Прямая связь между конечными пунктами и надежность
3. Сетевой (network)
Пакеты
Определение маршрута и логическая адресация
2. Канальный (data link)
Кадры
Физическая адресация
1. Физический (physical)
Биты
Работа со средой передачи, сигналами и двоичными данными
Физический уровень
Имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи.
Характеристики:
- полоса пропускания;
- помехозащищённость;
- уровень напряжения сигнала;
- тип кодирования;
- скорость передачи и др.
Функции физического уровня:
1. Передача битов по физическим каналам;
2. Формирование электрических сигналов;
3. Кодирование информации;
4. Синхронизация;
5. Модуляция.
Функции физического уровня реализуются во всей сетевых устройствах (в компьютере – сетевым адаптером).
Пример протокола физического уровня:
10Base-T
Канальный уровень (Data Link Layer)
Задачи:
· Проверка доступности среды передачи;
· Обнаружение и коррекция ошибок.
Основная функция канального уровня – надёжная доставка кадра:
1. Между двумя соседними узлами в сети с произвольной топологией.
2. Между двумя любыми узлами в сети с типовой топологией:
2.1. Проверка доступности разделяемой среды;
2.2. Формирование кадров при отправке; выделение кадров из потока данных получаемых из сети;
2.3. Подсчёт и проверка контрольной суммы.
Типовые топологии: шина, кольцо, звезда и реализованные на их основе.
Примеры протоколов канального уровня:
Ethernet; Token Ring; FDDI; 100VG-AnyLAN
Глобальные сети не обладают регулярной структурой, канальный уровень поддерживается протоколами “точка-точка” типа:
PPP; LAP-B
В таком случае доставка сообщений от узла-источника к узлу-адресату через сеть обеспечивается протоколами сетевого уровня.
В некоторых сетях протоколы канального уровня полностью заменяют средства сетевого и транспортного уровня и над ними непосредственно реализованы протоколы прикладного уровня и приложения.
Обычно этот протокол управляет сетью на основе IP и UDP (сетевой и транспортный).
В общем случае канальный уровень обеспечивает передачу пакетов данных, поступающих от протоколов верхних уровней OSI, узлу назначения, адрес которого указывает протокол верхнего уровня.
Протоколы канального уровня упаковывают пакеты в кадры собственного формата, помещая адрес в одно из полей кадра и добавляя контрольную сумму, как правило, в конец кадра.
Не все протоколы выполняют функцию исправления ошибок (повторной передачей искажённого кадра), например, Ethernet и Frame Relay этого не делают.
Если сеть содержит разнотипные сегменты (различная адресация, формат кадра и пр.), например, Ethernet и x.25, доставка от узла-источника к узлу-получателю возлагается на протоколы сетевого уровня.
Сетевой уровень (Network Layer)
Служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с возможно различными принципами передачи сообщений и произвольной структурой связей.
«Сеть» (на сетевом уровне) – это совокупность терминальных устройств (компьютеров) соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных топологий и использующих для передачи один протокол канального уровня, определённый для данной топологии.
Т.е. внутри сети за доставку сообщений отвечает канальный уровень, а между сетями – сетевой.
Маршрутизатор – это устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения.
Основная функция сетевого уровня – доставка пакета:
· между двумя узлами сети с произвольной топологией;
· между двумя сетями в составной сети.
Маршрут – это последовательность маршрутизаторов, которую проходит пакет в составной сети, образованной однородными подсетями.
На рисунке 2.3 представлены 4 сети, связанные тремя маршрутизаторами 1, 2, 3.
Узел А может соединиться с В двумя маршрутами:
· A ® 1 ® 3 ® B
· A ® 1 ® 2 ® 3 ® B
Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией
Рисунок 2.3 – Пример составной сети
Пакет сетевого уровня содержит Адрес сети и Адрес узла в этой сети (IP адрес).
Функции сетевого уровня:
· Передача сообщений от сети к сети;
· Согласование технологий;
· Адресация;
· Барьер на пути нежелательного трафика.
На сетевом уровне определены следующие виды протоколов:
· Сетевые протоколы, которые реализуют продвижение пакетов через сеть (routed protocols).
· Протоколы маршрутизации (routing protocols).
· Протоколы разрешения адресов (Address Resolution Protocol).
Примеры протоколов сетевого уровня:
· IP (TCP/IP);
· IPX (Novell).
Транспортный уровень (Transport Layer)
Транспортный уровень обеспечивает вышележащим уровням передачу данных с той степенью надёжности, которая им требуется.
Модель OSI обеспечивает пять классов сервиса, предоставляемого транспортным уровнем (от низшего 0-го до 5-го).
Классы различаются:
· Срочностью
· Возможностью восстановления прерванной связи
· Наличием средств мультиплексирования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол
· Способностью обнаружения и исправления ошибок передачи (искажение, потеря, дублирование пакетов).
Функции транспортного уровня:
1. Разбивка сообщений сеансового уровня на сегменты, нумерация.
2. Буферизация принимаемых сегментов.
3. Упорядочение принимаемых сегментов.
4. Адресация прикладных процессов.
5. Управление потоком сегментов.
Протоколы четырёх нижних уровней обобщённо называют транспортной подсистемой, т.к. они полностью решают задачу транспортировки сообщений с заданным уровнем качества в составных сетях с произвольной топологией и различными технологиями.
Остальные три уровня решают задачи предоставления прикладных сервисов на основе транспортной подсистемы.
Примеры: TCP UDP (TCP/IP)
SPX (Novell)
Сеансовый уровень (Session Layer)
Обеспечивает управление диалогом, фиксирует активность станции, предоставляет средства синхронизации.
Функции:
1. Согласование способа обмена информацией (дуплексный полудуплексный).
2. Синхронизация.
3. Организация контрольных точек диалога.
На практике протоколы сеансового уровня почти не используются.
Их объединяют с протоколами представительного и прикладного уровня.
Примеры: X.235 или ISO 8327 (OSI)
Представительный уровень (Presentation Layer)
Имеет дело с формой представления информации, не меняя её содержания.
Протоколы прикладных уровней преодолевают с его помощью синтаксические различия в кодах (например, ASCII и EBCDIC)
Функции:
1.Преобразование данных из внешнего формата во внутренний.
2. Шифрование и расшифровка данных.
Пример:
Secure Socket Layer (SSL) стека TCP/IP
Прикладной уровень (Application Layer)
Имеет дело с формой представления информации, не меняя её содержания.
Протоколы прикладных уровней преодолевают с его помощью синтаксические различия в кодах (например, ASCII и EBCDIC)
Функции:
1.Преобразование данных из внешнего формата во внутренний.
2. Шифрование и расшифровка данных.
Пример:
Secure Socket Layer (SSL) стека TCP/IP
4. СЕТЕЗАВИСИМЫЕ И СЕТЕНЕЗАВИСИМЫЕ УРОВНИ
Функции всех уровней OSI двух видов:
1. Зависят от конкретной технической реализации сети;
2. Ориентированы на работу с приложениями.
Физический, канальный, сетевой сетезависимые, тесно связаны оборудованием.
Например, переход на оборудование FDDI требует полной смены протоколов физического и канального уровня во всех узлах сети.
Прикладной, представительный, сеансовый ориентированы на работу приложений и не зависят от технических особенностей сети.
Смена оборудования не повлияет на протоколы верхних уровней.
Транспортный уровень является промежуточным – он скрывает детали функционирования нижних уровней от верхних уровней.
Это позволяет разрабатывать приложения, не зависящие от средств транспортировки сообщений.
Рисунок 2.4 показывает взаимодействие двух терминальных устройств на различных уровнях OSI.
Рисунок 2.5 показывает соответствие различных коммуникационных устройств уровням OSI.
5. СТАНДАРТНЫЕ СТЕКИ КОММУНИКАЦИОННЫХ ПРОТОКОЛОВ
Важнейшим направлением стандартизации телекоммуникационных сетей является стандартизация коммуникационных протоколов.
Стеки:
1. TCP/IP;
2. IPX/SPX;
3. NetBIOS/SMB;
4. DECNET;
5. SNA;
6. OSI.
Все, кроме SNA, на нижних уровнях используют одни и те же протоколы (Ethernet, Token Ring, FDDI и др.).
5.1. СТЕК OSI
Разница между моделью и стеком OSI:
Модель – это концептуальная схема взаимодействия открытых систем.
Стек – это набор конкретных протоколов.
В отличие от остальных стек OSI полностью соответствует модели OSI. Он включает спецификации протоколов для всех семи уровней.
На нижних уровнях (физическом и канальном) стек OSI поддерживает распространённые протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI, протоколы глобальных сетей, x.25, ISDN и др.
Протоколы сетевого, транспортного, сеансового уровней специфицированы и реализованы различными производителями, но распространены мало.
Наиболее популярные – протоколы прикладного уровня.
Примеры: FTAM, VTP, X.400, X.500
Протоколы стека OSI отличаются сложностью и неоднозначностью, т.к. разработчики стека стремились учесть все существующие технологии и случаи.
Стек OSI – независимый от производителей международный стандарт.
5.2. СТЕК TCP/IP
Стек был разработан по инициативе Министерства обороны США для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Изначально разрабатывался на базе ОС Unix.
Стек протоколов получил своё название от двух популярных протоколов TCP (транспортный) и IP (сетевой).
Сегодня используется для связи компьютеров (не только) в глобальной сети Internet и во множестве корпоративных сетей.
Нижний уровень TCP/IP поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: локальных сетей - Ethernet, Token Ring, FDDI; протоколы глобальных сетей – SLIP, PPP; территориальных - x.25, ISDN.
Самый популярный стек протоколов (вытеснил Novell Netware).
Преимущества TCP/IP:
- Возможность фрагментации пакета;
- Гибкая адресация;
- Экономность использования широковещательных рассылок.
Недостатки TCP/IP:
- Высокие требования к ресурсам;
- Сложность администрирования;
- Использование централизованных служб (DNS, DHCP и др.).
5.3. СТЕК IPX/SPX
Разработан фирмой Novell для сетевой ОС NetWare.
Название произошло от Internet Packet Exchange (IPX) и Sequenced Packet Exchange (SPX), которые являются адаптированной версией протоколов XNS (Xerox).
Особенности IPX/SPX обусловлены ориентацией ранних версий ОС NetWare (до 4.0) на работу в LAN малой размерности. Не поддерживались открытые спецификации.
- мин. ОП;
- мин. Вычислительная мощность процессора;
В корпоративных сетях работа замедлялась широковещательными пакетами.
Начиная с NetWare 4.0 внесены изменения и IPX/SPX используется в ОС UNIX, Sun Solaris, MS Windows NT.
5.4. СТЕК NetBIOS/SMB
Используется в продуктах IBM, Microsoft.
Канальный уровень – Ethernet, FDDI, Token Ring и др.
На верхних уровнях:
– NetBIOS (Network Basic Input/Output System) — протокол для работы в локальных сетях на персональных компьютерах типа IBM/PC, разработан в виде интерфейса, который не зависит от фирмы-производителя в 1984.
В дальнейшем заменён протоколом расширенного пользовательского интерфейса NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface) для реализации транспортных услуг.
NetBEUI потребляет мало ресурсов, объединяет менее 200 рабочих станций и не обеспечивает маршрутизацию.
В MS Windows NT включена его реализация NBF (NetBEUI Frame), которая снимает некоторые ограничения.
– SMB (Server Message Block) выполняет функции сеансового, представительного и прикладного уровней.
На его основе реализуется файловая служба, службы печати и передачи сообщений между приложениями.
5.5. Другие стеки протоколов
SNA (IBM), DECnet (Digital Equipment), AppleTalk/AFP (Apple) применяются в операционных системах и сетевом оборудовании этих фирм.
