Реферат: Технологии создания сетей

семь уровней Эталонной Модели OSI и указывать ключевые функции каждого

уровня.

[1]Введение

[5]В данном разделе дается обзор Эталонной Модели Взаимосвязи Открытых Систем

(Reference Open Systems Interconnection - OSI), для краткости, в дальнейшем

Эталонной Модели OSI или, просто, Модели OSI. В ней вводятся основные идеи,

которые применяются на протяжении всего оставшегося курса.

В 1977 году в рамках Международной Организации по Стандартизации

(International Standards Organization - ISO),

обьединяющей представителей различных отраслей индустрии, был создан

подкомитет по разработке стандартов передачи данных, которые способствовали

бы обеспечению возможности информационного взаимодействия программ и

аппаратуры различных производителей. Важным результатом работы подкомитета

явилась разработка упоминавшейся Эталонной Модели Взаимосвязи Открытых

Систем.

Модель OSI служит функциональным руководством при решении связных задач, и

поэтому не специфицирует каких-либо коммуникационных стандартов, позволяющих

решать эти задачи. Однако многие коммуникационные стандарты и протоколы

вполне согласуются с положениями Модели OSI.

[КС 2-1]

      [Эталонная Модель OSI]

      7 Прикладной

      6 Представительный

      5 Сеансовый

      4 Транспортный

      3 Сетевой

      2 Канальный (звеньевой)

      1 Физический

      [ к рис. на стр. 2-2 (в поле рисунка)]

[1]Обзор

[5]В настоящее время существует большое количество типов ЭВМ. Эти ЭВМ

различаются операционными системами, центральными процессорами, символьными

наборами, характеристиками внешней памяти, доступными сетевыми интерфейсами

и многими другими параметрами. Эти различия делают трудно разрешимой проблему их

совместной работы.

Деление сложной задачи на подзадачи позволяет сделать более простым ее

решение. Метод "разделяй и властвуй" обладает двумя основными преимуществами:

*Более глубокое понимание проблемы. Большинству людей трудно осознать все

те большие проблемы, которые встают при строительстве дома. Хотя более

скромные задачи, такие как прибить доску А к доске В, осознаются легче.

Если каждый строитель хорошо понимает то, что ему предстоит сделать в

рамках данного проекта, то шансы успешно завершить постройку дома

значительно увеличиваются. Шансы возрастают и в том случае, когда

строительство ведется различными подрядчиками.

*Каждая подзадача может быть решена оптимальным образом. Например, пусть

решение проблемы поручается четырем опытным подрядчикам. Используем

указанную стратегию для решения проблемы (именно она в настоящее время

является наиболее общей в строительной индустрии). Подрядчик, имеющий

опыт бетонных работ, выполняет все бетонные работы. Другие подрядчики являются

экспертами в прокладке водопроводных коммуникаций, в выполнении

электромонтажа здания, в проведении кровельных работ. Таким образом решение

задачи ведется в оптимальном темпе и с требуемым качеством. Кроме этого,

уход конкретного исполнителя, скажем, лучшего электротехника, не вызывает

проблем, так как его замена не требует длительной профессиональной подготовки

претендента.

[КС 2-2]

         [  Модель OSI и передача информации ]

         [        в сети                     ]

         [    ЭВМ А            ЭВМ В         ]

         [       <------------->             ]

         [          связь                    ]

         [                                   ]

         [        сетевая среда              ]

         [        информационный поток       ]

         [к рис. на стр. 2-3 (в поле рисунка)]

[1]Модель OSI и передача информации в сети

[5]В Модели OSI применяется стратегия "разделяй и властвуй". Каждый уровень

выполняет определенные функции. Уровни и их функции были выбраны на основе

естественного разделения на подзадачи. Каждый уровень на одной ЭВМ связывается

с аналогичным уровнем другой ЭВМ, однако данная связь реализуется в результате

передачи сообщений через соответствующие нижележащие  уровни. При этом

межуровневая связь четко определяется. Уровень N использует услуги уровня N-1,

обеспечивая услуги для уровня N+1.

Для иллюстрации данной концепции рассмотрим выше приведенный рисунок. Уровень

4 ЭВМ А, выполняя работу в интересах более высокого уровня, связывается с

уровнем 4 ЭВМ В. Чтобы осуществить это, уровень 4 ЭВМ А запрашивает

исполнение некоторой услуги, обеспечиваемой уровнем 3 ЭВМ А. Уровень 3

исполняет соответствующую услугу, взаимодействуя с одноименным уровнем ЭВМ В.

Этот процесс продолжается до тех пор, пока данный запрос не будет передан

через сетевую среду.

Как только сообщение достигает ЭВМ назначения, оно поднимается по

уровням ЭВМ вплоть до уровня 4. Четвертый уровень ЭВМ В обрабатывает

требование, определяя, передавать ли запрос верхнему уровню. В конце концов

уровень 4 ЭВМ В формирует ответ на требование, а для его передачи на

сторону ЭВМ А прибегает к услугам уровня 3.

Аналогичным образом осуществлялась передача сообщений во времена

средневековья. Короли использовали одного или более курьеров для передачи

сообщений другим королям. В действительности связь осуществлялась между

королями, однако для этого не требовалось какого-либо непосредственного

взаимодействия между ними.

[КС 2-3 ]

       [ Заголовки и Модель OSI  ]

       [ к рис. на стр. 2-4 (в поле рисунка)]

[1]Заголовки и Модель OSI

[5]Как все же уровень, принимающий запрос, узнает, что от него требуется?

В каждом запросе имеется так называемый заголовок, содержащий управляющую

информацию. Любой уровень может добавлять заголовок к сообщению. На каждом

уровне сообщение представляется в виде двух частей: заголовок и данные.

Важно понять, что эти термины являются относительными. Когда уровень 4

добавляет свой заголовок и передает сообщение на уровень 3, третий уровень

может добавить свой собственный заголовок к тому, что получено от уровня 4.

При этом "данные" уровня 3 включают заголовок и данные уровня 4.

Добавление заголовков является необходимым, но при этом происходит добавление

довольно большого количества информации даже к очень коротким сообщениям.

Например, к моменту достижения 15-ти символьным почтовым сообщением среды

передачи данных его длина может увеличиться в 5 раз. Исходное почтовое

сообщение и его заголовки передаются по сети в устройство назначения.

ЭВМ назначения отделяет и обрабатывает заголовки в обратном порядке. В конце концов

пользователь получит исходное почтовое сообщение.

Информационные блоки именуются по-разному в зависимости от обсуждаемого уровня

Модели. На физическом уровне мы говорим о битах. На звеньевом уровне

логические группы информации называются кадрами. На сетевом уровне часто -

дейтаграммой. На транспортном уровне те же базовые элементы данных называются

сегментами. На прикладном уровне элементы данных обычно называются

сообщениями. Другие термины (включая пакет) также применяются на

различных уровнях.

[КС 2-4]

[5]Важно понять, что Модель OSI не является материальной. Модель сама по себе

не вызывает сетевого взаимодействия. Сетевое взаимодействие требует введения

нового понятия, которое может быть отображено в осязаемый процесс. Таким

понятием является понятие протокола. Для наших целей протоколы могут быть

определены, как спецификации, требующие особой реализации одного или более

уровней Модели OSI.

Организации по стандартизации и производители ЭВМ разрабатывают спецификации

протоколов. Эти спецификации подобны проектной документации при строительстве

дома. Проектная документация определяет, какого вида здание должно быть

построено. Netware, DECnet, SNA, TCP/IP и Ethernet являются примерами

"протокольной" проектной документации. Каждый специфицирует некоторую

реализацию одного или более уровней Модели OSI. Каждый имеет свои

преимущества и недостатки, зависящие от окружения, для которого протоколы

были разработаны. Подобно тому, как существует много различных типов домов,

так же существует много различных типов протоколов.

После того, как спецификация протокола утверждена и согласована, различные

производители сетевых продуктов могут приступать к его реализации. Этот

процесс схож с тем, как различные строители конструируют дома, основываясь

на одном и том же проекте. Если строительный проект полностью специфицирует

реализационные детали, то дома должны быть почти идентичными. Аналогично,

если протокол полностью определяет реализационные детали, то различные

реализации одного и того же протокола должны работать друг с другом (т.е.

осуществлять взаимосвязь между собой).

В действительности почти невозможно создать строительный проект, следуя

которому можно было бы строить полностью одинаковые дома (с точностью до

положения конкретных гвоздей). Аналогично почти невозможно создать

спецификацию протокола, которая даст полную гарантию взаимной

работоспособности между различными его реализациями. Даже  если такая

спецификация существует, то ошибки, допущенные человеком в процессе

реализации, вероятнее всего нарушат полную их совместимость. Поэтому, чтобы

увеличить степень совместимости, новые протоколы и сетевые приложения должны

проходить тестирование на совместную работу с другими реализациями.

Реализации протоколов не являются каноническими. Некоторые протоколы

специфицируют функции, относящиеся более, чем к одному уровню Модели OSI.

Некоторые наборы протоколов не содержат определенных уровней. В этих

случаях чрезвычайно сложно обеспечить совместную сетевую работу различных

вычислительных устройств, хотя взаимосвязь все же остается возможной.

В следующих подразделах более подробно описываются все функциональные

уровни Эталонной Модели OSI.

[КС 2-5]

       [  Физический уровень      ]

       [              Время       ]

       [    Вольты                ]

       [ к рис. на стр. 2-6 (в поле рисунка)]

[1]Физический уровень

[5]Физический уровень определяет механические и электрические спецификации

среды передачи данных и интерфейсов аппаратуры. Здесь определяются методы

подключения аппаратуры, а также способы представления данных в процессе их

передачи по сетевой среде. Большинство вопросов, обсуждаемых в разделах

4 - 10, относятся к Физическому уровню.

Спецификации Физического уровня определяют цоколевки сетевых разьемов,

указывая номера и функциональное назначение контактов. Кроме этого

определяется, каким образом представляются "0" и "1" с помощью  электрических

или электромагнитных сигналов, а также указываются типы используемых

кабелей, даются ответы на ряд других относящихся к делу вопросов. Например,

Физический уровень содержит спецификации RS 232C, RS-449, рекомендации

серии V и X МККТТ (V.24, V.28 и Х.21).

[КС 2-6]

       [ Канальный уровень                                       ]

       [Физический       Канальный   Заголовок         Хвостовик ]

       [уровень          уровень                                 ]

       [ к рис. на стр. 2-7 (в поле рисунка) ]

[1]Канальный уровень

[5]На канальном уровне нулевые и единичные биты Физического уровня

организуются в кадры (логические группировки информации). Кадр является

порцией данных, которая имеет независимое логическое значение. Понятие кадра

аналогично понятию телеграфии. Телеграф логически соотносит буквы (литеры)

и слова аналогичным образом.

На канальном уровне осуществляется обнаружение ошибок (иногда и с

коррекцией), управление потоком данных, а также идентификация ЭВМ в рамках

сети.

Подобно другим уровням на канальном уровне в начало пакета данных добавляется

собственная управляющая информация. Эта информация может включать адреса

источника и получателя (физические или аппаратные), информацию о длине кадра,

а также некоторые указатели, применяемые высокоуровневыми протоколами.

[КС 2-7]

       [ Сетевой уровень                             ]

       [ Cеть А         Сеть С                       ]

       [      Маршрутизатор                          ]

       [ Маршрутизатор        Маршрутизатор    Сеть D]

       [ Сеть B           Сеть Е                     ]

       [ К рис. на стр. 2-8 (в поле рисунка) ]

[1]Сетевой уровень

[5]Первейшая цель Сетевого уровня заключается в передаче информации по сети,

состоящей из многочисленных сегментов. Такая сеть называется интерсетью

(internetwork или просто internet). На Сетевом уровне эта работа выполняется

следующим образом. Проверяется сетевой адрес назначения пакета информации

(он отличается от адреса Физического уровня), и затем пакет передается в

следующую транзитную точку интерсети. Следующая транзитная точка может быть

определена в результате вычислений в реальном масштабе времени лучшего пути

до пункта назначения или же выбрана из статической таблицы маршрутов. В

любом случае пакет будет перемещаться по интерсети вплоть до узла назначения.

[КС 2-8]

      [ Транспортный уровень                ]

      [ к рис. на стр. 2-9 (в поле рисунка) ]

[1]Транспортный уровень

[5]Транспортный уровень, расположенный в "сердце" Модели OSI, гарантирует

надежность доставки данных. В этом смысле Транспортный уровень зачастую

компенсирует недостатки надежности более низких уровней.

Термин "надежности" не предполагает, что все данные всегда будут доведены

до получателя. Если, скажем, оборвется сетевой кабель, то Транспортный

уровень не сможет гарантировать доставку данных. И все же реализации

Транспортного уровня обычно обеспечивают подтверждение доставки данных

или уведомление об их недоставке. Если данные не переданы правильно в

узел назначения, Транспортный уровень информирует об этом более высокие уровни

Модели, которые в конце концов сообщают о неудаче соответствующему

приложению. Прикладная система (приложение) может выполнить соответствующие

действия с учетом состояния, в котором она находится.

Транспортный уровень обеспечивает надежность доставки благодаря применению

целого ряда механизмов. Среди них выделяются: упорядоченное установление

соединения, а также его разьединение; механизм подтверждений (с помощью

которого одна сторона информирует другую об успешном приеме данных);

механизм последовательной нумерации (который позволяет одной стороне

сообщить другой, какие данные правильно приняты ею); механизм управления

потоком (который позволяет одной стороне сообщить другой стороне о

необходимости уменьшить темп передачи данных).

[КС 2-9]

[5]Наряду с надежной доставкой многие реализации Транспортного уровня

осуществляют мультиплексирование данных по соединениям (разделяют данные

для передачи по некоторому числу каналов с целью достижения максимума

производительности), а также мультиплексируют соединения для передачи

пакетов данных (для более оптимального использования полосы пропускания

сети).

[КС 2-10]

     [ Сеансовый уровень        ]

     [Привет, Харвей! Могу я поговорить с тобой? <все> ]

     [Я знаю тебя? <все>                               ]

     [Ты знаешь меня, Харвей. Я Сэм. <все>             ]

     [О, Сэм! Чем могу быть тебе полезен? <все>        ]

     [Передай мне квоты file/sales/my. <все>           ]

     [Сейчас. Передаю, Сэм.  <все>                     ]

     [Я получил. Спасибо, Харвей. <все>                ]

     [Пока, Сэм.                                       ]

     [ к рис. на стр. 2-11 (в поле рисунка) ]

[1]Сеансовый уровень

[5]На сеансовом уровне вводятся дополнительные механизмы управления, которые

позволяют установить диалог между двумя взаимодействующими приложениями,

осуществить его сопровождение, синхронизацию. Кроме этого, здесь

обрабатываются такие высокоуровневые ситуации, как нехватка дискового

пространства или же отсутствие бумаги в печатающем устройстве.

Сеансовый уровень является местом локализации механизма "удаленного вызова

процедур"( Remote Procedure Calls, RPC). Механизм RPC прозрачно для

пользователя передает необходимую информацию по сети. Этот механизм является

ядром многих известных протоколов, включая Netware и NFS. Механизм RPC будет

обсуждаться более детально в разделе, посвященном TCP/IP.

[КС 2-11]

         [ Представительный уровень                     ]

         [ Сеанс  Представление Приложение              ]

         [         Транслятор   Пойдем в кино вечером!  ]

         [                      Я хочу посмотреть Бамби.]

         [ к рис. на чтр. 2-12 ( в поле рисунка)]

[1]Представительный уровень

[5]На Представительном уровне осуществляется трансформация данных во

взаимосогласованые форматы (синтаксис передачи данных), которые распознаются

и понятны каждому приложению в рамках тех ЭВМ, на которых они исполняются.

На Представительном уровне могут также выполняться операции сжатия,

декомпрессии, шифрации и дешифрации информации.

[КС 2-12]

         [ Прикладной уровень                  ]

         [ к рис. на стр. 2-13 (в поле рисунка)]

[1]Прикладной уровень

[5]На прикладном уровне специфицируются пользовательские коммуникационные

интерфейсы, осуществляется управление коммуникацией между прикладными

системами. Примерами сетевых приложений являются: система доступа/передачи

файлов, виртуальный терминал, система передачи информации, управление

сетью, справочные услуги, почтовая система. Специальные прикладные протоколы

обсуждаются в последующих разделах.

[1]Итоги

[5]Несмотря на то, что некоторые специалисты критикуют Эталонную Модель OSI,

трудно переоценить ее значение в качестве инструмента для разработки и

изучения сетей ЭВМ. Несомненно Модель OSI способствует обеспечению свойства

совместной работоспособности создаваемых сетей ЭВМ, упрощая процесс

разработки протоколов и соответствующих спецификаций. Следует подчеркнуть то,

что Модель OSI является, пожалуй, единственным и лучшим технологическим

средством изучения сетевых проблем.

Семь уровней Эталонной Модели OSI характеризуются следующим:

-Физический уровень несет ответственность за обеспечение физического

подключения к среде передачи данных, за передачу данных в

соответствующую среду и прием данных из нее;

[КС 2-13]

-Канальный уровень ответственен за прием(передачу) битов информации из(на)

Физического(ий) уровеня(нь), за оформление кадра, за контроль ошибок, выполняет

функции управления потоком и физической адресации;

-Сетевой уровень выполняет функции маршрутизации, фрагментации и сборки

сообщений;

-Транспортный уровень несет ответственность за обеспечение надежной сквозной

(end-to-end) передачи данных, выполняет функции управления потоком данных,

контроля за ошибками (в рамках виртуальных связей), мультиплексирования

сообщений;

-Сеансовый уровень сосредотачивает функции управления сеансом (сессией),

контроля за ошибками в рамках сеанса, управления диалогом (координация и

синхронизация), обеспечивает механизм удаленного вызова процедур;

-Представительный уровень отвечает за преобразование форматов данных,

сжатие информации, шифрование;

-Прикладной уровень несет ответственность за обеспечение пользовательского

интерфейса и соответствующих базовых пользовательских прикладных систем.

[КС 2-14]

[1]Упражнение 2

[5]1. Предположим, что глава (СЕО) финансовой корпорации ААА хочет послать

сертифицированное письмо Президенту Западного Отделения ААА. Глава

корпорации диктует письмо своему секретарю, который затем печатает его и

посылает по почте.

а. Какой уровень Модели OSI в большей степени соответствует подготовке

письма секретарем? Почему?

в. Какой уровень Модели OSI наиболее соответствует процессу сортировки пяти

писем и размещения их в почтовой сумке? Почему?

с. Какой уровень Модели OSI наиболее соответствует намерениям передать

письмо в город, где располагаются почтовые центры Западного отделения ААА?

Почему?

2. Обсудите преимущества и недостатки некоторого нового протокола, обладающего

многими полезными свойствами, в сравнении с более ранним протоколом, который

широко и длительное время применяется в различных операционных средах,

однако не обладает соответствующими свойствами.

[КС 2-15]

[КС 2-16]

//20.08.94

                             [ Коммуникационные протоколы и стандарты ]

[0]Раздел 3.  [2]Коммуникационные протоколы и стандарты.

[1]Цели

[5]В конце этого раздела вы сможете:

1. Понимать взаимосвязь Модели OSI, протоколов и стандартов.

2. Определять основные организации по стандартизации и род их деятельности.

[1]Введение

[5]В этом разделе продолжается обсуждение,  начатое в предыдущем

разделе (Модели OSI) с точки зрения концепций протоколов. Обосновывается

необходимость стандартизации протоколов и рассматривается два типа стандартов. И, наконец,

затронут вопрос о роли организаций по стандартизации в процессе развития

сетей.

[КС 3-1]

       [ Протоколы и Эталонная Модель OSI ]

       [   Модель OSI         Некоторые распространенные протоколы ]

        7 Прикладной                         NFS

        6 Представительный     SNA   DECnet             NetWare

        5 Сеансовый                          TCP/IP             OSI

        4 Транспортный                         Ethernet

        3 Сетевой                              Token Ring

        2 Звеньевой                            ARCNET

        1 Физический

        [к рис. на стр 3-2 (в поле рисунка) ]

[1]Протоколы

[5]В предыдущем разделе мы видели, что Модель OSI делит процесс сетевого

взаимодействия на уровни и определяет функции каждого уровня. Мы также

обсудили, что различные протоколы по-разному выполняют функции OSI уровней.

Одни протоколы подходят для нескольких уровней Модели OSI, другие - для

одного, а некоторые покрывают только часть функций одного уровня.

На рисунке приведена простая на вид структура Модели и соответствующих

протокольных концепций. Вы можете спросить, почему существует так много

разных протоколов, и почему протоколы нечетко соответствуют уровням Модели

OSI. История развития сетей поможет разобраться в этом.

Модель OSI была создана в результате развития сетей, но многие протоколы

использовались (и были распространеными) еще до разработки Модели OSI.

Так как существующие сети уже функционировали, соответствие с моделью OSI

выполнялось "задним числом". Некоторые разработчики стремились к этому,

некоторые - нет. Многие до сих пор продолжают работать над этой проблемой.

Поэтому, хотя введение Модели OSI само по себе не оказывало влияния ни на

какие протоколы, часть протоколов была приведена в соответствие с Моделью,

а часть - нет.

Международная организация по стандартизации разработала серию протокольных

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29