Модель взаимодействия открытых систем.

Структура построения IP сети. Вводное занятие.

Цель работы. Обзор протоколов IP-сети. Повторить уровни модели взаимодействия открытых систем OSI. Изучить протоколы сетевого уровня модели OSI. Изучить суть процесса инкапсуляции. Изучить принцип действия протокола ARP. Изучить понятие маршрутизации (статическая и динамическая).

Практическое задание. Ответить на ключевые вопросы. Изучить принцип действия протокола ARP, и в чем отличие действия протокола, когда отправитель и получатель расположены в одной сети и когда в разных. Изучить понятие маршрутизации на примере построения маршрутных таблиц.

Ключевые вопросы.

1. Уровни модели взаимодействия открытых систем OSI (назвать).

2. Суть процесса инкапсуляции. Привести схему формирования пакета информации (кадра, сегмента) по уровням OSI.

3. Протоколы сетевого уровня (привести примеры с расшифровками).

4. Привести примеры IP сетей, находящихся внутри домена и вне его.

5. Объяснить понятие статической маршрутизации.

6. Объяснить понятие динамической маршрутизации.

7. Принцип действия протокола ARP в случае, когда отправитель и получатель расположены в одной сети.

8. Принцип действия протокола ARP в случае, когда отправитель и получатель расположены в разных сетях.

9. Перевести примеры IP адреса из десятичной формы в двоичную по вариантам:

Модель взаимодействия открытых систем.

Для описания способов коммуникации между сетевыми устройствами организа­цией ISO была разработана модель взаимосвязи открытых систем ВОС — OSI (Open System Interconnection). Она основана на уровневых протоколах, что поз­воляет обеспечить:

§ логическую декомпозицию сложной сети на обозримые части — уровни;

§ стандартные интерфейсы между сетевыми функциями;

§ симметрию в отношении функций, реализуемых в каждом узле сети (ана­логичность функций одного уровня в каждом узле сети);

§ общий язык для взаимопонимания разработчиков различных частей сети.

Функции любого узла сети разбиваются на уровни, для конечных систем их семь.

Внутри каждого узла взаимодействие между уровнями идет по вертикали. Взаимодействие между двумя узлами логически про­исходит по гори­зонтали — между со­ответствующими уровнями. Реально же из-за отсутствия не­посредствен­ных горизонтальных связей произво­дится спуск до нижнего уровня в ис­точнике, связь через физическую среду и подъем до соответствующего уровня в приемнике информации. В промежуточных устройствах подъем идет до того уровня, который доступен «интеллекту» устройства, — так, например, имеются коммутаторы второго и третьего уровней. Каждый уровень обеспечивает свой набор сервисных функций (сервисов), «при­кладная ценность» которых возрастает с повышением уровня. Уро­вень, с которого посылается запрос, и симметричный ему уровень в отвечаю­щей системе формируют свои блоки данных. Данные снабжаются служебной информацией (заголовком) данного уровня и спускаются на уровень ниже, пользуясь сервисами соответствую­щего уровня. На этом уровне к полученной информации также присоединяется слу­жебная информация, и так происходит спуск до самого нижнего уровня, сопровож­даемый «обрастанием» заголовками. Наконец, по нижнему уровню вся эта конст­рукция достигает получателя, где по мере подъема вверх освобождается от служеб­ной информации соответству­ющего уровня. В итоге сообщение, посланное источ­ником, в «чистом виде» до­стигает соответствующего уровня системы-получателя, независимо от тех «приключений», которые с ним происходили во время путешест­вия по сети. Служебная информация управляет процессом передачи и служит для контроля его успешности и достоверности. В случае возникновения проблем может быть сделана попытка их уладить на том уровне, где они обнаружены. Если уровень не может решить проблему, он сообщает о ней на вызвавший его вышестоящий уровень.

Сервисы по передаче данных могут быть гарантированными (reliable — на­деж­ными) и негарантированными (unreliable — ненадежными). Гарантирован­ный сер­вис на вызов ответит сообщением об успешности (по уведомлению от получателя) или неуспешности операции. Негарантированный сервис сообщит только о выпол­нении операции (он освободился), а дошли ли данные до получа­теля, при этом не­известно. Контроль достоверности и обработка ошибок может выполняться на раз­ных уровнях и инициировать повтор передачи блока. Как правило, чем ниже уро­вень, на котором контролируются ошибки, тем быстрее они обрабатываются.

Рис.1 Модель взаимодействия открытых систем

Рис.2 Уровни модели OSI и используемые протоколы

Уровни модели OSI

7. Прикладной уровень (application layer) — высший уровень модели, который обеспечивает пользовательской прикладной программе доступ к сетевым ресурсам. Примеры задач уровня: передача файлов, электронная почта, управление сетью. Примеры протоколов прикладного уровня:

§ FTAM (File Transfer, Access and Management) — удаленное манипулирование файлами.

§ FTP (File Transfer Protocol) — пересылка файлов.

§ X.400 — передача сообщений и сервис электронной почты.

§ CMIP (Common Management Information Protocol) — управление сетью в стандарте ISO.

§ SNMP (Simple Network Management Protocol) — управление сетью не в стандарте ISO.

§ Telnet — эмуляция терминала и удаленная регистрация (remote login).

6. Уровень представления данных (presentation layer) обеспечивает преобра­зование кодов (например, побайтная перекодировка из KOI8-P в Windows 1251), форматов файлов, сжатие и распаковку, шифрование и дешифрование данных. Пример протокола — SSL (Secure Socket Layer), обеспечивающий конфиденци­альность передачи данных в стеке TCP/IP.

5. Сеансовый уровень (session layer) обеспечивает инициацию и завершение сеанса — диалога между устройствами, синхронизацию и последовательность па­кетов в сетевом диалоге, надежность соединения до конца сеанса (обработку ошибок, повторные передачи). Примеры протоколов сеансового уровня: NetBIOS (Network Basic Input/Output System) — именование узлов, нега­рантированная доставка коротких сообщений без установления соедине­ний, установление виртуальных соединений и гарантированная доставка сообщений, общее управление. Протокол распространяется еще и на 6-й и 7-й уровни, различные реализации могут не быть совместимыми с ориги­нальной разработкой IBM. NetBEUI (Network Basic Extended User. Interface) — реализация и расши­рение NetBIOS фирмой Microsoft.

4. Транспортный уровень (transport layer) отвечает за передачу данных от ис­точника к получателю с уровнем качества (пропускная способность, задержка прохождения, уровень достоверности), затребованным сеансовым уровнем. Если блоки данных, передаваемые с сеансового уровня, больше допустимого размера пакета для данной сети, они разбиваются, на несколько нумерованных пакетов. На этом уровне определяются пути передачи, которые для соседних пакетов мо­гут быть и разными. На приемной стороне пакеты собираются и в должной последовательности передаются на сеансовый уровень (в большой маршрутизируе­мой сети пакеты могут достигать приемника не в том порядке, в каком передавались, могут дублироваться и теряться).

Транспортный уровень является пограничным и связующим между верхними, уровнями, сильно зависящими от приложений, и нижними (subnet layers — уровни, стоящие ниже транспортного), привязанными к конкретной сети. Отно­сительно этой границы и определяются IS — промежуточные системы, обеспечи­вающие передачу пакетов между источником и получателем, используя нижние уровни, и ES — конечные системы, работающие на верхних уровнях.

Нижние уровни могут обеспечивать или не обеспечивать надежную передачу, при которой получателю вручается безошибочный пакет или отправитель полу­чает уведомление о невозможности передачи.

Сервис нижних уровней может быть ориентирован на установление соедине­ния (connection oriented). При этом в начале связи устанавливается соединение между источником и приемником, и передача может идти без нумерации паке­тов, поскольку каждый из них идет за предшественником по тому же пути. По окончании передачи соединение разрывается. Связь без установления соедине­ния (connectionless) требует нумерации пакетов, поскольку они могут теряться, повторяться, приходить не по порядку.

Протоколы транспортного уровня зависят от сервиса нижних уровней:

§ ТР0...ТР4 (Transport Protocol Class Q...4) — классы протоколов модели OSI, ориентированные на различные виды сервиса нижних уровней.

§ TCP (Transmission Control Protocol) — протокол передачи данных с уста­новлением соединения.

§ UDP (User Datagramm Protocol) — протокол передачи данных без уста­новления соединения.

§ SPX (Sequenced Packet Exchange) — протокол передачи данных Novell NetWare с установлением соединения.

3. Сетевой уровень (network layer) форматирует данные транспортного уров­ня и снабжает их информацией, необходимой для маршрутизации (нахождения пути к получателю). Уровень отвечает за адресацию (трансляцию физических и сетевых адресов, обеспечение межсетевого взаимодействия); поиск пути от ис­точника к получателю или между двумя промежуточными устройствами; уста­новление и обслуживание логической связи между узлами для установления связи как ориентированной, так и не ориентированной на соединение. Формати­рование данных осуществляется в соответствии с коммуникационной техноло­гией (локальные сети, глобальные сети). Примеры протоколов сетевого уровня:

§ ARP (Address Resolution Protocol) — взаимное преобразование аппарат­ных и сетевых адресов.

§ IP-(Internet Protocol) — протокол доставки дейтаграмм, основа стека TCP/IP.

§ IPX (Internetwork Packet Exchange) — базовый протокол NetWare, отвеча­ющий за адресацию и маршрутизацию пакетов, обеспечивающий сервис для SPX.

2. Канальный уровень (data link layer), называемый также уровнем звена данных. Обеспечивает формирование фреймов (frames) — кадров, передаваемых через физический уровень, контроль ошибок и управление потоком данных (data flow control). Канальный уровень призван скрыть от вышестоящих подроб­ности технической реализации сети (для локальных сетей, например, сетевой уровень не «увидит» различий между Ethernet, Token Ring, ARCnet, FDDI).

IEEE в своей сетевой модели 802 ввел дополнительное деление канального уровня на 2 подуровня (sublayers): Подуровень LLC (Logical-Link Control — управление логической связью) является стандартным (IEEE 802.2) интерфейсом с сетевым уровнем, не­зависимым от сетевой технологии.

Подуровень MAC (Media Access Control — управление доступом к среде) осуществляет доступ к уровню физического кодирования и передачи сиг­налов. Применительно к технологии Ethernet МАС-уровень передатчика укладывает данные, пришедшие с LLC, в кадры, пригодные для передачи. Далее, дожидаясь освобождения канала (среды передачи), он передает кадр на физический уровень и следит за результатом работы физического уровня. Если кадр передан успешно (коаллизий нет), он сообщает об этом LLC-подуровню. Если обнаружена коаллизия, он делает несколько повтор­ных попыток передачи и, если передача так и не удалась, сообщает об этом LLC-подуровню. На приемной стороне МАС-уровень принимает кадр, проверяет его на отсутствие ошибок, и, освободив его от служебной информации своего уровня, передает на LLC.

1. Физический уровень (physical layer) — нижний уровень, обеспечивающий физическое кодирование бит кадра в электрические (оптические) сигналы и пе­редачу их по линиям связи. Определяет тип кабелей и разъемов, назначение кон­тактов и формат физических сигналов. Примеры спецификаций физического уровня:

§ EIA/TIA-232-D - ревизия и расширение RS-232C (V.24+V.28), 25-штырьковый разъем и протокол последовательной синхронной/асинхронной связи.

§ IEEE 802.5, определяющий физическое подключение для Tokeng Ring.

§ IEEE 802.3, определяющий разновидности Ethernet (10 Мбит/с). Здесь физический уровень делится еще на 4 подуровня:

§ PLS (Physical Layer Signaling) — сигналы для трансиверного кабеля;

§ AUI (Attachment Unit Interface) — спецификации трансиверного кабе­ля (интерфейс AUI);

§ РМА (Physical Medium Attachment) — функции трансивера;

§ MDI (Medium Dependent Interface) — спецификации подключения трансивера к конкретному типу кабеля (10Base5, 10Base2).

Сетевая технология (применительно к локальным сетям это все разновидно­сти Ethernet, Token Ring, ARCnet, FDDI) охватывает канальный и физический уровень модели. Промежуточные системы (устройства) описываются протоко­лами нескольких уровней, начиная от 1-го и доходя до 3-го, а иногда и 4-го уров­ней.

В реальных сетях используются различные протокольные стеки, и далеко не всегда возможно практическое разделение систем на уровни модели OSI с воз­можностью обращения приложений к каждому из них. Ради повышения произ­водительности количество уровней уменьшается до 3-4 с объединением функ­ций смежных уровней (при этом уменьшается доля накладных расходов на межуровневые интерфейсы). Однако соотнесение функциональных модулей с уровнями модели помогает осмыслению возможностей взаимодействия разно­родных систем. При всем разнообразии подходов к реализации верхних уровней стеков стандартизация на физическом, канальном и сетевом уровнях соблюдает­ся довольно строго. Здесь играет роль необходимость обеспечения совмести­мости сетевых устройств от разных производителей, без которой их положение на рынке неустойчиво.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: