23850

Теоретическая модель цифровой сети связи

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Суть сети – соединение разного оборудования. Следовательно, одной из основных проблем является проблема совместимости. Поэтому, в настоящее время, все возможные пути развития сетей отражены в стандартах.

Русский

2014-10-12

83 KB

6 чел.

Лекция № .1

Теоретическая модель цифровой сети связи

1. Модель взаимодействия открытых систем

Суть сети – соединение разного оборудования. Следовательно, одной из основных проблем является проблема совместимости. Поэтому, в настоящее время, все возможные пути развития сетей отражены в стандартах.

В идеологической основой стандартизации является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. На основе этого подхода была разработана семиуровневая модель взаимодействия открытых систем.

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколом.

Модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами и с помощью стандартизованных форматов сообщений. Эти правила принято называть интерфейсом. Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему уровню. В сущности, протокол и интерфейс выражают одно и то же понятие, но традиционно в сетях за ними закрепили разные области действия: протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы — модулей соседних уровней в одном узле.

Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов. Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней — как правило, чисто программными средствами.

Модель OSI

В начале 80-х годов ряд международных организаций по стандартизации — ISO, ITU-T и некоторые другие — разработали модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI). Она определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень.

В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней (Рисунок 1): прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой,



канальный и физический. Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств.

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые операционной системой, системными утилитами, системными аппаратными средствами. Модель не включает средства взаимодействия приложений конечных пользователей.

Свои собственные протоколы взаимодействия приложения реализуют, обращаясь к системным средствам. Поэтому необходимо различать уровень взаимодействия приложений и прикладной уровень.

В стандартах ISO для обозначения единиц данных, с которыми имеют дело протоколы различных уровней, используется общее название протокольный блок данных (Protocol Data Unit, PDU). Для обозначения блоков данных определенных уровней часто используют специальные названия: кадр (frame), пакет (packet), дейтаграмма (datagram), сегмент (segment), а также сообщение (message).

В модели OSI различаются два основных типа протоколов. В протоколах с установлением соединения (connection-oriented) перед обменом данными отправитель и получатель должны сначала установить соединение и, возможно, выбрать некоторые параметры протокола, которые они будут использовать при обмене данными. После завершения диалога они должны разорвать это соединение (телефон).

Вторая группа протоколов — протоколы без предварительного установления соединения (connectionless). Такие протоколы называются также дейтаграммными протоколами. Отправитель просто передает сообщение, когда оно готово (письмо).

Физический уровень (Physical layer).

Этот уровень имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи, таким, например, как коаксиальный кабель. Витая пара, оптоволоконный кабель. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию, например, крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме этого, здесь стандартизуются типы разъемов и назначение каждого контакта.

Канальный уровень (Data Link layer).

Обеспечивает передачу сообщений в виде блоков данных – кадров (frame) через физический канал. Основное назначение – прием и передача кадров в сеть. Он физически адресует передаваемые сообщения, обеспечивает правильность использования физического канала, выявляет неисправности и ошибки передачи, синхронизации кадров и управления потоками сообщений.

Одной из задач этого уровня является проверка доступности среды передачи, если используется режим ее разделения между разными компьютерами. Другой задачей является реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами.

Функции протоколов канального уровня зависят от назначения протокола: передавать информацию в локальных вычислительных сетях или в транспортных магистральных сетях. Обеспечивает адресацию в сетях с базовой топологией (общая шина, звезда, кольцо).

В локальных сетях протоколы канального уровня ориентированы на использование разделяемой между компьютерами среды передачи данных.

В транспортных магистральных сетях, для которых характерна сложная и нерегулярная топология, канальный уровень обеспечивает обмен сообщениями между двумя соседними узлами, соединенными выделенными каналами или отдельными линиями связи.

Сетевой уровень (Network layer).

Он служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать совершенно различные принципы передачи сообщений между конечными узлами и обладать произвольной структурой связей. Кроме этого он решает также задачи согласования разных технологий, упрощения адресации в крупных сетях и создания надежных и гибких барьеров на пути нежелательного трафика между сетями. Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами.

На сетевом уровне определяются протоколы следующих типов:

  •  Сетевые протоколы (routed protocols) — реализуют продвижение пакетов через сеть.
  •  Протоколы маршрутизации (routing protocols) — обеспечивают обмен маршрутной информацией. С их помощью маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсетевых соединений.
  •  Протоколы разрешения адресов (Address Resolution Protocol - ARP) — отображают адрес узла, используемый на сетевом уровне, в локальный адрес сети.

Протоколы сетевого уровня реализуются программными модулями операционной системы, а также программными и аппаратными средствами маршрутизаторов. Примеры протоколов сетевого уровня: IP - протокол межсетевого взаимодействия стека TCP/IP; IPX - протокол межсетевого обмена пакетами стека Novell.

Транспортный уровень (Transport layer).

Этот уровень обеспечивает приложениям или верхним уровням стека — прикладному и сеансовому — передачу данных с требуемой степенью надежности. Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг: срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплексирования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное — способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря или дублирование пакетов.

Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программно средствами сетевых операционных систем. В качестве примера могут служить протоколы TCP и UDP стека TCP/IP и протокол SPX стека Novell.

Протоколы нижних четырех уровней обобщенно называют сетевым транспортом или транспортной подсистемой, так как они полностью решают задачу транспортировки сообщений с заданным уровнем качества в составных сетях с произвольной топологией и различными технологиями. Остальные три верхних уровня решают задачи предоставления прикладных сервисов на основании имеющейся транспортной подсистемы.

Сеансовый уровень (Session layer).

Он обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, а не начинать все сначала. На практике немногие приложения используют сеансовый уровень, и он редко реализуется в виде отдельных протоколов, хотя функции этого уровня часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.

Представительный уровень (Presentation layer).

С помощью средств данного уровня можно преодолеть синтаксические различия в представлении данных или же различия в кодах символов. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которому обеспечивается секретность обмена сразу для всех прикладных служб. Примером такого протокола является Secure Socket Layer (SSL), который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.

Прикладной уровень (Application layer).

Это набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением.

Примеры файловых служб: NCP в операционной системе Novell NetWare, SMB в Microsoft Windows NT, NFS, FTP и TFTP, входящие в стек TCP/IP.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11730. Создание серверной части приложения: Файлы базы данных, таблицы 14.8 KB
  Лабораторная работа №2 Создание серверной части приложения: Файлы базы данных таблицы. Цель: формирование практических умений и навыков применения языка TransactSQL для создания объектов базы данных собственно самой базы данных таблиц входящих в состав базы данных; р
11731. Визуальное проектирование структуры базы данных: таблицы, индексы 36.07 KB
  Лабораторная работа №3 Визуальное проектирование структуры базы данных: таблицы индексы. Цель: формирование практических умений и навыков работы с SQL Server в графическом режиме через SQL Manager: создание структуры таблицы наложение ограничений на поля просмотр таблиц ...
11732. Визуальное проектирование базы данных: условие ссылочной целостности, взаимосвязи 25.23 KB
  Лабораторная работа №4 Визуальное проектирование базы данных: условие ссылочной целостности взаимосвязи. Цель: закрепить практические умения и навыки установления условий ссылочной целостности взаимосвязей между таблицами один к одному один ко многим многие ко м...
11733. Клиентская часть: размещение не визуальных компонентов соединения с базой данных 17.34 KB
  Лабораторная работа №5 Клиентская часть: размещение не визуальных компонентов соединения с базой данных. Цель: закрепить практические умения и навыки управления не визуальными компонентами отображения соединения с базой данных. Закрепление навыков работы в среде п...
11734. Клиентская часть: размещение визуальных компонентов отображения таблиц 16.53 KB
  Лабораторная работа № 6 Клиентская часть: размещение визуальных компонентов отображения таблиц Цель: закрепить практические умения и навыки управления визуальными компонентами отображения таблиц организации запроса. Закрепление навыков работы в среде программир...
11735. Запросы на добавление данных 20.59 KB
  Лабораторная работа № 7 Запросы на добавление данных Цель: формирование практических умений и навыков составления запросов на добавление данных с помощью TransactSQL оператор Insert и с помощью SQLManager в графическом режиме. Закрепить практические умения и навыки работы с т...
11736. Запросы на редактирование и удаление данных 12.27 KB
  Лабораторная работа №8 Запросы на редактирование и удаление данных Цель: формирование практических умений и навыков составления запросов на редактирование и удаление данных с применением операторов языка TransactSQL Update Delete и SQLManager в графическом режиме. Выполнил: С...
11737. Создание триггера. Каскадные воздействия 12.47 KB
  Лабораторная работа №910 Создание триггера. Каскадные воздействия Цель: формирование практических умений и навыков создания триггеров различных видов; связей реализуемых с помощью триггеров; триггеров выполняющих определенные действия при запуске. Закрепить прак...
11738. Создание хранимой процедуры 17 KB
  Лабораторная работа №11 Создание хранимой процедуры Цель: формирование практических умений и навыков создания хранимых процедур; применения входных и выходных параметров хранимой процедуры; создания функции. Закрепить практические умения и навыки работы с операто