Распределение коммуникационных устройств в соответствии с семиуровневой моделью OSI. Повторители и концентраторы

 

1.1.2 Канальный уровень

Канальный уровень представляет собой комплекс процедур и методов  управления каналом передачи данных, организованный на основе физического  соединения. Канальный уровень формирует  из данных, передаваемых 1-м уровнем, так называемые «кадры», последовательности пакетов. Каждый пакет содержит адреса источника и места назначения, а также средства обнаружения  ошибок.

На физическом уровне просто пересылаются биты. При этом не учитывается, что  в тех сетях, в которых линии  связи используются (разделяются) попеременно  несколькими парами взаимодействующих  компьютеров, физическая среда передачи может быть занята. Поэтому одной  из задач канального уровня (Data Link layer) является проверка доступности среды передачи. Другая задача канального уровня — реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок.

В локальных сетях протоколы  канального уровня используются компьютерами, мостами, коммутаторами и маршрутизаторами. В компьютерах функции канального уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и их драйверов.

В глобальных сетях, которые редко  обладают регулярной топологией, канальный  уровень часто обеспечивает обмен  сообщениями только между двумя  соседними компьютерами, соединенными индивидуальной линией связи.

 

 

 

 

 

Тем не менее, для обеспечения качественной транспортировки сообщений в  сетях любых топологий и технологий функций канального уровня оказывается  недостаточно, поэтому в модели OSI решение этой задачи возлагается  на два следующих уровня — сетевой  и транспортный.

 

1.1.3 Сетевой уровень

 

Сетевой уровень - это комплексный  уровень, который обеспечивает возможность  соединения и выбор маршрута между  двумя конечными системами, подключенными  к разным "подсетям", которые  могут находиться в разных географических пунктах. В данном случае "подсеть" - это по сути независимый сетевой кабель (иногда называемый сегментом).

Так как две конечные системы, желающие организовать связь, может разделять значительное географическое расстояние и множество подсетей, сетевой уровень является доменом маршрутизации. Протоколы маршрутизации выбирают оптимальные маршруты через последовательность соединенных между собой подсетей. Традиционные протоколы сетевого уровня передают информацию вдоль этих маршрутов.

Внутри сети доставка данных обеспечивается соответствующим канальным уровнем, а вот доставкой данных между  сетями занимается сетевой уровень, который и поддерживает возможность  правильного выбора маршрута передачи сообщения даже в том случае, когда структура связей между составляющими сетями имеет характер, отличный от принятого в протоколах канального уровня. Необходимость сетевого уровня указана на рисунке А.3.

Сети соединяются между собой  специальными устройствами, называемыми  маршрутизаторами. Маршрутизатор — это устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения. Чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач между сетями, или хопов (от слова hop — прыжок), каждый раз выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут представляет собой последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет.

Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией, и ее решение является одной из главных задач сетевого уровня. Эта проблема осложняется  тем, что самый короткий путь —  не всегда самый лучший. Часто критерием  при выборе маршрута является время  передачи данных; оно зависит от

пропускной способности каналов  связи и интенсивности трафика, которая может с течением времени  изменяться. Некоторые алгоритмы  маршрутизации пытаются приспособиться к изменению нагрузки, в то время  как другие принимают решения  на основе средних показателей за длительное время.

Выбор маршрута может осуществляться и по другим критериям, таким как  надежность передачи.

 

 

 

 

 

В общем случае функции сетевого уровня шире, чем функции передачи сообщений по связям с нестандартной  структурой, которые мы рассмотрели  на примере объединения нескольких локальных сетей. Сетевой уровень  также решает задачи согласования разных технологий, упрощения адресации  в крупных сетях и создания надежных и гибких барьеров на пути нежелательного трафика между сетями.

К сетевому уровню относятся протоколы, которые отвечают за отправку и получение  данных, где определяются отправитель  и получатель и необходимая информация для доставки пакета по сети.

 

1.1.4 Транспортный уровень

 

Транспортный уровень обеспечивает приложениям или верхним уровням  стека — прикладному, представления  и сеансовому — передачу данных с той степенью надежности, которая  им требуется. Модель OSI определяет пять классов транспортного сервиса  от низшего класса 0 до высшего класса 4. Эти виды сервиса отличаются качеством  предоставляемых услуг: срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплексирования  нескольких соединений между различными прикладными протоколами через  общий транспортный протокол, а главное  — способностью к обнаружению  и исправлению ошибок передачи, таких  как искажение, потеря и дублирование пакетов.

Выбор класса сервиса транспортного  уровня определяется, с одной стороны, тем, в какой степени задача обеспечения  надежности решается самими приложениями и протоколами более высоких, чем транспортный, уровней, а с  другой стороны, зависит от того, насколько  надежной является система транспортировки  данных в сети, обеспечиваемая уровнями, расположенными ниже транспортного  — сетевым, канальным и физическим.

Транспортный уровень — обеспечение доставки информации с требуемым качеством между любыми узлами сети:

• разбивка сообщения сеансового уровня на пакеты, их нумерация;
• буферизация принимаемых пакетов;
• упорядочивание прибывающих пакетов;
• адресация прикладных процессов;
• управление потоком.

Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными средствами конечных узлов сети —  компонентами их сетевых операционных систем. В качестве примера транспортных протоколов можно привести протоколы TCP и UDP стека TCP/IP и протокол SPX стека  Novell.

 

 

 

 

 

 

 

Протоколы четырех нижних уровней обобщенно называют сетевым  транспортом или транспортной подсистемой, так как они полностью решают задачу транспортировки сообщений  с заданным уровнем качества в  составных сетях с произвольной топологией и различными технологиями. Остальные три верхних уровня решают задачи предоставления прикладных сервисов на основании имеющейся  транспортной подсистемы.

Транспортный уровень  отвечает за надежность доставки данных: после проверки контрольной суммы  принимается решение о сборке сообщения в одно целое. Если сетевой  уровень определяет только правила  доставки информации, то транспортный - отвечает за целостность доставляемых данных. 

 

1.1.5 Сеансовый уровень

 

Сеансовый уровень обеспечивает управление взаимодействием сторон: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, и предоставляет средства синхронизации сеанса. Эти средства позволяют в ходе длинных передач сохранять информацию о состоянии этих передач в виде контрольных точек, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, а не начинать все с начала. Кроме того, сеансовый уровень содержит дополнительно функции управления паролями, подсчета платы за пользование ресурсами сети, управление диалогом, синхронизации и отмены связи в сеансе передачи после сбоя вследствие ошибок в нижерасположенных уровнях.

На этом уровне происходит преобразование данных из кадров, используемых для передачи данных, в экранный формат или формат для печатающих устройств оконечной системы.

 

1.1.6 Представительный уровень

 

Уровень представления, как  явствует из его названия, обеспечивает представление передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. За счет уровня представления  информация, передаваемая прикладным уровнем одной системы, всегда понятна  прикладному уровню другой системы. С помощью средств данного  уровня протоколы прикладных уровней могут преодолеть синтаксические различия в представлении данных или же различия в кодах символов, например кодов ASCII и EBCDIC.

На этом уровне могут выполняться  шифрование и дешифрирование данных, благодаря которым секретность  обмена данными обеспечивается сразу  для всех прикладных служб. Примером такого протокола является протокол SSL (Secure Socket Layer — слой защищенных сокетов), который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.

 

 

 

 

 

1.1.7 Прикладной уровень

 

Прикладной уровень - это в действительности просто набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые веб-страницы, а также организуют свою совместную работу, например, по протоколу электронной почты. То есть прикладной уровень позволяет обеспечить пользователю удобный интерфейс для работы в системе. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением. Существует очень большое разнообразие протоколов и соответствующих служб прикладного уровня. В качестве примера можно привести несколько наиболее распространенных реализаций сетевых файловых служб: NFS и FTP в стеке TCP/IP, SMB в Microsoft Windows, NCP в операционной системе Novell NetWare.

1.2 Модель OSI и сети с  коммутацией каналов

Как уже было упомянуто, модель OSI описывает  процесс взаимодействия устройств  в сети с коммутацией пакетов. А как же обстоит дело с сетями коммутации каналов? Существует ли для  них собственная справочная модель? Можно ли сопоставить функции  технологий коммутации каналов с  уровнями модели OSI? Да, для представления  структуры средств межсетевого  взаимодействия сетей с коммутацией  каналов также используется многоуровневый подход, в соответствии с которым  существуют протоколы нескольких уровней, образующих иерархию. Однако общей  справочной модели, подобной модели OSI, для сетей с коммутацией каналов не существует. Ситуация усложняется еще и тем, что практически все типы современных сетей с коммутацией каналов задействуют эту технику только для передачи пользовательских данных, а для управления процессом установления соединений в сети и общего управления сетью применяют технику коммутации пакетов. Такими сетями являются, например, сети ISDN, SDH, DWDM.

Для сетей с коммутацией пакетов  сети с коммутацией каналов предоставляют  сервис физического уровня, несмотря на то, что сами они устроены достаточно сложно и поддерживают собственную  иерархию протоколов.

Рассмотрим, к примеру, случай, когда  несколько локальных пакетных сетей  связываются между собой через  цифровую телефонную сеть. Очевидно, что  функции создания составной сети выполняют протоколы сетевого уровня, поэтому мы устанавливаем в каждой локальной сети маршрутизатор. Маршрутизатор должен быть оснащен интерфейсом, который может установить соединение через телефонную сеть с другой локальной сетью. После того как такое соединение установлено, в телефонной сети образуется поток битов, передаваемых с постоянной скоростью. Это соединение и предоставляет сервис физического уровня для маршрутизаторов.

 

 

 

Для того чтобы организовать передачу данных, маршрутизаторы используют поверх этого физического канала какой-либо двухточечный протокол канального уровня.

1.3 Стандартизация сетей

Универсальный тезис о пользе стандартизации, справедливый для всех отраслей, в  компьютерных сетях приобретает  особое значение. Суть сети — это  соединение разного оборудования, а  значит, проблема совместимости является здесь одной из наиболее острых. Без согласования всеми производителями общепринятых стандартов для оборудования и протоколов прогресс в деле построения сетей был бы невозможен. Поэтому все развитие компьютерной отрасли, в конечном счете, отражено в стандартах — любая новая технология только тогда приобретает «законный» статус, когда ее содержание закрепляется в соответствующем стандарте. В компьютерных сетях идеологической основой стандартизации является рассмотренная выше модель взаимодействия открытых систем (OSI).

 

1.3.1 Понятие «открытая система»

Модель OSI, как следует из ее названия (Open System Interconnection), описывает взаимосвязи открытых систем. В широком смысле открытой системой может быть названа любая система (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), построенная в соответствии с открытыми спецификациями. Напомним, что под термином "спецификация" (в вычислительной технике) понимают формализованное описание аппаратных или программных компонентов, способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, условий эксплуатации, ограничений и особых характеристик. Понятно, что не всякая спецификация является стандартом.

Под открытыми спецификациями понимаются опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.