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

Использование при разработке систем открытых спецификаций позволяет третьим  сторонам разрабатывать для этих систем различные аппаратные или  программные средства расширения и  модификации, а также создавать  программно-аппаратные комплексы из продуктов разных производителей.

Модель OSI касается только одного аспекта открытости, а именно открытости средств взаимодействия устройств, связанных в вычислительную сеть. Здесь под открытой системой понимается сетевое устройство, готовое взаимодействовать с другими сетевыми устройствами с использованием

 

 

 

 

 

стандартных правил, определяющих формат, содержание и значение принимаемых  и отправляемых сообщений.

Если две сети построены  с соблюдением принципов открытости, то это дает следующие преимущества:

• возможность построения сети из аппаратных и программных средств различных производителей, придерживающихся одного и того же стандарта;
• возможность безболезненной замены одних компонентов сети другими, что позволяет сети развиваться с минимальными затратами;
• возможность легкого сопряжения одной сети с другой;
• простота освоения и обслуживания сети.

 

1.3.2 Модульность и стандартизация

 

Модульность — это одно из неотъемлемых свойств вычислительных сетей. Модульность  проявляется не только в многоуровневом представлении коммуникационных протоколов в конечных узлах сети, хотя это, безусловно, важная и принципиальная особенность сетевой архитектуры. Сеть состоит из огромного числа  различных модулей — компьютеров, сетевых адаптеров, мостов, маршрутизаторов, модемов, операционных систем и модулей приложений.

Таким образом, понятия "модульность" и "стандартизация" в сетях неразрывно связаны, и модульный подход только тогда дает преимущества, когда он сопровождается следованием стандартам.

Сегодня в секторе сетевого оборудования и программ с совместимостью продуктов  разных производителей сложилась следующая  ситуация. Практически все продукты, как программные, так и аппаратные, совместимы по функциям и свойствам, которые были реализованы уже  достаточно давно, и соответствующие  стандарты разработаны и приняты, по крайней мере, 3–4 года назад. В  то же время очень часто принципиально  новые устройства, протоколы и  свойства оказываются несовместимыми даже у ведущих производителей. Такая  картина характерна не только для  тех устройств или функций, стандарты  на которые еще не успели принять, но и для устройств, стандарты  на которые существуют уже несколько  лет. Совместимость достигается  только после того, как все производители реализуют соответствующий стандарт, в своих изделиях, причем одинаковым образом.

 

1.4 Стандартные стеки  коммуникационных протоколов

 

Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей  является стандартизация коммуникационных протоколов. Наиболее известными стеками протоколов являются: OSI, TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, DECnet, SNA.

 

 

 

 

1.4.1 Стек OSI

Важно различать модель OSI и стек протоколов OSI. В то время как модель OSI является концептуальной схемой взаимодействия открытых систем, стек OSI представляет собой набор спецификаций конкретных протоколов. В отличие от других стеков протоколов стек OSI полностью соответствует модели OSI, включая спецификации протоколов для всех семи уровней взаимодействия, определенных в этой модели, что указано на рисунке А.4. Это и понятно, разработчики стека OSI использовали модель OSI как прямое руководство к действию.

На физическом и канальном уровнях  стек OSI поддерживает протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI, а также протоколы LLC, X.25 и ISDN, то есть использует все разработанные вне стека популярные протоколы нижних уровней, как и большинство других стеков.

Сетевой уровень включает сравнительно редко используемые протоколы Connection-oriented Network Protocol (CONP) и Connectionless Network Protocol (CLNP). Как следует из названий, первый из них ориентирован на соединение (connection-oriented), второй — нет (connectionless).

Более популярны протоколы маршрутизации  стека OSI: ES-IS (End System-Intermediate System) между конечной и промежуточной системами и IS-IS (Intermediate System-Intermediate System) между промежуточными системами.

Транспортный уровень стека OSI в  соответствии с функциями, определенными  для него в модели OSI, скрывает различия между сетевыми сервисами с установлением  соединения и без установления соединения, так что пользователи получают требуемое  качество обслуживания независимо от нижележащего сетевого уровня. Чтобы обеспечить это, транспортный уровень требует, чтобы пользователь задал нужное качество обслуживания.

Службы прикладного уровня обеспечивают передачу файлов, эмуляцию терминала, службу каталогов и почту. Из них  наиболее популярными являются служба каталогов (стандарт Х.500), электронная  почта (Х.400), протокол виртуального терминала (VTP), протокол передачи, доступа и  управления файлами (FTAM), протокол пересылки  и управления работами (JTM).

1.4.2 Стек TCP/IP

Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США более 20 лет назад для связи экспериментальной  сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Популярность этой операционной системы привела к широкому распространению протоколов TCP, IP и других протоколов стека.

Сегодня этот стек используется для  связи компьютеров всемирной  информационной сети Internet, а также в огромном количестве корпоративных сетей.

 

 

 

 

 

Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического  и канального уровней: для локальных  сетей — это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных — протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP, PPP, протоколы территориальных сетей X.25 и ISDN.

Основными протоколами стека, давшими  ему название, являются протоколы IP и TCP. Эти протоколы в терминологии модели OSI относятся к сетевому и  транспортному уровням, соответственно. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, а TCP гарантирует  надежность его доставки.

За долгие годы использования в  сетях различных стран и организаций  стек TCP/IP вобрал в себя большое количество протоколов прикладного уровня. К  ним относятся такие популярные протоколы, как протокол пересылки  файлов FTP, протокол эмуляции терминала  telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы службы WWW и многие другие.

Сегодня стек TCP/IP представляет собой  один из самых распространенных стеков транспортных протоколов вычислительных сетей.

Хотя протоколы TCP/IP неразрывно связаны  с Internet, и каждый из многомиллионной армады компьютеров Internet работает на основе этого стека, существует большое количество локальных, корпоративных и территориальных сетей, непосредственно не являющихся частями Internet, в которых также используются протоколы TCP/IP. Чтобы отличать эти сети от Internet, их называют сетями TCP/IP или просто IP-сетями.

Поскольку стек TCP/IP изначально создавался для глобальной сети Internet, он имеет много особенностей, которые обеспечивают ему преимущество перед другими протоколами, когда речь заходит о построении сетей, включающих глобальные связи. В частности, очень полезным свойством, благодаря которому этот протокол может применяться в больших сетях, является его способность фрагментировать пакеты. Действительно, сложная составная сеть часто состоит из сетей, построенных на совершенно разных принципах.

В каждой из этих сетей может быть установлена собственная величина максимальной длины единицы передаваемых данных (кадра). В таком случае при  переходе из одной сети, имеющей  большую максимальную длину, в другую, с меньшей максимальной длиной, может  возникнуть необходимость разделения передаваемого кадра на несколько  частей. Протокол IP стека TCP/IP эффективно решает эту задачу.

Другой особенностью технологии TCP/IP является гибкая система адресации, позволяющая более просто по сравнению  с другими протоколами аналогичного назначения включать в интерсеть (объединенную или составную сеть) сети других технологий

В стеке TCP/IP очень экономно используются возможности широковещательных  рассылок. Это свойство просто необходимо при работе на медленных каналах  связи, характерных для территориальных  сетей.

 

 

 

 

 

 

Однако платой за преимущества здесь  оказываются высокие требования к ресурсам и сложность администрирования IP-сетей. Для реализации мощных функциональных возможностей протоколов стека TCP/IP требуются  большие вычислительные затраты. Гибкая система адресации и отказ  от широковещательных рассылок приводят к наличию в IP-сети различных централизованных служб типа DNS, DHCP и т. п. Каждая из этих служб упрощает администрирование  сети и конфигурирование оборудования, но в то же время сама требует  пристального внимания со стороны администраторов.

Можно приводить и другие доводы за и против, однако факт остается фактом — сегодня TCP/IP самый популярный стек протоколов, широко используемый как в глобальных, так и в  локальных сетях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Основные составляющие  сетевой модели OSI

 

2.1 Протокол и стек  протоколов OSI

 

В настоящее время эталонная  модель OSI  является самой выдающейся в мире моделью архитектуры объединенных сетей. Она также является самым  популярным средством приобретения знаний о сетях. С другой стороны, у протоколов OSI был длинный период созревания.

Объединение сетей OSI использует уникальную терминологию.

End system (ES) - термин "конечная система" относится к любому устройству сети, не занимающемуся маршрутизацией.

Intermediate system (IS) - термин "промежуточная система" относится к роутеру.

Area - "Область" обозначает группу смежных сетей и подключенных к ним хостов; область назначается администратором сети или другим аналогичным лицом.

Domain - "Домен" представляет собой набор соединенных областей. Домены маршрутизации обеспечивают полную связность со всеми конечными системами, находящимися в их пределах.

Также, как и некоторые другие современные 7-уровневые комплекты протоколов, комплект OSI включает в себя многие популярные сегодня протоколы доступа к носителю. Это позволяет другим комплектам протоколов существовать наряду с OSI в одном и том же носителе. В OSI входят IEEE 802.2, IEEE 802.3, IEEE 802.5, FDDI, X.21, V.35, X.25 и другие.

 

2.1.1 Сетевой уровень

 

OSI предлагает услуги сетевого  уровня, как без установления соединения, так и ориентированные на установления логического соединения. Услуги без установления соединения описаны в ISO 8473 (обычно называемом Connectionless Network Protocol - CLNP - Протокол сети без установления соединения). Обслуживание, ориентированное на установление логического соединения (иногда называемое Connection-Oriented Network Service - CONS) описывается в ISO 8208 (X.25 Packet-Level Protocol - Протокол пакетного уровня X.25, иногда называемый Connection-Mode Network Protocol - CMNP) и ISO 8878 (в котором описывается, как пользоваться ISO 8208, чтобы обеспечить ориентированные на установление логического соединения услуги OSI). Дополнительный документ ISO 8881 описывает, как обеспечить работу протокола пакетного уровня X.25 в локальных сетях IEEE 802.

OSI также определяет несколько  протоколов маршрутизации, которые  рассмотрены ниже. В дополнение  к уже упоминавшимся спецификациям  протоколов и услуг, имеются  другие документы, связанные с  сетевым уровнем OSI.

 

 

 

 

 

2.1.2 Услуга без установления  соединения

 

Как видно из названия, CLNP является протоколом дейтаграмм без установления соединения, который используется для переноса данных и указателей неисправности. Он не содержит средств обнаружения ошибок и их коррекции, полагаясь на способность транспортного уровня обеспечить соответствующим образом эти услуги. Он содержит только одну фазу, которая называется "передача информации" (data transfer). Каждый вызов какого-либо примитива услуг не зависит от всех других вызовов, для чего необходимо, чтобы вся адресная информация полностью содержалась в составе примитива.

 

2.1.3 Услуга с установлением соединения

 

Услуги сети OSI с установлением  соединения определяются ISO 8208 и ISO 8878. OSI использует X.25 Racket-Level Protocol для перемещения данных и указателей ошибок с установлением соединения. Для объектов транспортного уровня предусмотрено 6 услуг (одна для установления соединения, другая для разъединения соединения, и четыре для передачи данных). Услуги вызываются определенной комбинацией из 4 примитив: запрос (request), указатель (indication), ответ (response) и подтверждение (confirmation).

 

2.1.4 Сеансовый уровень

 

Протоколы сеансового уровня OSI преобразуют в сеансы потоки данных, поставляемых четырьмя низшими уровнями, путем реализации различных управляющих  механизмов. В число этих механизмов входит ведение учета, управление диалогом (т.е. определение, кто и когда  может говорить) и согласование параметров сеанса.

Управление диалогом сеанса реализуется путем использования  маркера (token), обладание которым обеспечивает право на связь. Маркер можно запрашивать, и конечным системам ES могут быть присвоены приоритеты, обеспечивающие неравноправное пользование маркером.