Статистика
Онлайн всего: 2 Гостей: 2 Пользователей: 0
|
Каталог статей
Фирма «веников не вяжет», фирма «сети заплетает» или что такое локальная сеть, пакеты, TCP, IP и прочие. Часть II
|
ЭТАЛОННЫЕ МОДЕЛИ
Модель OSI
Как мы видели в первой части данного «опуса», что бы легче было проектировать сеть, понять, что она должна делать и как это делать, сетевые разработчики поделили сеть на уровни. Сперва это деление происходило «как кому взбредет». Со временем сетевые разработчики поняли что если сети будут построены по принципу «как взбредет», то тогда очень сложно будет обеднить эти сети для совместной работы. Позже для обеспечения некой совместимости начали стандартизировать уровни и соответственно протоколы данных уровней.
Первым шагом к международной стандартизацией протоколов используемых на различных уровнях было сделано в модели OSI (Open System Interconnection) разработанная Международным институтом стандартов (International Standards Organization).
Модель OSI имеет 7 уровней. Появление именно семиуровневой структуры было обусловлено следующими критериями:
- Каждый уровень должен выполнять строго определенную функцию.
- Выбор функции для каждого уровня должен осуществляется с учетом создания стандартизированных международных протоколов.
- Границы между уровнями должны выбираться так, что бы поток данных между интерфейсами был минимальным.
- Количество уровней должно быть большим, что бы различные функции не объединялись в одном уровне без необходимости, но не слишком высоким, что бы архитектура не становилась громоздкой.
Модель OSI показана на рисунке 1
Рис. 1
Модель OSI не описывает службы и протоколы каждого уровня. Она только определяет, что должен делать каждый уровень. ISO имеет стандарты для каждого уровня, но они не входят в саму модель OSI.
Каждый вышестоящий уровень выполняет более сложные задачи, пользуясь сервисами (услугами) предоставляемыми нижестоящими уровнями, а так же управляет ими.
Нижестоящие уровни представляют сервисы (услуги) вышестоящим уровням, при этом вышестоящих уровней не интересует, как внутренне эти услуги поставляются им от нижестоящих уровнях. То есть при замене внутреннего строения одного из уровней, это не сказывается на другие уровни.
Каждый уровень взаимодействует с близлежащими уровнями (выше или ниже).
Верхний уровень соответствует работающему в данный момент приложению и предоставляет сервисы пользователю. Пользователь управляет верхним уровнем. Нижний уровень занимается передачей данных по каналу связи.
Между уровнями существует виртуальная (логическая) связь (см. часть I). То есть каждый уровень работает, так как будто он соединен напрямую (по горизонтали) с соответствующим уровнем на другом хосте.
Рассмотрим каждый уровень данной модели.
Физический уровень
Этот уровень занимается передачей битов, то есть нулей и единиц по каналу связи. При этом надо следить за тем что бы когда одна сторона передает 1 или 0 другая сторона получала именно 1 или 0. Для этого применяется различные технологии передачи битов посредством самосинхронизирующихся кодов. К примеру в сети Ethernet применяется кодирование Манчестер 2 (не путайте кодирование с шифрованием).
Принципиальным для этого уровня следующие параметры:
- Какое напряжение соответствует 1 и какое 0;
- время длительности бита;
- направление передачи;
- как устанавливается начало связи и как она прекращается;
Другие требования связанные с механическими, электрическими, и процедурными интерфейсами а так же с физическим носителем, лежащий ниже физического уровня такие как:
- разъемам;
- электрическому согласованию,
- заземлению,
- защита от помех и др.
Уровень передачи данных
На этот уровень возлагаются следующие задачи:
- формирование пакетов (фреймов) принятых для передачи в данной сети (Ethernet, Token-Ring),
- обнаружение ошибок путем подсчета контрольных сумм,
- передача кадров подтверждения.
В широковещательных сетях существует проблема управления доступом к совместно используемому каналу. Эта проблема решается путем ввода специального дополнительного подуровня. И тогда канальный уровень делится на два подуровня (смотри рис. 2):
Верхний подуровень названый LLC (Logical Link Control ) подуровень,
Нижний подуровень названый MAC (Media Access Control) подуровень.
На подуровень LLC (Logical Link Control ) возлагаются обязанности по управлению и созданию виртуального канала связи. В реальной сети, некоторую часть обязанностей данного подуровня выполняет сетевой адаптер, основную же часть выполняет драйвер устройства.
MAC (Media Access Control) подуровень связан накрепко со средой передачи и на него возлагаются все необходимые действия по доступу к среде передачи или каналу связи. Он так же жестко связан с аппаратурой сети. На этом подуровне, производится
- Контроль состояния сети
- Повторная передача пакетов при коллизиях в сети
- Прием пакетов и обнаружение ошибок.
Сетевой уровень
Главной особенностью этого уровня это то что на этом уровне определяются маршруты пересылки пакетов (фреймов) от источника к получателю. Но при этом не гарантируется надежная доставка данных. На этом уровне выполняются такие функции как маршрутизация логических адресов (IP-адреса) сетевых узлов. Маршруты могут быть жестко записаны в виде таблицы и редко меняться или они могут вычисляться заново для каждого пакета с учетом текущей загруженности сети. Так же на этом уровне происходит слежение за закупоркой сети в узких местах. Это происходит тогда когда в данной сети много пакетов, и они могут закрыть дорогу друг другу, образуя затор.
В общем, сетевой уровень ответственен за:
- Адресацию пакетов,
- Перевод логических адресов (IP-адресов) в физические (MAC – адреса) и обратно,
- Выбор дальнейшего маршрута следования (если в сети есть несколько маршрутов),
- Вопросы синхронизации.
При движении пакета из одной сети в другую так же могут, возникнут проблемы по способом адресации, размера пакетов, различие в протоколах и т.д. Именно сетевой уровень должен решать эти проблемы позволяя объединять разнородные сети.
На этом уровне работают маршрутизаторы. Это предложение надо понимать так - с этим уровнем работают маршрутизаторы сети. При получение на входе пакета они его декапсулируют (инкапсуляцию и декапсуляцию рассмотрим ниже), поднимают до третьего уровня, читают из пакета логический адреса (IP-адрес) пункта назначения и на основе уже имеющиеся у маршрутизатора таблицы маршрутизации принимает решение на какой выход маршрутизатора переслать пакет для того что бы он следовал дальше.
Основной функцией транспортного уровня это принять поток данных от сеансового уровня, разбить их при необходимости на сегменты и поместить их в пакеты, гарантировать, что эти пакеты правильно прибудут в конечную точку.
В общем случае транспортный уровень ответственен за:
- Разбивка полученного потока данных от вышестоящего уровня и разбивка их на сегменты, которые помещаются в пакеты.
- Гарантированную доставку пакета и обработка пакета в нужной последовательности.
- Извлечение и восстановление данных из полученных пакетов.
Транспортный уровень можно сказать это сердцевина всей иерархии протоколов. Он является пограничным уровнем между верхними уровнями, которые рассматриваются как «пользователя транспортных услуг» и нижними уровнями которые рассматриваются как «поставщика транспортных услуг». То есть мы должны знать, что верхние уровни в основном связаны с приложениями. Нижние три уровня связанны с конкретной сетью.
Этот уровень призван для установки сеансов связи пользователям различных хостов. Другими словами он устанавливает, поддерживает и прекращает связь. Этот уровень предоставляет различные типы сервисов, среди которых:
- Управление диалогом (отслеживание очередности передачи данных),
- Управление маркерами (предотвращение одновременного выполнения критичной операции несколькими системами),
- Синхронизация (установка служебных меток внутри данных сообщений, позволяющих после устранения ошибок, продолжать передачу с того места, на котором она оборвалась).
Сеансовый уровень позволяет установить три режима связи:
- симплексный (передача данных в одном направлении),
- полудуплексный (передача данных поочередно в двух направлениях),
- полнодуплексный (передача данных одновременно в двух направлениях).
Так же этот уровень обрабатывает и распознает имена пользователей, пароли, и права доступа.
Каждый раз когда вы хотите связаться с другим хостом, к примеру с сервером вы устанавливайте сеанс связи. Пользователь может открыть различное количество сеансов связи одновременно.
Уровень представления определяет и преобразует форматы данных в стандартизированную форму для передачи по сети, то есть выполняет функцию переводчика.
На этом уровне производится шифрование и дешифрирование данных, а при необходимости – и их сжатие.
К примеру, стандартные форматы для текстовых файлов (ASCII, EBCDIC, HTML), звуковых файлов ( MPEG, WAV), рисунков (JPEG, GIF, TIFF), видео (AVI) и другие.
Если данные передаются в двоичном формате, то преобразования не требуется.
На этом уровне сконцентрированы функции, относящиеся к общесетевым приложениям. Это по сути программы, написанные для конечного пользователя, такие как программа электронной почты, клиенты баз данных, программные приложения для передачи файлов и другие.
Этот уровень управляется самим пользователем. В свою очередь данный уровень управляет всеми остальными уровнями.
Модель TCP/IP
Модель TCP/IP использовалась в сети ARPANET, являющейся прародительницей всех сетей в том числе и Интернету. Сеть ARPANET была исследовательской сетью финансируемая Министерством обороны США. Данную модель называют также моделью DARPA (сокращение от Defense Advanced Research Projects Agency, организация, в которой в свое время разрабатывались сетевые проекты, в том числе протокол TCP/IP, и которая стояла у истоков сети Интернет) или моделью Министерства обороны CША (модель DoD, Department of Defense, проект DARPA работал по заказу этого ведомства).
История создания TCP/IP ведет свое начало с момента, когда министерство обороны США столкнулось с проблемой объединения большого числа компьютеров с различными ОС. В 1970 г. был разработан необходимый набор стандартов. Протоколы, разработанные на базе этих стандартов, получили обобщенное название TCP/IP.
К 1978 году окончательно оформилось то, что сегодня мы называем TCP/IP. Позже стек адаптировали для использования в локальных сетях. В начале 1980 г. протокол стал составной частью ОС UNIX. В том же году появилась объединенная сеть Internet. Переход к технологии Internet был завершен в 1983 г., когда министерство обороны США решило, что все компьютеры, присоединенные к глобальной сети, будут использовать стек протоколов TCP/IP.
Модель TCP/IP разрабатывалась для описания стека протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Она была разработана значительно раньше, чем модель OSI.
Модель состоит из четырех уровней, представленных в табл.1.
Приближенное соответствие между моделями OSI и TCP/IP представлено в таблице. 2.
Таблица. 2
Сравнение моделей OSI и TCP/IP
Протоколы связанные с моделью OSI, используются сейчас очень редко, но сама модель весьма актуальна. В модели TCP/IP все наоборот. Сама модель почти не используется, но ее протоколы являются самыми распространенными протоколами.
Обе модели имеют много общих черт. Обе созданы на концепции стека независимых протоколов. Функциональность уровней так же во многом схожа. И в одной и в другой модели уровни начиная с транспортного и выше, представляют сквозную, не зависящие от типа сети транспортную службу для процессов желающих обмениваться информацией.
Для модели OSI центральными являются три концепции:
- Службы
- Интерфейсы
- Протоколы
Вероятно самым большим вкладом модели OSI есть разделение этих трех концепций. Каждый уровень представляет некоторые сервисы для расположенного выше уровня.
Сервисы определяют, что именно делает уровень, а не то как он это делает.
Интерфейсы уровня определяют способ доступа к уровню. Он описывает параметры и ожидаемый результат. Он так же ничего не сообщает о внутреннем строении уровней.
Равноранговые протоколы применяемые в уровне, является внутренним делом самого уровня. кроме того уровень может менять протоколы не затрагивая работу приложений более высоких уровней.
В модели TCP/IP нет такого четкого разделения.
Исторически получилось что модель OSI была разработана раньше чем протоколы для нее. С одной стороны это позитивно повлияло на данную модель так как она не связана не с одним определенным набором протоколов, что сделало ее действительно универсальной. С другой стороны это показало что у разработчиков было мало опыта в данной сфере, и не было явного и четкого представления что должен выполнять каждый уровень, и в последствии в структуру уровней пришлось вводить различные изменения и добавлять для корректировки подуровни.
Модель TCP/IP была создана на базе уже работающих протоколов. Это позволило исключить проблемы соответствии протоколов, так как модель создавалась непосредственно под них. Единственной проблемой было то что, что модель не соответствовала никаким другим стекам протоколов.
Как передаются данные и что такое инкапсуляция и декапсуляция.
Для того что бы передать данные от одного хоста к другому хосту данные проходят сквозь все уровни данной сети. Каждый из уровней обрабатывает данные соответственно своему протоколу и передает их дальше низлежащему протоколу. Так происходит пока данные не дойдут до физического носителя ( к примеру кабеля сети).
В процессе обработки данных каждый протокол вкладывает или «инкапсулирует» данные в форму пригодную для передачи соседнему уровню (читай протоколу).
Таким образом «инкапсуляция» это процесс преобразования данных прикладного процесса в форму, пригодную (правильнее будет - требуемой), для более низкого уровня, куда он эти данные передает.
Схематично это примерно выглядит как на рис. 1.
Рис. 1
Обратный процесс распаковки данных на стороне приемника называется декапсуляцией.
|
| Категория: Сети | Добавил: AlterEgo25 (14.07.2010)
|
| Просмотров: 9305
| Рейтинг: 5.0/9 |
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ] |
|
