14.1. Эталоннаямодельвзаимодействия открытыхсистем
Организация передачи информации в пакетных сетях существенно отличается от принципов передачи информации в сетях с коммутацией каналов. При разбиении исходной информации на отдельные блоки и последующей их пересылке необходимо предусмотреть механизмы, обеспечивающие безошибочное прохождение этих блоков внутри сети и вне ее. Наличие большого числа удаленных друг от друга абонентов или терминалов предполагает адресацию промежуточных и оконечных устройств и эффективную маршрутизацию пакетов данных по мере их доставки от источника к получателю.
Рассмотрим коротко основные принципы передачи информации в пакетных сетях, построенных на основе эталонной модели взаимодействия открытых систем.
В 1978 г. в Международной организации по стандартизации был создан подкомитет SC16, в задачи которого входила разработка международного стандарта для взаимосвязи открытых систем. При этом «открытой» называли систему, которая может взаимодействовать с любой другой, удовлетворяющей требованиям стандарта. Так появилась концепция эталонной модели взаимодействия открытых систем (ВОС), определяющая принципы взаимосвязи между отдельными стандартами и основу для обеспечения возможности параллельной разработки нескольких необходимых стандартов.
Эталонная модель предполагает структуру (рис. 14.1), в которой все процессы разнесены на семь взаимоподчиненных уровней.
При этом уровень с меньшим номером предоставляет услуги смежному с ним верхнему уровню, используя для этого услуги смежного с ним нижнего уровня. Следовательно, самый верхний седьмой уровень только потребляет услуги, а самый нижний первый - только предоставляет их.
Задачей всех уровней в конечном счете является обеспечение прикладных процессов, т.е. процессов, связанных с вводом, хранением, обработкой и выдачей информации пользователям. Однако наряду с прикладными процессами существует значительное число различных процессов поддержки, организация которых связана с наличием соответствующих протоколов. Все протоколы принято условно подразделять на две категории: протоколы верхнего уровня (с 5-го по 7-й) и протоколы нижнего уровня (с 1-го по 4-й).
Наивысшим является прикладной (пользовательский) уровень, определяющий смысловое содержание информации, которой обмениваются открытые системы при совместном решении поставленной задачи.
Шестой уровень называется уровнем представления, т.е. он определяет формат представления сетевой информации, поскольку сеть может объединять различные оконечные терминалы. Заметим, что в гипотетическом случае полностью однородной среды надобность в таком уровне отпадает.
Основным назначением пятого — сеансового — уровня является организация способов взаимодействия между прикладными процессами: их соединения, поддержки совместной работы и разъединения.
Главная задача протоколов нижнего уровня состоит в быстром и надежном перемещении необходимой для передачи информации, поэтому их часто называют протоколами транспортной сети. Вход в транспортную сеть осуществляется через так называемый порт, которым обеспечен каждый процесс, и перед входом в транспортную сеть пользовательская информация получает заголовок того процесса, который ее породил.
Четвертый — транспортный — уровень служит для обеспечения пересылки сообщений между двумя взаимодействующими системами с использованием более низких уровней. Конкретно данный уровень принимает от вышестоящего уровня некоторый блок данных и обеспечивает его транспортировку через сеть к удаленному пользователю.
Следует подчеркнуть, что в задачи уровней, находящихся выше транспортного, не входит знание структуры сети, т.е. им известны лишь удаленные пользователи (или системы), с которыми они взаимодействуют.
В задачи третьего — сетевого — уровня входят маршрутизация сообщений, организация транспортных каналов и управление
информационными потоками, а также учет предоставленных услуг.
Второй — канальный — уровень представляет собой организованный на основе физического соединения комплекс методов и Процедур управления каналом передачи данных (например, установление соединения, его поддержка и разъединение, обнаружение и исправление ошибок).
Наконец, первый — физический — уровень обеспечивает непосредственную связь с физической средой передачи информации. Он определяет правила передачи сообщений через физическую среду (частотный диапазон, используемые сигналы, методы модуляции), а также механические и электрические характеристики сетевых устройств.
Приведенная семиуровневая модель является традиционной при описании взаимодействия открытых систем. Тем не менее спустя некоторое время после появления и успешного использования данной модели в США в Институте инженеров по электротехнике и электронике (IEEE — InstituteofElectricalandElectronicsEngineers) была разработана ее модификация. Суть этой модификации заключалась в том, что канальный уровень подразделялся на два подуровня: управления логическим каналом и доступа к среде.
Уровень управления логическим каналом (LCC— LogicalLinkControl) отвечает за достоверную передачу кадров между абонентами (терминалами), а также реализует взаимодействие с сетевым уровнем.
Главной функцией уровня доступа к среде (MAC — MediaAccessControl) является, как это следует из его названия, обеспечение доступа к каналу. Кроме того, на этом уровне производится согласование режимов работы физического и канального уровней.
14.2. Стекпротоколов TCP/IP
В настоящее время не ослабевает рост интенсивности потоков Пользовательской информации, а следовательно, и эффективности ее обработки. Глобальная сеть Интернет изменила способ представления информации, собрав на своих серверах все ее виды: [текст, звук, графику, видео.
Фактически создание любой локальной сети тем или иным способом затрагивает необходимость обращения к ресурсам Интернет, т.е. приводит к необходимости регулирования процессов Межсетевого взаимодействия. Для поддержки таких процессов было [Создано семейство протоколов, которое в дальнейшем было нарвано стеком протоколов (TCP/IP — TransmissionControlProtocol/IntemetProtocol)1. Основными задачами этого семейства протоколов являются следующие:
• распознавание сбоев в сети и восстановление ее работоспособности;
• распределение ресурсов сети между отдельными пользователями и уменьшение потоков данных при ее перегрузке;
• отслеживание задержки и потери пакетов;
• определение ошибок в переданных сообщениях и использование методов коррекции;
• обеспечение упорядоченного движения пакетов в сети.
Протоколы TCP/IP обеспечивают пользователям два основных преимущества.
1,Дейтаграммный механизм доставки пакетов. Маршрут передачи небольшой части сообщения (пакета) определяется на основа
нии адресной информации, входящей в его состав, а доставка
отдельных частей осуществляется независимо друг от друга по раз
личным маршрутам. Такой тип доставки делает протоколы TCP/IP
легко адаптируемыми к широкому диапазону сетевого оборудования.
2.Надежные транспортные потоки. Большинство приложений
требует от программного обеспечения автоматического восстановления ошибок, возникающих в процессе передачи. Надежные транспортные потоки позволяют устанавливать логическое соединение между приложениями, а затем посылать по этому соединению большие объемы данных.
Колоссальный рост сети Интернет и желание абонентов пользоваться услугами глобальной сети способствовали непрерывному и упорядоченному развитию протоколов TCP/IP. Координационный совет сети Интернет (IAB— InternetActivitiesBoard) разработал серию документов RFC (RequestsForComments), описывающих сетевые услуги и их реализацию, в том числе стандарты TCP/IP. При этом следует иметь в виду, что протоколы TCP/IP всегда публикуются в виде документов RFC, но не все документы RFCопределяют стандарты протоколов.
1 История создания TCP/IP началась с момента, когда Министерство обороны США столкнулось с проблемой объединения большого числа компьютеров с различными операционными системами. Для этого в 1970 г. была разработана и реализована экспериментальная сеть с пакетной коммутацией — ARPANET(AdvancedResearchProjectAgencyNETwork). Эксперимент по применению TCP/IPбыл признан положительным, и семейство стандартов было принято в эксплуатацию, а в дальнейшем усовершенствовалось в целях адаптации в локальных сетях.
В 1980 г. стек протоколов TCP/IP стал использоваться как часть операционной системы BerkleyUnixv4.2, а в 1983 г., когда окончательно завершилось формирование сети Интернет, Министерство обороны США постановило, что все компьютеры, подсоединенные к глобальной сети, должны использовать указанные протоколы.
Содержание документов RFCподразделяется на две части:
• состояние стандартизации: стандарт утвержден, стандарт предложен к рассмотрению, предложен экспериментальный протокол, протокол устарел и в настоящее время не используется;
• статус протокола: требуется для внедрения, рекомендуется для внедрения, может внедряться производителем по выбору, не рекомендуется к внедрению.
Стек TCP/IP был разработан до появления модели ВОС, поэтому соответствие его уровней (рис. 14.2) уровням модели ВОС достаточно условное.
Структуру TCP/IP можно разделить на четыре уровня. Самый нижний уровень — сетевого интерфейса (уровень IV) соответствует физическому и канальному уровням модели ВОС. Этот уровень отвечает за прием дейтаграмм и их передачу по выбранному маршруту. Он поддерживает протоколы физического и канального уровней широко распространенных локальных и глобальных сетей, таких как Ethernet, TokenRing, FDDI, X.25.