Transcript Сети ЭВМ и средства коммуникации

Сети ЭВМ и средства коммуникации
Архитектура сети
Для обеспечения совместимости аппаратного
и программного обеспечений международной
организацией по стандартам (ISO) была
разработана
базовая
эталонная
модель
открытых систем (OSI – Open System
Interconnection model).
Эта модель описывает многоуровневую
архитектуру сети, при которой все сетевые
функции разделены на семь уровней.
Каждому уровню соответствуют определенные
сетевые операции, оборудование, интерфейсы и
протоколы.
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Архитектура сети
Интерфейс определяет услуги, которые нижний
уровень предоставляет верхнему и способ доступа к
ним.
Протокол – это четко определенный набор правил и
соглашений для взаимодействия одинаковых уровней
сети.
Задача каждого уровня – предоставление услуг
вышестоящему уровню, «маскируя» детали реализации
этих услуг. Когда два компьютера в сети работают друг с
другом, каждый из сетевых уровней обменивается
данными с себе подобным (на основе протокола этого
уровня).
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Семиуровневая модель открытых систем
Компьютер №n
Компьютер №1
Прикладные процессы
Уровни
процессов
взаимодействия
Уровневые протоколы
Прикладные процессы
1
Прикладной
Управление прикладными
процессами
1
Прикладной
2
Представительный
Управление представлением
данных
2
Представительный
3
Сеансовый
Управление сеансами
3
Сеансовый
4
Транспортный
Управление трафиком
4
Транспортный
5
Сетевой
Управление сетью
5
Сетевой
6
Канальный
Управление
информационным каналом
6
Канальный
7
Физический
Управление физическим
каналом
7
Физический
Уровни
процессов
взаимодействия
Передающая среда(коммуникационная подсеть)
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Семиуровневая модель открытых систем
Физический уровень
- обеспечивает физический путь для передачи
кодированных сигналов;
- устанавливает характеристики этих сигналов
(амплитуда, частота, длительность и т.д.);
- определяет способ соединения сетевого
адаптера с кабелем, тип разъемов, способ
передачи;
- обеспечивает поддержку потока битов,
содержание которых на этом уровне не имеет
значения;
- отвечает за кодирование данных и
синхронизацию битов.
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Семиуровневая модель открытых систем
Канальный уровень
- определяет правила совместного
использования физического уровня
узлами сети;
- передает информацию
адресованными порциями – кадрами;
- определяет формат кадра и способ,
согласно которому узел сети решает, когда
можно передать или принять кадр (два
основных типа кадров) .
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Семиуровневая модель открытых систем
Сетевой уровень
Отвечает за буферизацию и
маршрутизация в сети.
Маршрутизация
–
существенная
функция при работе в глобальных сетях (с
коммутацией пакетов), когда необходимо
определить маршрут передачи пакета,
выполнить перевод логических адресов
узлов сети в физические.
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Семиуровневая модель открытых систем
Транспортный уровень
Задача этого уровня – правильная сборка
пакетов каждого сообщения без смещения и потерь:
- с передающей стороны переупаковывает
информационные
сообщения:
длинные
разбиваются на несколько пакетов, короткие
объединяются в один;
с принимающей стороны собирает сообщения
из пакетов.
Транспортный уровень является границей,
выше которой в качестве единицы информации
рассматривается только сообщение, ниже –
управляемый сетью пакет данных.
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Семиуровневая модель открытых систем
Сеансовый уровень
Позволяет двум приложениям на
разных рабочих станциях устанавливать,
использовать и завершать соединение,
называемое сеансом.
На этом уровне выполняются такие
функции, как распознавание имен и защита,
необходимые для связи двух приложений в
сети. Любой пользователь, введя имя и
пароль и вошедший в сеть, создает сеанс.
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Семиуровневая модель открытых систем
Уровень представления
Функция этого уровня - преобразование сообщений,
используемых
прикладным
уровнем,
в
некоторый
общепринятый формат обмена данными между сетевыми
компьютерами.
Целью преобразования сообщения является сжатие
данных и их защита.
В интерфейсе выше этого уровня поле данных
сообщения имеет явную смысловую форму; ниже этого
уровня поле данных сообщений и пакетов рассматривается
как передаточный груз и их смысловое значение не влияет
на обработку.
На этом уровне работает утилита ОС, называемая
редиректор.
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Семиуровневая модель открытых систем
Прикладной уровень
Представляет
собой
окно
для
доступа
прикладных
процессов
к
сетевым услугам.
Прикладной уровень управляет:
- общим доступом к сети;
- потоком данных;
- обработкой ошибок.
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Семиуровневая модель открытых систем
Протокол – это правила и
технические
процедуры,
позволяющие
нескольким
компьютерам
при
объединении в сеть общаться
друг с другом.
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Семиуровневая модель открытых систем
Уровень
Прикладной
Представительский
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Набор правил (протокол)
Инициация или прием запроса
Добавление в сообщение форматирующей,
отображающей и шифрующей информации
Добавление информации о трафике – с указанием
момента отправки пакета
Добавление
ошибок
информации
для
обработки
Добавление адресов и информации о месте пакета
в последовательности передаваемых пакетов
Канальный
Добавление информации для проверки ошибок
(трейлера пакета) и подготовка данных для
передачи по физическому соединению
Физический
Передача пакета как потока битов в соответствии
с определенным способом доступа
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Семиуровневая модель открытых систем
Уровень
Аналогия
Прикладной
Письмо написано на бумаге. Определено его содержание
Представления
Письмо запечатано в конверт. Конверт заполнен. Наклеена марка.
Клиентом соблюдены необходимые требования протокола доставки
Сеансовый
Письмо опущено в почтовый ящик. Выбрана служба доставки
(письмо можно было бы запечатать в бутылку и бросить в реку, но
избрана другая служба)
Транспортный
Письмо доставлено на почтамт. Оно отделено от писем, с доставкой
которых местная почтовая служба справилась бы самостоятельно
Сетевой
После сортировки письмо уложено в мешок. Появилась новая
единица доставки - мешок
Соединения
Мешки писем уложены в вагон. Появилась новая единица доставки
- вагон
Физический
Вагон прицеплен к локомотиву. Появилась новая единица доставки
- состав. За доставку взялось другое ведомство, действующее по
другим протоколам
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Семиуровневая модель открытых систем
Протокол физического уровня
- физические соединения;
- физические блоки данных службы;
- оконечные точки физических соединений;
- организацию передачи последовательностей
бит;
- оповещение о неисправности физического
уровня;
- определение качества представляемых
услуг
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Семиуровневая модель открытых систем
Протокол канального уровня
Структура кадра
1
8 1
флаг
Управление
На уровне
канала
16(24)
1
Данные
16 1
Контрольная
сумма
I - :информационный кадр,
S – служебный контролирующий (супервизорный) кадр
U – служебный (ненумерованный) управляющий кадр.
8
флаг
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Семиуровневая модель открытых систем
Протокол сетевого уровня
- установление сетевого соединения с другим пользователем для
передачи данных;
- принятие соглашения между пользователями сетевой службы
относительно качества обслуживания для каждого сетевого
соединения;
- прозрачная передача данных при сетевом соединении;
- средство, с помощью которого сетевое соединение может быть
возвращено в определенное состояние, и взаимодействие двух
пользователей службы синхронизовано с использованием службы
повторной установки;
- в некоторых случаях – средство подтверждения приема данных;
- безусловное разъединение сетевого соединения либо
пользователями, либо поставщиками сетевой службы;
предварительное
согласование
параметров
качества
обслуживания пользователем – передатчиком и поставщиком
сетевой службы
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Семиуровневая модель открытых систем
Протокол транспортного уровня
- Управление передачей по сети и обеспечение целостности
блоков данных.
- Обнаружение ошибок, частичная их ликвидация и
сообщение о неисправленных ошибках.
- Восстановление передачи после отказов и неисправностей.
Укрупнение или разделение блоков данных.
- Предоставление приоритетов при передаче блоков
(нормальная или срочная).
- Подтверждение передачи.
- Ликвидация блоков при тупиковых ситуациях в сети.
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Семиуровневая модель открытых систем
Протокол сеансового уровня
- Установление и завершение на сеансовом уровне
соединения между взаимодействующими системами.
- Выполнение нормального и срочного обмена данными
между прикладными процессами.
- Управление взаимодействием прикладных процессов.
- Синхронизация сеансовых соединений.
- Извещение прикладных процессов об исключительных
ситуациях.
- Установление в прикладном процессе меток, позволяющих
после отказа либо ошибки восстановить его выполнение от
ближайшей метки.
- Прерывание в нужных случаях прикладного процесса и его
корректное возобновление.
- Прекращение сеанса без потери данных.
- Передача особых сообщений о ходе проведения сеанса
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Семиуровневая модель открытых систем
Протокол представительского уровня
- Генерация запросов на установление сеансов
взаимодействия прикладных процессов.
- Согласование представления данных между
прикладными процессами.
- Реализация форм представления данных.
- Представление графического материала
(чертежей, рисунков, схем).
- Засекречивание данных.
- Передача запросов на прекращение сеансов.
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Семиуровневая модель открытых систем
Протокол прикладного уровня
- Выполнение различных видов работ (передача файлов; управление заданиями;
управление системой и т.д.)
- Идентификация пользователей по их паролям, адресам, электронным подписям;
- Определение функционирующих абонентов и возможности доступа к новым
прикладным процессам;
- Определение достаточности имеющихся ресурсов;
- Организация запросов на соединение с другими прикладными процессами;
- Передача заявок представительскому уровню на необходимые методы описания
информации;
- Выбор процедур планируемого диалога процессов;
- Управление данными, которыми обмениваются прикладные процессы и
синхронизация взаимодействия прикладных процессов;
- Определение качества обслуживания (время доставки блоков данных,
допустимой частоты ошибок);
- Соглашение об исправлении ошибок и определении достоверности данных;
- Согласование ограничений, накладываемых на синтаксис (наборы символов,
структура данных)
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Семиуровневая модель открытых систем
Модель OSI относится не только к локальным сетям,
но и к любым сетям связи между компьютерами или
другими абонентами. В частности, функции сети Интернет
также можно поделить на уровни в соответствии с
моделью OSI.
Принципиальные
отличия
локальных
сетей
от
глобальных, с точки зрения модели OSI, наблюдаются
только на нижних уровнях модели.
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Семиуровневая модель открытых систем
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Модель сети
802.1 – объединение сетей с помощью мостов и коммутаторов
802.2 – управление логической связью на подуровне LLC.
802.3 – локальная сеть с методом доступа CSMA/CD и топологией
шина (Ethernet).
802.4 – локальная сеть с топологией шина и маркерным доступом
(Token-Bus).
802.5 – локальная сеть с топологией кольцо и маркерным доступом
(Token-Ring).
802.6 – городская сеть (Metropolitan Area Network, MAN) с
расстояниями между абонентами более 5 км.
802.7 – широкополосная технология передачи данных.
802.8 – оптоволоконная технология.
802.9 – интегрированные сети с возможностью передачи речи и
данных.
802.10 – безопасность сетей, шифрование данных.
802.11 – беспроводная сеть по радиоканалу (WLAN – Wireless LAN).
802.12 – локальная сеть с централизованным управлением доступом
по приоритетам запросов и топологией звезда (100VG-AnyLAN).
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Обобщенная задача коммутации
Последовательность транзитных узлов (сетевых интерфейсов) на пути от
отправителя к получателю называется маршрутом.
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Обобщенная задача коммутации
В самом общем виде задача коммутации — задача соединения конечных узлов через
сеть транзитных узлов— может быть представлена в виде нескольких
взаимосвязанных частных задач:
1.
Определение информационных потоков, для которых требуется
прокладывать пути.
2.
Определение маршрутов для потоков.
3.
Сообщение о найденных маршрутах узлам сети.
4.
Продвижение – распознавание потоков и локальная коммутация на каждом
транзитном узле.
5.
Мультиплексирование и демультиплексирование потоков
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Обобщенная задача коммутации
Определение информационных потоков
Информационным потоком (data flow, data stream) называют последовательность
данных, объединенных набором общих признаков, который выделяет эти данные из
общего сетевого трафика.
Данные могут быть представлены в виде последовательности байтов или объединены
в более крупные единицы данных — пакеты, кадры, ячейки.
Определить потоки – это значит задать для них набор отличительных признаков, на
основании которых коммутаторы смогут направлять потоки по предназначенным для
них маршрутам
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Обобщенная задача коммутации
Определение маршрутов
Определение пути, то есть последовательности транзитных узлов и их интерфейсов,
через которые надо передавать данные, чтобы доставить их адресату.
Критерии выбора маршрута:

номинальная пропускная способность;

загруженность каналов связи;

задержки, вносимые каналами;

количество промежуточных транзитных узлов;

надежность каналов и транзитных узлов
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Обобщенная задача коммутации
Определение маршрутов
Определить маршрут —
однозначно задать
последовательность транзитных
узлов и их интерфейсов, через
которые надо передавать
данные, чтобы доставить их
адресату.
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Обобщенная задача коммутации
Оповещение сети о выбранном
маршруте
Оповестить сеть о найденных
маршрутах — это значит вручную или
автоматически настроить каждый
коммутатор таким образом, чтобы он
"знал", в каком направлении следует
передавать каждый поток.
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
Обобщенная задача коммутации
ПРОДВИЖЕНИЕ —
распознавание потоков и
коммутация на каждом
транзитном узле
Устройство, предназначенное для
выполнения коммутации,
называется коммутатором (switch).
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Обобщенная задача коммутации
ПРОДВИЖЕНИЕ — распознавание потоков и коммутация на каждом транзитном
узле
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Обобщенная задача коммутации
ПРОДВИЖЕНИЕ — распознавание потоков и коммутация на каждом транзитном
узле
На рис. показана коммутационная сеть, образованная из узлов 1, 5, 6 и 8, к
которой подключаются конечные узлы 2, 3, 4, 7, 9 и 10.
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Обобщенная задача коммутации
Мультиплексирование и демультиплексирование
Задача демультиплексирования (demultiplexing) — разделение суммарного
агрегированного потока, поступающего на один интерфейс, на несколько
составляющих потоков.
Задача мультиплексирования (multiplexing) — образование из нескольких отдельных
потоков общего агрегированного потока, который можно передавать по одному
физическому каналу связи
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Обобщенная задача коммутации
Мультиплексирование и демультиплексирование
Коммутатор, у которого все входящие информационные потоки
коммутируются на один выходной интерфейс, где мультиплексируются в один
агрегированный поток и направляются в один физический канал, называется
мультиплексором (multiplexer, mux). (рис. а)
Коммутатор, который имеет один входной интерфейс и несколько выходных,
называется демультиплексором. (рис. б)
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Обобщенная задача коммутации
Разделяемая среда передачи данных
Совместно используемый
несколькими интерфейсами
физический канал называют
разделяемым (shared).
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Обобщенная задача коммутации
Разделяемая среда передачи данных
Два однонаправленных физических канала
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Обобщенная задача коммутации
Разделяемая среда передачи данных
Один полудуплексный канал
Сети ЭВМ и средства коммуникации
Обобщенная задача коммутации
Разделяемая среда передачи данных
Схема "общая шина".