45496

Иерархия протоколов

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Информационная совместимость – это правила передачи информации от одного узла к другому. Для того чтобы передать информацию от одного узла другому используют как минимум три уровня: физический; канальный; сетевой; На физическом уровне описаны характеристики передающей среды Основной задачей канального уровня является преобразование физической среды в канал передачи данных а так же выявление ошибок и деление информации на кадры. Кадр – единица измерения для передачи информации для сетей. Первые четыре уровня обеспечивают...

Русский

2013-11-17

304 KB

11 чел.

Иерархия протоколов.

ПО сетей служит для обеспечения коммуникации объектов в единое информационное  пространство.

Основным ПО является протокол. Протокол обеспечивает совместимость узлов сети. Совместимость бывает:

  •  Информационная;   Конструктивная;    Электрическая.

Информационная совместимость – это правила передачи информации от одного узла к другому. Информационная совместимость обеспечивает заданную структуру кадра, средство распознания ошибок, виды и форматы адресации и другие параметры. Для обеспечения информационной совместимости для сетей  создаются стандарты и ассоциации.

В стандарте сформированы основные правила формирования информации и правила ее распознавания.

Ассоциациями регламентируются профили оборудования, профили отраслей, профили системы.(LonMark – для LonWorks; EIBA, KNX для EIB)

Профилирование- обеспечение одинаковых профилей устройства.

 Конструктивная совместимость – это обеспечение заданных видов разъемов для подключения в сеть.

Электрическая совместимость – обеспечение согласованности всех уровней напряжения тока в физической среде. Рассматривается уровень не только напряжения, но и мощности. Так же это обеспечение взаимодействия проводников.

Для разработки узла все функции системы были распределены на уровни протоколов для простоты реализации.

В связи с этим международная организация по стандартам распределила все функции на  семь уровней. И назвали эту модель ВОС – взаимодействие открытых систем.

Нижним уровнем данной модели является физическая среда. Внешний уровень служит для обеспечения взаимодействия с пользователями.

В разных сетях число уровней и их название, содержание и функции могут быть  разные, но во всех сетях назначение каждого уровня одно и то же.

Иерархия уровней позволяет обеспечить определенный сервис верхних уровней и обеспечить независимость реализации верхних уровней от нижних . Для каждого уровня  было внедрено понятие протокола уровня.

Протокол уровня – правило и соглашение по установлению связи ее поддержанию между уровнями. Физически каждый уровень может взаимодействовать только с соседним уровнем.

На логическом уровне реализуется взаимодействие между одинаковыми уровнями разных систем. Передача информации осуществляется через нижестоящий уровень.

Набор уровней и протоколов уровней называется – архитектурой сети.

Спецификация архитектуры сети – должна содержать достаточно информации для разработки сетевого программного обеспечения каждого уровня. Стек протоколов – конкретный набор протоколов, используемый на конкретной машине.

Модель ВОС.

Для того чтобы передать  информацию от одного узла другому используют как минимум три уровня:

физический;  канальный;  сетевой;

  1.  На физическом уровне описаны характеристики передающей среды
  2.  Основной задачей канального уровня является  преобразование физической среды в канал передачи данных, а так же выявление ошибок и деление информации на кадры. Кадр – единица измерения для передачи информации для сетей. Размер кадра зависит от доступа, от типа сети и характеристики протокола.
  3.  Сетевой уровень отвечает за функционирование подсети. Основной проблемой является маршрутизация пакетов от отправителя к получателю.
  4.  Транспортный уровень обеспечивает прием данных с установленной сессией, разбиение информации на мелкие единицы. И передача информации с заданной целостностью до адресата.

Первые четыре уровня обеспечивают  межсетевое соединение и образуют канал передачи данных.

  1.  Сессионный уровень определяет управление диалогом, маркером и обеспечивает синхронизацию функционирования узлов. Можно выделить контрольные точки в которых проверяется надежность информации.
  2.  Уровень представления данных определяет  семантику, синтаксис представляемой информации. Реализуются методы кодирования, аутентификации и специализируются  высокоскоростные для систем реального времени.
  3.  На прикладном уровне реализуется обеспечение доступа пользователя к сети. Обеспечивается терминальный доступ, а также доступ через передачу файлов и данных.

На каждом нижестоящем уровне количество накладных расходов увеличивается на системе, передающей данные. На системе, принимающей данные, на каждом уровне, начиная  с нижнего производится проверка данных и передача на следующий уровень.

Для оценки производительности существует специальные методы и подходы

MU – показывает отношение полезной передачи информации к общему числу переданных данных (с учетом накладных расходов).

BU – показывает количество переданной информации за заранее заданное время передачи и является отношением количества передаваемых данных к количеству возможных данных  в единицу времени (это КПД шины %). Если BU>100%, то это означает, что за заранее заданное время передать данную информацию невозможно.

BDU- показывает во сколько раз может быть увеличена длинна сообщения для того, чтобы сеть оставалась работоспособной. Если единица, то увеличение не возможно, некоторые данные могут быть не доставлены, но при этом  шина является работоспособной.

Эталонная модель TCP/IP.

Основной целью создания TCP/IP послужила разработка унифицированных способов межсетевого взаимодействия. В основу протокола были положены два основных уровневых протокола:

  1.  TCP – это протокол управления передачей;
  2.  IP – межсетевой протокол.

Второй целью являлось создание протоколов, независимых от характеристик конкретных  Host – машин, маршрутизаторов, шлюзов.

Разработка велась по заданию мин обороны США. Проект назвали – сеть ARPA. Для реализации сети были выдвинуты следующие требования:

- сеть должна функционировать в случае выхода из строя отдельных компонентов во время соединения (связь должна поддерживаться, пока источник информации и получатель работоспособны);

- архитектура  сети не должна ограничивать приложения (должна быть возможность передачи файлов речи, изображенных в реальном времени).

В дальнейшем данная сеть была приведена к стандартной модели OSI.

  1.  HOST TO NETWORK.

Реализованы аппаратные функции передачи данных и организации каналов. Реализованы методы доступа в сеть (LAN, ARPANET, Packet Radio, SATNET). Они определили физический проводник и метод сформированных кадров.

  1.  Межсетевой.

В его основе протокол IP. Сеть IP – это сеть с коммутацией пакетов с межсетевым уровнем без соединений. Является основой всей архитектуры. Назначение – доставка пакетов, двигающихся в сети независимо друг от друга, даже если получатель принадлежит другой сети. При этом очередность пакетов передаваемых и получаемых могут быть различными.

Задачей IP уровней является склейка  пакетов в надлежащем порядке. Уровень IP определяет формат пакета. В протоколе IP формат пакета не является официальным международным стандартом и определяется соглашением.

  1.  Реализация двух протоколов: TCP и UDP.

Его задачей является обеспечение связи типа точка- точка между двумя равнозначными узлами.

TCP – надежный протокол с соединением. Он получает поток байт, фрагментирует его на отдельные сообщения и передает его на межсетевой уровень. На машине получателя, данное сообщение собирается в один поток байт и передается на прикладной уровень.

UDP – без установки соединения для приложений, которые используют свои способы фрагментации и управления потоком. Он формирует данные по заданию пользователя. Соединение устанавливается по команде от пользователя.

  1.  Уровень приложений.

Кроме функций взаимодействия с пользователем реализуются функции для установки сессии и представления данных (для 5 и 6 уровне OSI).

Пример протоколов: Telnet( представляет виртуальный терминал, который обеспечивает передачу информации от пользователя на удаленный хост). Основное назначение – передача команд. Требует постоянного соединения TCP

FTP- для передачи больших объемов информации. Передача файлов – основное назначение. Протокол имеет набор команд, которые пользователь использует, а так же  предоставляет интерфейс по передаче файлов. Во время передачи соединения должно быть постоянно.

SMTP, POP3, IMAP4 - для передачи электронной почты. Для исходных сообщений – SMTP, который устанавливает соединение в рамках локальной подсети и передает информацию в заданном формате. После получения данного пакета сервером данные передаются на сервера входящей почты POP3 и  IMAP4. В отличии от SMTP требуют идентификации пользователя. Разделение основывается в авторизации. IMAP4 обеспечивает защищенные соединения.

DNS – служба имен домена. Необходима для отражения логики имен хост – машин по заданному сетевому адресу.

На первом сетевом адресе может быть зарегистрировано  несколько доменных имен(это для того, чтобы размещать несколько серверов на одном узле). DNS является распределенной системой и в Internet располагает большое количество этих узлов.

Принцип определения узлов:- сначала доменное имя определяется в рамках локальной подсети- если имя не определенно, информация поступает на следующий по уровню сервер. Так до тех пор, пока либо не истечет время, либо не определится адрес.NNTP – для передачи новостей. Используется для подключения к новостным серверам.HTTP, HTTPS – для передачи гипертекстовых документов. HTTPS передает по защищенному соединению с проверкой сертификата.UDP –самостоятельно от пользователя определяется принцип взаимодействия узлов. Передача информации осуществляется через соответствующий порт, открытый на сетевых узлах. Инициатор соединения – сервер. Обращение производится из приложения пользователя.

Достоинства и недостатки модели OSI и TCP/IP.

Модели OSI и TCP/IP имеют уровневую структуру и поддерживают понятие стека протокола.Для OSI модели:

Основные понятия:Сервис – услуга представляемая одним уровнем другому.

Интерфейс – определяет для вышележащего уровня доступ к сервису.

Протокол – определяет реализацию сервиса.

Обе модели можно представить с объектной точки зрения:

Набор методов объекта – это сервис – определяет те операции, которые этот объект может выполнять. Каждый метод имеет собственный интерфейс – набор параметров или внешнюю часть объектов. Скрытая часть объектов – протокол – является независимым для объекта.

Для TCP/IP модель:Не имеет четкого разделения параметров.

Понятие протокола независимо от остальных частей модели, это связано с тем , что TCP/IP модель создавалась после появления первичных протоколов.

Недостатки OSI модели:

  1.  Модель создавалась до появления необходимой группы протоколов;
  2.  Модель ВОС является не технологичной и это связано с:

1.функционирование между семью уровнями распределено не равномерно; 2.стандарт ВОС ориентирован на IBM SNA; 3.описание модели, ее протоколов очень сложны и соответственно учет в разработке  нового протокола небольшого количества функции; 4.некоторые функции повторяются на каждом уровне такие как:  управление потоком,  исправление ошибок, адресация; 5.для некоторых функции отсутствует явное указание их назначения на заданный уровень; 6.модель ориентированна на сервис с соединениями и не уделяет время на сервис без соединения; 7.в модели доминирует связь, а не вычисления и не отражена взаимосвязь между вычислениями и связью; 8.отсутствие эффективности средств анализа информации в протоколе; 9.Трудная реализация модели, особенно первые реализации, были громоздки и неэффективны особенно  с семью уровнями; 10 Неправильная стратегия создания модели. При реализации не учитывались требования, предъявляемые к сетям.

Недостатки TCP/IP модели:

  1.  Нет разграничения между понятиями сервис, интерфейс и протокол;
  2.  Модель может быть использована только для вычислительных сетей и не применяется для промышленных сетей;
  3.  Уровень Host-сеть по существу уровнем не является, а является интерфейсом;
  4.  Отсутствует деление физической среды передачи данных и канального уровня;
  5.  Эффективным образом разработано только два протокола TCP и IP, все остальные являются недоработанными.

На основании модели ВОС создаются промышленные сети автоматизации, учитывающие необходимый набор уровней.

Для протокола TCP/IP сеть существует, а модели нет.

Примеры сетей.

  1.  ARPANET-была разработана в середине 60-х годов по заказу министерства обороны США.  Основным назначение было создание связи и управления связью между командными пунктами для замены телефонной связи.

Основной идеей является коммутация пакетов. На базе IMP-компьютеров. Каждый узел соединялся с двумя другими узлами.

V=56 кбит/сек

IMP-host – вычислительные узел

Затем применяли спутниковую и радиосвязь. Создание сети для связи двух континентов.

В 1974г родился протокол TCP/IP. Были разработаны UNIX, BSD 4.3, а  ARPANET использовался для служебных целей.

Данная сеть являлась первой сетью объединяющей несколько локальных сегментов на базе протокола TCP/IP.

  1.  INTERNET- начала свое развитие 1983г, но первое сообщение было создано в 1992г.

1983 - TCP/IP стал  официальным протоколом Arpanet. К Arpanet подключили NSFnet – эта сеть научного фонда США.

К второй половине 80 –х число сетей в Internet насчитывало 3000 подсетей и 200000 узлов.

1992 – число host – машин достигло 1 миллиона.

1995 – 20 миллионов host – машин.

2000 – 100 миллионов host – машин.

Рост сети связан с тем, что в эту сеть подключаются ранее созданные сети.

В Internet  входят:

  1.  SPAN – сеть космической физики НАСО;
  2.  HEP – сеть физики высоких энергий;
  3.  BITNET- сеть мэйнфрэймов IBM;
  4.  EARN-  европейская сеть научно-исследовательских организаций. Для соединения используется TCP/IP стек. Соответственно соединение вычислительных узлов должно быть постоянно. Подключение через модем не относится к подключению сети Internet. Для передачи в данной сети был разработан в 90е года стандарт WWW, который разработал Тим Бернес Ли. До этого обмен информацией производился IP – пакетами, Telnet, FTP, новости, e-mail.
  5.  X.25 – сеть телефонов. Она определяет информационную сеть с коммутацией пакетов. Используется в основном в Европе. На физическом уровне она реализована на основе протокола Х.21. в качестве физической среды передачи Х.21 реализована на паре RS-232. На уровне канальном реализовано функциональное обнаружение ошибок. На сетевом уровне реализована адресация, управление потоками, подтверждение доставки сообщения и прерывание передачи. Максимальный размер пакета 128 байт. Скорость передачи 64 Кбит/сек. Стандарт ориентирован на соединение и поддерживает режим виртуальных каналов и постоянного канала. Для совместимости с другим оборудованием был реализован специальный модуль PAD, который основан на базе Х.3, Х.28, Х.29. данный модуль функционирует как черный ящик.

Основной принцип связи -  это коммутация каналов. Для этой сети реализована служба – Erame Relay – данная служба позволяет передавать пакеты длинной 1600 байт и управляет скоростью передачи данных. Принцип работы службы заключается  в аренде виртуальной машины. За счет этого в виртуальной машине обеспечивается стабильная скорость передачи и управление передачей.

Х1, Х2 – виртуальный канал использует линию, которая является свободной в данный момент.

За доставку сообщения отвечает данная служба.

  1.  ISDN и ATM  - телекоммуникационные сети. Основной идеей ATM является передача данных небольшими порциями фиксированной длинны. Технология использует асинхронный способ передачи данных.

АТМ – технология ориентированна на соединения. Перед передачей данных сначала устанавливают соединения, а потом передаются данные. Доставка данных не гарантируется, но гарантируется порядок передачи данных.

АТМ используют систему с коммутацией пакетов. Скорость передачи 622 Мбит/сек. Областью применения считается передача видео информации по заказу. Но в текущий момент используются для организации высокоскоростного Internet передачи данных.

ISDN – служит для передачи видео, аудио шифрованных данных высокого качества и для обеспечения связи между локальными сетями. Основой ISDN является технология АТМ. Основное назначение в разделении входящей и выходящей информации и служит для организации качественной передачи данных с обнаружением ошибок.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18813. Биосфера – глобальная экосистема 72.5 KB
  Лекция 5 Тема: Биосфера – глобальная экосистема. План 1. Общие закономерности организации биосферы. Структура и границы. 2. Закон В.И. Вернадского о биогенной миграции атомов в биосфере. 3. Основные функции живого вещества. 4. Место человека в биосфере. Концепция и кри...
18814. Биогеохимические циклы. Круговорот веществ в природе 53 KB
  Тема: Биогеохимические циклы. План лекции Круговорот веществ в природе Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных биогенных веществ Весь лик Земли: все ее ландшафты атмосфера химический состав вод – все это обязано своим происхождением прежд
18815. Глобальные проблемы современности, Парниковый эффект, озоновые «дыры», кислотные дожди 90.5 KB
  Глобальные проблемы современности. Понятие загрязняющего вещества. Классификация загрязнений. Краткая характеристика загрязнения сред биосферы. Парниковый эффект озоновые дыры кислотные дожди Понятие загрязняющего вещества...
18816. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 93 KB
  Лекция 7. Тема: ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ План лекции 1. Общие положения охраны природной среды при хозяйственной деятельности. Концепция управления природными ресурсами по законам экологии. Инженерные природоохранные мероприятия 1. Общ
18817. Экологическая защита и охрана ОПС 77.5 KB
  Экологическая защита и охрана ОПС Примечание: Материал воспроизведен по Маковику. В этом источнике он хорошо систематизирован. Жирным курсивом выделена информация кот. будет использована во время третьего тестового контроля федеральные тестовые вопросы ...
18818. Основы экологического права. Ответственность за экологические нарушения 107.5 KB
  Лекция №9. Тема: Основы экологического права. План 1.Источники экологического права. 2.Государственные органы охраны окружающей среды. 3.Экологическая экспертиза. 4.Экологический мониторинг. 5. Экологический вред и экологический риск 6. Ответственность за ...
18819. Основы защиты водных объектов от загрязнения 89 KB
  Лекция №12 Тема: Основы защиты водных объектов от загрязнения. План Запасы природных вод. Основы классификации природных вод. Характеристика водопользования и водопотребления. Критерии качества воды. Промышленная классификация вод и систем водоснабжен...
18820. Нормирование качества окружающей среды 215.5 KB
  Лекция №11 Тема: Нормирование качества окружающей среды План Понятие качества окружающей среды Санитарногигиеническое и экологическое нормирование Экологическая стандартизация Экологическая паспортизация Экологический сертификат и экологиче
18821. Экология. Курс лекций 285 KB
  Экология. Введение курс экология. План лекции: Экология как наука. Об основных законов и принципах функционирования системы общества природы. Современная структура основные направления развития экологии. Цели и задачи и общее содержание курса Эк