берчун

56. Сетевая модель OSI (англ. open systems interconnection basic reference model — базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем, сокр. ЭМВОС; 1978 г) —сетевая

модель стека сетевых протоколов OSI/ISO, разработка которого так и не была завершена.

В настоящее время основным используемым стеком протоколов является TCP/IP, разработанный ещё до принятия модели OSI и вне связи с ней.

57. Стек протоколов TCP/IP (англ. Transmission Control Protocol/Internet Protocol — протокол управления передачей) — набор сетевых протоколов разных уровней модели сетевого взаимодействия DOD, используемых в сетях. Протоколы работают друг с другом в стеке (англ. stack, стопка) — это означает, что протокол, располагающийся на уровне выше, работает «поверх» нижнего, используя

механизмы инкапсуляции. Например, протокол TCP работает поверх протокола IP.

Стек протоколов TCP/IP основан на модели сетевого взаимодействия DOD и включает в себя протоколы четырёх уровней:

прикладного (application),

транспортного (transport),

сетевого (network),

канального (data link).

Протоколы этих уровней полностью реализуют функциональные возможности модели OSI. На стеке протоколов TCP/IP построено всё взаимодействие пользователей в IP-сетях. Стек является независимым от физической среды передачи данных.

Уровни стека TCP/IP

Существуют разногласия в том, как вписать модель TCP/IP в модель OSI, поскольку уровни в этих моделях не совпадают.

К тому же, модель OSI не использует дополнительный уровень — «Internetworking» — между транспортным и сетевым уровнями. Примером спорного протокола может быть ARP или STP.

Вот как традиционно протоколы TCP/IP вписываются в модель OSI:

Распределение протоколов по уровням модели OSI

Обычно в стеке TCP/IP верхние 3 уровня (прикладной, представительский и сеансовый) модели OSI объединяют в один — прикладной. Поскольку в таком стеке не предусматривается унифицированный протокол передачи данных, функции по определению типа данных передаются приложению. Упрощенно интерпретацию стека TCP/IP можно представить так:

Распределение протоколов по уровням модели TCP/IP

4 Прикладной напр., HTTP, RTP, FTP, DNS

UDP обычно используется в таких приложениях, как потоковое видео и компьютерные игры, где допускается потеря пакетов, а повторный запрос затруднён или не оправдан, либо в приложениях вида запрос-ответ (например, запросы к DNS), где создание соединения занимает больше ресурсов, чем повторная отправка.

И TCP, и UDP используют для определения протокола верхнего уровня число, называемое портом.

См. также: Список портов TCP и UDP

[править]Сетевой уровень

Сетевой уровень изначально разработан для передачи данных из одной (под)сети в другую. Примерами такого протокола является X.25 и IPC в сети ARPANET.

С развитием концепции глобальной сети в уровень были внесены дополнительные возможности по передаче из любой сети в любую сеть, независимо от протоколов нижнего уровня, а также возможность запрашивать данные от удалённой стороны, например в протоколе ICMP (используется для передачи диагностической информацииIP-соединения) и IGMP (используется для управления multicast-потоками).

ICMP и IGMP расположены над IP и должны попасть на следующий — транспортный — уровень, но функционально являются протоколами сетевого уровня, и поэтому их невозможно вписать в модель OSI.

Пакеты сетевого протокола IP могут содержать код, указывающий, какой именно протокол следующего уровня нужно использовать, чтобы извлечь данные из пакета. Это число — уникальный IP-номер протокола. ICMP и IGMP имеют номера, соответственно, 1 и 2.

К этому уровню относятся: DHCP[1], DVMRP, ICMP, IGMP, MARS, PIM, RIP, RIP2, RSVP

[править]Канальный уровень

Канальный уровень описывает, каким образом передаются пакеты данных через физический уровень, включая кодирование (то есть специальные последовательности бит, определяющих начало и конец пакета данных). Ethernet, например, в полях заголовка пакета содержит указание того, какой машине или машинам в сети предназначен этот пакет.

Примеры протоколов канального уровня — Ethernet, IEEE 802.11 Wireless Ethernet, SLIP, Token Ring, ATM и MPLS.

PPP не совсем вписывается в такое определение, поэтому обычно описывается в виде пары протоколов HDLC/SDLC.

MPLS занимает промежуточное положение между канальным и сетевым уровнем и, строго говоря, его нельзя отнести ни к одному из них.

Канальный уровень иногда разделяют на 2 подуровня — LLC и MAC.

[править]Физический уровень

Физический уровень описывает среду передачи данных (будь то коаксиальный кабель, витая пара, оптическое волокно или радиоканал), физические характеристики такой среды и принцип передачи

данных (разделение каналов, модуляцию, амплитуду сигналов, частоту сигналов, способ синхронизации передачи, время ожидания ответа и максимальное расстояние).

58. Канальный уровень (англ. Data Link layer) — уровень сетевой модели OSI, предназначенный для передачи данных узлам, находящимся в том же сегменте локальной сети. Также может использоваться для обнаружения и если возможно исправления ошибок возникших на физическом уровне. Примерами протоколов работающих на канальном уровне являются Ethernet для локальных сетей (многоузловой), Point- to-Point Protocol (PPP), HDLC и ADCCP для подключений точка-точка (двухузловой).

Канальный уровень отвечает за доставку кадров между устройствами, подключенными к одному сетевому сегменту. Кадры канального уровня не пересекают границ сетевого сегмента. Межсетевая маршрутизация и глобальная адресация это функция более высокого уровня, что позволяет протоколам канального уровня сосредоточиться на локальной доставке и адресации.

Заголовок кадра содержит аппаратные адреса отправителя и получателя, что позволяет определить, какое устройство отправило кадр и какое устройство должно получить и обработать его. В отличие от иерархических и маршрутизируемых адресов, аппаратные адреса одноуровневые. Это означает, что никакая часть адреса не может указывать на принадлежность к какой либо логической или физической группе.

Когда устройства пытаются использовать среду одновременно, возникают коллизии кадров. Протоколы канального уровня выявляют такие случаи и обеспечивают механизмы для уменьшения их количества или же их предотвращения.

Многие протоколы канального уровня не имеют подтверждения о приёме кадра, некоторые протоколы даже не имеют контрольной суммы для проверки целостности кадра. В таких случаях, протоколы более высокого уровня должны обеспечивать управление потоком данных, контроль ошибок, подтверждение доставки и ретрансляции утерянных данных.

Спецификация IEEE 802 разделяет этот уровень на 2 подуровня — MAC (Media Access Control) регулирует доступ к разделяемой физической среде, LLC (Logical Link Control) обеспечивает обслуживание сетевого уровня.

ФУНКЦИИ

1.Получение доступа к среде передачи. Обеспечение доступа — важнейшая функция канального уровня. Она требуется всегда, за исключением случаев, когда реализована полносвязная топология (например, два компьютера, соединенных через кроссовер, или компьютер со свичом в полнодуплексном режиме).

2.Выделение границ кадра. Эта задача также решается всегда. Среди возможных решений этой задачи — резервирование некоторой последовательности, обозначающей начало или конец кадра.

3.Аппаратная адресация (или адресация канального уровня). Требуется в том случае, когда кадр могут получить сразу несколько адресатов. В локальных сетях аппаратные адреса (MAC-адреса) применяются всегда.

4.Обеспечение достоверности принимаемых данных. Во время передачи кадра есть вероятность, что данные исказятся. Важно это обнаружить и не пытаться обработать кадр, содержащий ошибку. Обычно на канальном уровне используются алгоритмы контрольных сумм, дающие высокую гарантию обнаружения ошибок.

5.Адресация протокола верхнего уровня. В процессе декапсуляции указание формата вложенного PDU существенно упрощает обработку информации, поэтому чаще всего указывается протокол, находящийся в поле данных, за исключением тех случаев, когда в поле данных может находится один-единственный протокол.

На этом уровне работают коммутаторы, мосты.

[править]Стандарты и протоколы передачи данных

ARCnet

ATM,

Controller Area Network (CAN),

Econet,

Ethernet,

59. Проблема распределения канала

Центральной проблемой, обсуждаемой в этой главе, является распределение одного широковещательного канала между многочисленными пользователями, претендующими на него. Сначала мы в общих чертах рассмотрим статические и динамические схемы распределения канала. Затем обсудим несколько конкретных алгоритмов.

Статическое распределение канала в локальных и региональных сетях

Традиционным способом распределения одного канала — например, телефонного кабеля — между многочисленными конкурирующими пользователями является FDM (Frequency Division Multiplexing — частотное уплотнение). При наличии N пользователей полоса пропускания делится на N диапазонов одинаковой ширины (см. рис. 2.27), и каждому пользователю предоставляется один из них. Поскольку при такой схеме у каждого оказывается свой личный частотный диапазон, то конфликта между пользователями не возникает. При небольшом количестве абонентов, каждому из которых требуется постоянная линия связи (например, коммутаторы операторов связи), частотное уплотнение предоставляет простой и эффективный механизм распределения.

Однако при большом и постоянно меняющемся количестве отправителей данных или пульсирующем трафике частотное уплотнение не может обеспечить достаточно эффективное распределение канала. Если количество пользователей в какой-либо момент времени меньше числа диапазонов, на которые разделен спектр частот, то большая часть спектра не используется и тратится попусту. Если, наоборот, количество пользователей окажется больше числа доступных диапазонов, то некоторым придется отказать в доступе к каналу, даже если абоненты, уже захватившие его, почти не будут использовать пропускную способность.

Однако даже если предположить, что количество пользователей можно каким-то способом удерживать на постоянном уровне, то разделение канала на статические подканалы все равно является неэффективным. Основная проблема здесь состоит в том, что если какая-то часть пользователей не пользуется каналом, то эта часть спектра просто пропадает. Они сами при этом занимают линию, не передавая ничего, и другим не дают передать данные. Кроме того, в большинстве компьютерных систем трафик является чрезвычайно неравномерным (вполне обычным является отношение пикового трафика к среднему как 1000:1). Следовательно, большую часть времени большая часть каналов не будет использоваться.

То, что характеристики статического частотного уплотнения оказываются неудачными, можно легко продемонстрировать на примере простых вычислений теории массового обслуживания. Для начала сосчитаем среднее время задержки Т для канала с пропускной способностью С бит/с, по которому прибывают лямда кадров в секунду. Длина кадров является случайной величиной с экспоненциально распределенной плотностью вероятности, среднее значение которой равно 1/мю. бита на кадр. При таких параметрах скорость прибытия составляет лямда кадров в секунду, а скорость обслуживания — мюС кадров в секунду. Теория массового обслуживания говорит о том, что пуассоновское время прибытия и обслуживания равно

Пусть, например, пропускная способность С равна 100 Мбит/с, средняя длина кадра 1/мю = 10 000 бит, скорость прибытия кадров лямда = 5000 кадров в секунду. Тогда Т= 200 мкс. Обратите внимание: если бы мы не учли задержки при формировании очереди и просто посчитали, сколько времени нужно на передачу кадра длиной 10 000 бит по сети с пропускной способностью 100 Мбит/с, то получили бы неправильный ответ: 100 мкс. Это число приемлемо лишь при отсутствии борьбы за канал.

Это означает, что при использовании частотного уплотнения значение средней задержки стало в N раз хуже значения, которое было бы в канале, если бы все кадры были каким-то волшебным образом организованы в одну общую очередь.

Пропускная способность любого канала локальной сети ограничивается максимальной эффективной пропускной способностью используемого канального протокола. Если же часть этой пропускной способности используется не для передачи пользовательских данных, а для передачи служебного трафика, то эффективная пропускная способность сети еще уменьшается.

Конфликты (столкновения) возникают, когда два или большее число узлов "одновременно" пытаются захватить линию. Понятие "одновременность событий" в связи с конечностью скорости распространения сигналов по линии конкретизируется как отстояние событий во времени не более чем на величину 2d, называемую окном столкновений, где d - время прохождения сигналов по линии между конфликтующими узлами. Если какие-либо узлы начали передачу в окне столкновений, то наложение сигналов этих узлов друг на друга приводит к распространению по сети искаженных данных. Это искажение и используется для обнаружения конфликта. Это можно сделать либо сравнением в передатчике данных, передаваемых в линию (неискаженных) и получаемых из нее (искаженных), либо по появлению постоянной составляющей напряжения в линии. Последнее обусловлено тем, что используемый для представления данных манчестерский код не имеет постоянной составляющей, которая однако появляется при его искажении. Обнаружив конфликт, узел должен оповестить об этом партнера по конфликту, послав дополнительный сигнал затора, после чего станции должны отложить попытки выхода в линию на время td. Очевидно, что значения td должны быть различными для станций, участвующих в конфликте; поэтому td - случайная величина. Ее математическое ожидание должно иметь тенденцию к росту по мере увеличения числа идущих подряд неудачных попыток захвата линии.

Среди детерминированных методов доступа к сети передачи данных преобладают маркерные методы доступа. Маркерные методы основаны на передаче полномочий на передачу одному из узлов сети с помощью специального информационного объекта, называемого маркером.

Применяется ряд разновидностей маркерных методов доступа. Например, в эстафетном методе передача маркера выполняется в порядке очередности; в способе селекторного опроса (квантированной передачи) сервер опрашивает станции данных и передает полномочие одной из тех станций, которые готовы к передаче. В кольцевых одноранговых сетях широко применяется тактируемый маркерный доступ, при котором маркер циркулирует по кольцу и используется станциями для передачи своих данных.

61. Канальный уровень разделен на 2 подуровня: LLC (Logical Link Control) - подуровень логической передачи данных и MAC (Media Access Control) - подуровень управления доступом к среде.

Международным институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) разработано семейство стандартов 802.х, описывающих работу канального и физического уровня модели OSI.

Подуровень LLC канального уровня

Реализует связь с сетевым уровнем, на этом подуровне существуют алгоритмы (логические процедуры),

позволяющие устанавливать или не устанавливать связь перед передачей кадров, восстанавливать или не восстанавливать кадры при их потере или обнаружении ошибок. Протокол 802.2 реализует связь с сетевым уровнем и определение логических процедур передачи кадров по сети.

Все кадры LLC подразделяются на три типа — информационные, управляющие, ненумерованные и имеют единый формат:

Flag - границы кадров LLC.

Data - поле данных данные сетевых протоколов.

DSAP (Destination Service Access Point) - поле адреса точки входа службы назначения (получателя).

SSAP (Source Service Access Point) - поле адреса точки входа службы источника.

Эти поля указывают службу верхнего уровня, которая передает и принимает пакеты данных. Например,

служба IP имеет значение SAP равное 0х6. Обычно это одинаковые адреса. Адреса DSAP и SSAP могут различаться только в том случае, если служба имеет несколько адресов точек входа.

Control - поле управления имеет длину 1 или 2 байта в зависимости от того, какой тип кадра передается:

информационный, управляющий, ненумерованный.

Тип кадра определяется процедурой управления логическим каналом LLC. Стандартом 802.2 предусмотрено

3 типа таких процедур:

LLC1 - процедура без установления соединения и подтверждения, используется при дейтаграммном режиме передачи данных. Для передачи данных используются ненумерованные кадры. Восстановление принятых с ошибками данных производят протоколы верхних уровней. В данном режиме функционирует, например,

протокол IP.

LLC2 - процедура с установлением соединения и подтверждением, перед началом передачи данных устанавливает соединение, послав соответствующий запрос и получив подтверждение, после чего передаются данные. Процедура позволяет восстанавливать потерянные и исправлять ошибочные данные,

используя режим скользящего окна. Для этих целей она использует все три типа кадров (информационные,

управляющие, ненумерованные). Данная процедура более сложная и менее быстродействующая по