек протоколов IPX/SPX
Этот стек разработан фирмой Novell для сетевой операционной системы NetWare. Название стеку дали протоколы сетевого и сеансового уровней Internetwork Packet Exchange (IPX) и Sequenced Packet Exchange (SPX). Популярность стека IPX/SPX непосредственно связана с популярностью операционной системой Novell NetWare.
Многие особенности стека IPX/SPX обусловлены ориентацией ранних версий ОС NetWare (до версии 4.0) на работу в локальных сетях небольших размеров, состоящих из персональных компьютеров со скромными ресурсами. Для таких сетей нужны были протоколы, требующие минимальное количество ресурсов.В результате протоколы стека IPX/SPX до недавнего времени хорошо работали в только в локальных сетях – в глобальных сетях они слишком перегружали медленные глобальные связи широковещательными пакетами, которые интенсивно используются несколькими протоколами этого стека. Это обстоятельство, а также тот факт, что стек IPX/SPX является собственностью фирмы Novell, долгое время ограничивали распространенность его только сетями NetWare. Однако с момента выпуска версии NetWare 4.0 Novell внесла и продолжает вносить в свои протоколы серьезные изменения, направленные на их адаптацию для работы в глобальных сетях. Сейчас стек IPX/ SPX реализован не только в NetWare, но и в нескольких других популярных сетевых ОС, например UNIX, Sun Solaris, Microsoft Windows NT.
Стек протоколов TCP/IP
Этот стек был специально разработан для глобальных сетей и межсетевого взаимодействия. Он изначально ориентирован на низкое качество каналов связи и большую вероятность ошибок.