LEC13. Компьютерные сети
.pdf
НИУИТМО.Кафедравычислительнойтехники
Информатика(2014/2015)
Группы 1100, 1101, 1103, 1105, 1106, 1652. Балакшин П.В. , Соснин В.В.
Лекция 13
Передача данных в компьютерных сетях
Планы
13 декабря – рубежноетестирование.
20 декабря – повторение материала всех лекций, обсуждениеэкзамена, свободноеобщение.
27 декабря – досрочный экзамен (список допущенных будетвгруппеВК).
Анонимные отзывы – писать на обороте аннотаций соседаилипоссылке: http://goo.gl/forms/YTNlXhfUBm
Многоуровневая модель OSI (Open Systems Interconnection)
Процесс передачи данных по компьютерной сети очень сложен, поэтому специалисты International Standards Organization решили разделить его на семь логических независимых уровней. Специалист на одном уровне может работатьнезависимо от специалиста на другомуровне, не мешая другдругу.
№ |
Название уровня (layer) |
Основная функция |
|
|
|
7 |
прикладной(application) |
взаимодействиепрограммы пользователя с |
|
|
сетевойподсистемойОС (API) |
6 |
уровень представления |
шифрование,сжатие, выборкодировки |
|
(presentation) |
|
5 |
сеансовый(session) |
установлениесоединения |
|
|
|
4 |
Транспортный (transport) |
надежностьдоставки, реакция на потери |
|
|
|
3 |
сетевой (network) |
маршрутизация,объединение разнородных |
|
|
локальныхсетей, адресация в глобальной сети (IP) |
2 |
канальный (data link) |
связьмежду узламиодной локальной сети, |
|
|
адресацияв локальной сети (МАС-адрес) |
1 |
физический(physical) |
физическиехарактеристики каналов связи и |
|
|
передаваемых сигналов |
|
|
|
Прикладной уровень
Субъекты |
1) |
пользовательская программа на |
взаимодействия |
|
передающем/принимающем компьютере; |
|
2) |
ОС. |
Объект |
Пользовательские данные, представленные в «родном» |
|
взаимодействия |
понятном виде для приёмной и передающей программы. |
|
Основные |
Вызов специальных функций ОС для работы с сетью (API). |
|
функции |
Программист не обязан знать о внутреннем устройстве |
|
|
сети, для него передача данных по сети не отличается от |
|
сохранения в файл (просто надо вызвать нужную функциюAPI ОС).
«Привет!» sendto(кому,что)
API |
Сеть |
«Привет!» 
recvfrom (от кого,что) 
Уровень представления
Субъекты |
1) |
ОС (или пользовательская программа); |
взаимодействия |
2) |
спец. ПО для шифрования, сжатия, кодирования. |
Объект |
Закодированные пользовательские данные |
|
взаимодействия |
(пользовательская программа уже не может работать с |
|
|
такими данными без декодирования). |
|
Основные |
Шифрование, сжатие, выбор кодировки, выбор способа |
|
функции |
представления порядка байт (little-endian, big-endian). |
|
|
Каждый этап может выполняться несколько раз разными |
|
|
субъектами (см. пунктирные стрелки) |
|
sendto
Шифратор Шифратор
Архиватор Архиватор
Кодировщик Кодировщик
Сеть
Сеансовыйуровень
Субъекты |
1) |
ОС на компьютере-передатчике; |
|
|
|
взаимодействия |
2) |
ОС на компьютере-приёмнике. |
|
|
|
Объект |
Служебные данные о об установке соединения: логины, |
||||
взаимодействия |
пароли, сертификаты, цифровые подписи, пустые пакеты |
||||
|
для проверки отсутствия обрывов связи, служебные |
||||
|
пакеты с командами типа «запрос |
соединения», |
|||
|
«подтверждение содениения», «разрыв соединения» (т.е. |
||||
|
никакие пользовательские данные на этом уровне не |
||||
|
передаются). |
|
|
|
|
Основные |
• |
Установление |
соединения |
(с |
возможной |
функции |
|
аутентификациейабонентов). |
|
|
|
•Отслеживание состояния соединения (возможное автопереподключение приобнаружении ошибок).
•Реагирование на долгую неактивность сеанса связи (например, автоотсоединение потаймауту).
•Принудительный разрыв соединения при окончании передачи (попутно освобождаются ресурсы ОС,
которыехранят информациюосостоянии сеанса).
Транспортныйуровень
Субъекты |
1) |
ОС; |
взаимодействия |
2) |
драйверсетевой карты. |
Объект |
Пользовательские данные, снабженные служебными |
|
взаимодействия |
заголовками для обнаружения проблем передачи |
|
|
(контрольная сумма, порядковые номера фрагментов), |
|
|
служебные пакеты-подтверждения. |
|
Основные |
• |
Отслеживание проблемных пакетов: искаженных, |
функции |
|
потерянных, пришедших в неверном порядке или |
|
|
дубликатов. |
|
• Реакция на обнаружение проблемных пакетов (запрос |
|
|
|
повторной передачи или игнорирование, сбор целых |
|
|
пакетов из пришедших в разном порядке фрагментов). |
|
• |
Реализация механизма повторной передачи |
|
|
(передаётся весь файл целиком или только |
|
|
проблемные части). |
Сетевойуровень
Субъекты |
1) |
ОС; |
взаимодействия |
2) |
драйверсетевой карты. |
Объект |
Данные, нарезанные на фрагменты, которыеможно |
|
взаимодействия |
передавать в конкретной локальной сети (например, в |
|
|
проводных сетях Fast Ethernet предельный размер |
|
|
фрагмента ≈ 1500 байт, а в сетях Wi-Fi он равен ≈ 8000 |
|
|
байт). Каждый фрагмент снабжается глобальным |
|
|
адресом (например, IP-адресом), который понятен в |
|
|
любой локальной сети, но при этом уникален для всей |
|
|
глобальной сети. |
|
Основные |
Маршрутизация в большой сети; обеспечение |
|
функции |
возможности объединить несколько разнородных |
|
|
локальных сетей воднусеть. |
|
Канальный уровень
Субъекты |
1) |
драйвер сетевой карты; |
взаимодействия |
2) модуль сетевой карты, который генерирует |
|
|
|
физическиесигналы (ток, радиоволна, пучок света) |
Объект |
Наборбитов, полностью готовых к передаче от одного |
|
взаимодействия |
компьютера локальной сети к другому (без выхода в |
|
|
глобальную сеть). Помимо данных пользователя, в этот |
|
|
набор включают адреса приёмника и передатчика внутри |
|
|
локальной сети (например, МАС-адреса). |
|
Основные |
• |
Проверка доступности (свободности) канала связи, |
функции |
|
если он общий для нескольких абонентов. Например, |
|
|
в Wi-Fi-канал является общим для нескольких |
|
|
устройств в радиусе действия базовой станции, |
|
|
поэтому он не всегда доступен для передачи и |
|
|
каждомуустройствуприходитсяждатьсвоей очереди. |
|
• Передача данных и адресация осуществляются только |
|
|
|
внутри локальной сети (МАС-адес имеет смысл только |
|
|
в пределах локальной сети, т.к. он не передаётся в |
|
|
глобальнуюсеть). |
Физический уровень
Субъекты |
1) модуль сетевой карты, который генерирует |
|||
взаимодействия |
физическиесигналы (ток, пучок света, радиоволна); |
|||
|
2) проводник сигнала (медный кабель, оптоволокно, |
|||
|
радиоэфир). |
|
|
|
Объект |
Физические сигналы (ток, пучок света, радиоволна). |
|||
взаимодействия |
|
|
|
|
Основные |
Выбор носителя сигнала (ток, свет, радиоволна). Выбор |
|||
функции |
свойств проводника сигнала (материал: медь, |
|||
|
оптоволокно; |
диаметр |
сечения, |
сопротивление, |
|
предельно допустимая длина). Выбор способа |
|||
|
представления цифровых данных в виде физического |
|||
|
сигнала (кодирование, модуляция). |
|
||