5. Многоуровневая модель внутрисетевого взаимодействия. Понятие открытой системы. Модель osi.

Современные компьютерные сети это сложный программно – аппаратный комплекс, с определенной структурой внутрисетевого взаимодействия.

При анализе структуры используют метод декомпозиции. При декомпозиции часто используют многоуровневый подход. Он заключается в следующем. Все множество модулей разбивают на уровни. Уровни  образуют иерархию, то есть имеются вышележащие и нижележащие уровни.  Множество модулей, составляющих каждый уровень, формируется таким образом, что для выполнения своих задач они обращаются с запросами только к модулям непосредственно примыкающего нижележащего уровня. С другой стороны, результаты работы всех модулей, принадлежащих некоторому уровню, могут быть переданы только модулям соседнего вышележащего уровня. Такая иерархическая декомпозиция задачи предполагает четкое определение функции каждого уровня и интерфейсов между уровнями. Интерфейс определяет набор функций, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему. В результате иерархической декомпозиции достигается относительная независимость уровней, а значит, и возможность их легкой модификации или замены.

Задачи внутрисетевого взаимодействия

1. адресация

2. правила переноса данных с одного хоста на другой

3. контроль ошибок

4. нумерация пакетов

5. синхронизация потоков в случае разных по мощности компьютеров

6. маршрутизация

7. мультиплексирование (использование одного канала, нескольких различных сеансов)

Протокол – формализованные правила, регламентирующие обмен между сетевыми компонентами одного уровня, но в разных узлах. Совокупность этих правил в сетевых спецификациях принято называть интерфейсом. Интерфейс определяет набор  сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему уровню. В сущности, протокол и интерфейс выражают одно и то же понятие, но традиционно в сетях за ними закрепили разные области действия: протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы – модулей соседних уровней в одном узле.

Стек протокола – иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации работы сети.. Протокольный стек реализуется программными модулями ОС.

Открытая система – это любая система (компьютер, сеть, программный пакет), которая построена в соответствии с открытыми для всех спецификациями.

Открытой информационной системой называется “система, которая реализует открытые спецификации на интерфейсы, сервисы (услуги среды) и поддерживаемые форматы данных, достаточные для того, чтобы дать возможность должным образом разработанному прикладному программному обеспечению быть переносимым в широком диапазоне систем с минимальными изменениями, взаимодействовать с другими приложениями на локальных и удаленных системах, и взаимодействовать с пользователями в стиле, который облегчает переход пользователей от системы к системе”.

Под Открытой спецификацией в определении POSIX понимается общедоступная спецификация, которая поддерживается открытым, гласным согласительным процессом, направленным на приспособление новой технологии к ее применению, и которая согласуется со стандартами.

Основные свойства открытых систем:

• Расширяемость

• Масштабируемость

• Переносимость приложений, данных и персонала.

• Интероперабельность приложений и систем

• Способность к интеграции

• Высокая готовность

Модель OSI (open System Interconnection). Модель взаимодействия открытых систем (базовая или эталонная модель взаимодействия открытых систем). Модель OSI это концептуальная схема, которая в большей или меньшей степени описывает все имеющиеся сетевые архитектуры.

В модели OSI определяются 7 уровней взаимодействия:

7 уровень: прикладной

6 уровень: уровень представления

5 уровень: сеансовый

4 уровень: транспортный

3 уровень: сетевой

2 уровень: канальный

1 уровень: физический

1. Физический уровень. Определяет механические и электрические характеристики линии связи (тип кабелей, тип разъемов, разводка контактов в разъемах), характеристики физических сред передачи данных (помехозащищенность, волновое сопротивление и т.д.)

К физическому уровню относятся характеристики электрических сигналов.

Основные действия компонентов на физическом уровне:

1. прием и передача электрических сигналов

2. информационный обмен с канальным уровнем

2. Канальный уровень. Организует канал связи между компьютерами в физической среде передачи. Организация доступа к среде передачи: проверка доступности и обнаружение ошибок передачи, управление логической связью – разбиение данных кадры, физическая адресация, коррекция ошибок, синхронизация скоростей передачи и обработки кадров.

Примеры протоколов канального уровня – Ethernet, FDDI.

3. Сетевой уровень.

1. обеспечивает взаимодействие между разнородными подсетями

Адресация сетевых пакетов, а не кадров. Адресация включает в себя номер сети и номер узла этой сети и номер узла этой сети.

2. управление потоками данных (недопущение заторов в узких местах сети)

3. маршрутизация – выбор маршрутов следования пакета.

4. Транспортный уровень. Обеспечивает передачу данных с определенной требуемой степенью надежности.

1. разбиение сообщений на пакеты (в видео допускается потеря кадров)

2. обнаружение и исправление потерь.

5. Сеансовый уровень. Организует и управляет сеансом связи. Устанавливает и прекращает сеанс, фиксирует активную в данный момент сторону диалога. Осуществляет синхронизацию передачи длинных сообщений.

На практике сеансовый уровень объединен с прикладным и эту связку реализуют в одном протоколе.

6. Уровень представления. Отвечает за синтаксис (форму представления) передаваемых сообщений, преобразует форму сообщения компьютера – источника в форму, понятную компьютеру, приемнику (пример - шифрование, дешифрование, SSL)

7. Прикладной уровень. Содержит протоколы, реализующие службы (услуги) сети для пользователей. Пример – доступ к файлам, принтерам, служба e-mail, видеосвязь, чаты и др.

Единица данных – сообщение от прикладного уровня, постепенно обрастая информацией спускается ниже по уровням.

Сетезависимые уровни – физический, канальный, сетевой.

Сетенезависимые уровни – прикладной, представления и сеансовый.

2 типа протоколов в модели OSI:

1) с установлением соединения (перед обменом данными отправитель и получатель должны сначала установить соединение и выбрать некоторые параметры используемого протокола)

2) без предварительного установления соединения

Стек протоколов OSI. Стек OSI - это набор вполне конкретных спецификаций протоколов, образующих согласованный стек протоколов.

Каждому уровню модели OSI соответствует 1 или несколько протоколов. Стек протоколов OSI это независимый от производителей стандарт.

Прикладной – FTAM (протокол передачи файлов), VTP (протокол эмуляции терминала), x.400, x.500 (протоколы пересылки электронных сообщений)

Представления – протокол представления OSI

Сеансовый – сеансовый протокол

Транспортный – транспортный протокол

Сетевой – ES – IS (протокол маршрутизации, посредством которого оконечные системы оповещают о себе промежуточные системы), IS – IS (протокол маршрутизации, посредством которого промежуточные системы обмениваются информацией о сети)

На физическом и канальном уровнях стек OSI поддерживает протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI, а также протоколы LLC, X.25 и ISDN.

Проблемы внедрения протокольного стека OSI.

1. Несвоевременность появления

2. Стек OSI основан на концепции часто невостребованных в современных сетях

3. Спецификации в некоторых случаях оказались неполными или противоречивыми (выдуманный, а не реальный стек протоколов)

4. ряд протоколов OSI уступает по функциональным возможностям действующим сейчас протоколам

5. Семиуровневый стек требует большой вычислительной мощности

Протокольный стек TCP\IP

OSI	Примеры протоколов	TCP\IP
7.прикладной	FTP, Telnet, SMTP, POP3, HTTP, HTTPS	1. Прикладной
6.представления
5.сеансовый	TCP, UDP	2. Транспортный
4.транспортный
3.сетевой	IP, ICMP, RIP, OSPF	3. Сетевой
2.канальный		Нерегламентировано но поддерживаются все популярные стандарты.
1.физический

TCP\IP – наиболее популярный и быстро изменяющийся протокол (1974г.)

Особенности:

1. ориентирован на взаимодействие разнородных сетей

2. был разработан для UNIX

3. разработан до появления модели OSI, поэтому не в полной мере соответствует эталонной модели

IP-Internet протокол обеспечивает передачу сетевых пакетов.

Internet Protocol (IP) — межсетевой протокол. Относится к маршрутизируемым протоколам сетевого уровня семейства TCP/IP. Именно IP стал тем протоколом, который объединил отдельные подсети во всемирную сеть Интернет. Неотъемлемой частью протокола является адресация сети.

Свойства

IP объединяет сегменты сети в единую сеть, обеспечивая доставку данных между любыми узлами сети. Он классифицируется как протокол третьего уровня по сетевой модели OSI. IP не гарантирует надёжной доставки пакета до адресата. В частности, пакеты могут прийти не в том порядке, в котором были отправлены, продублироваться (приходят две копии одного пакета), оказаться повреждёнными (обычно повреждённые пакеты уничтожаются) или не прибыть вовсе. Гарантию безошибочной доставки пакетов дают некоторые протоколы более высокого уровня — транспортного уровня сетевой модели OSI, — например, TCP, которые используют IP в качестве транспорта.

RIP - сбор маршрутной информации в таблице маршрутизации

ICMP – протокол межсетевых управляющих сообщений, для организации обратной связи с узлами

TCP – отвечает за надежную доставку сетевых пакетов, с установкой соединения

UDP – отвечает за отправку дейтаграмм, т.е. не нужно отвечать за её доставку, без установки соединения

FTP – отвечает за передачу файлов с одного узла на другой

Telnet – терминальная служба

SMTP, POP3 – почтовые протоколы

HTTP – протокол передачи гипертекста

HTTPS – протокол с шифрованием.

Другие стеки протоколов:

IPX / SPX – используется в сетях Novell Netware (устарел)

NetBIOS / SMB – разработан в 1984, ориентирован на использование в локальных сетях, не поддерживает маршрутизацию

NetBeuu – новая версия NetBIOS

AppleTalk – используется в локальных сетях фирмы Apple

SNA – организует взаимодействие компьютеров сетей IBM.