Модель IEEE 802, ее соответствие эталонной модели OSI
Доклад №2
«Сетевая модель OSI. Задачи уровня MAC. Задачи уровня LLC.»
- Проблема стандартизации сетевых технологий
В реальных сетях соединено разное оборудование от разных производителей, из-за этого возникает проблема совместимости. Если бы все производители не придерживались стандартов при производ-
стве оборудования и программного обеспечения для сети, то прогресс в деле «строительства» сетей был бы невозможен. Поэтому развитие компьютерной отрасли описывается в стандартах, и любая
новая технология приобретает законный статус, когда ее содержание опубликовано в соответствующих стандартах. Что касается технологий, которые были разработаны до появления процедур согласования
стандартов, то они используются de facto, т.е. по фактическому положению дел, и никто не возьмется его менять. Согласованием и публикацией стандартов занимается ряд общественных некоммерческих организаций. Например, стандартами для сетевых приложений, протоколов, ОС, линий связи занимаются:
· Международная организация по стандартизации (ISO – International
Organization for Standardization – всемирное объединение организаций по выработке стандартов, включающее более 100 государств;
· Национальный институт стандартизации США (ANSI – American
National Standards Institute). Представитель США в ISO. Стандарты ANSI часто принимаются ISO в качестве международных;
· Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE -Institute of Electrical and Electronic Engineers – североамериканскаяорганизация, опубликовавшая рекомендации рабочей группы 802
|
|
|
(IEEE 802 working group), содержавшие стандарты, определяющие
протоколы, известные в настоящее время как Ethernet и Token Ring, а
также многие другие;
· Проблемная группа проектирования сети Интернет (IETF –Internet Engineering Task Force – группа разработчиков и консультан-
тов, созданная специально для выработки стандартов интернет-
технологий, включая протокол TCP/IP.
· В РФ проблемами стандартизации передачи данных в сетях занимается Госстандарт России (http://www.gost.ru/).
OSI
В 1984 г. Международная организация по стандартизации ISO предложила модель взаимодействия устройств в вычислительной сети, которой можно следовать при разработке новых сетевых техно-
логий и анализе существующих. Предполагалось, что это будет первым шагом к международной стандартизации протоколов, которые используются в сетях. Открытой называют систему, с которой можно устанавливать связи для обмена информациейс другими системами. Конкретные правила взаимодействия систем описываются протоколами
Модель OSI была разработана на основании большого опыта, полученного при создании компьютерных сетей, в основном глобальных, в 70-е годы. Полное описание этой модели занимает более 1000 страниц текста.
|
|
|
Эталонная модель OSI сводит задачу передачи информации в сети к семи относительно простым подзадачам и состоит из семи уровней. Каждое устройство или программа должна решать од-
ну из этих подзадач, т.е. находиться на одном уровне модели.
В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень имеет дело с определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств.
На каждом уровне модели OSI действуют свои правила, свои протоколы.
В принципе, протоколы одного уровня ничего не должны знать о том, как работают протоколы другого уровня. Сетевые устройства разных уровней на разных системах не взаимодействуют напрямую.
Передача данных происходит только на физическом уровне. Протоколы каждого уровня надстраиваются один над другим. Для того,чтобы обратный процесс декодирования данных прошел успешно,
все уровни на всех системах в сети должны работать без ошибок и одинаково.
Необходимо заметить, что хотя комитет ISO разработал протоколы, которые точно соответствовали эталонной модели, на практике они не используются, так как проиграли в конкурентной
|
|
|
борьбе протоколам TCP/IP.
(источник : «UNIX. Руководство системного администратора» Эви Немеет)
• Эти протоколы основывались на концепциях, не имеющих в современных сетях никакого смысла.
• Их спецификации были в некоторых случаях неполными.
• По своим функциональным возможностям они уступали другим протоколам.
• Наличие многочисленных уровней сделало эти протоколы медлительными и трудными для реализации.
Многие производители обязательно приводят свою продукцию в соответствие с моделью OSI. Но до сих пор часть производителей использует собственные стандарты, поэтому ряд сетевых продуктов
не совместим между собой.
Для обозначения блоков данных определенных уровней часто используются специальные названия: кадр (frame), пакет (packet), дейтаграмма (datagram), сегмент (segment).
Уровни.
Физический уровень (Physical layer) имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи, таким, 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, такую как крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме того, здесь стандартизируются типы разъемов и назначение каждого контакта.
|
|
|
Физический уровень:
· передача битов по физическим каналам;
· формирование электрических сигналов;
· кодирование информации;
· модуляция.(название пакета данных – модулированный сигнал определенной частоты
Реализуется аппаратно.
Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.
Канальный уровень
На физическом уровне просто пересылаются биты. При этом не учитывается, что в тех сетях, в которых линии связи используются (разделяются) попеременно несколькими парами взаимодействующих компьютеров, физическая среда передачи может быть занята. Поэтому одной из задач канального уровня (Data Link layer) является проверка доступности среды передачи. Другая задача канального уровня — реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами (frames). Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра помещая специальную последовательность бит в начало и конец каждого кадра, для его выделения, а также вычисляет контрольную сумму, обрабатывая все байты кадра определенным способом, и добавляет контрольную сумму к кадру. Когда кадр приходит по сети, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка. Канальный уровень может не только обнаруживать ошибки, но и исправлять их за счет повторной передачи поврежденных кадров . Необходимо отметить, что функция исправления ошибок для канального уровня не является обязательной, поэтому в некоторых протоколах этого уровня она отсутствует, например в Ethernet и frame relay.
Функции канального уровня
· Надежная доставка пакета:
· Между двумя соседними станциями в сети с произвольной топологией.
· Между любыми станциями в сети с типовой топологией:
· проверка доступности разделяемой среды;
· выделение кадров из потока данных, поступающих по сети; формирование кадров при отправке данных;
· подсчет и проверка контрольной суммы.
Реализуются программно-аппаратно.
В локальных сетях протоколы канального уровня используются компьютерами, мостами, коммутаторами и маршрутизаторами. В компьютерах функции канального уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и их драйверов.
Сетевой уровень (Network layer) служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать различные принципы передачи сообщений между конечными узлами и обладать произвольной структурой связей. Функции сетевого уровня достаточно разнообразны. Рассмотрим их на примере объединения локальных сетей.
Сетевой уровень — доставка пакета:
· между любыми двумя узлами сети с произвольной топологией;
· между любыми двумя сетями в составной сети;
· сеть — совокупность компьютеров, использующих для обмена данными единую сетевую технологию;
· маршрут — последовательность прохождения пакетом маршрутизаторов в составной сети.
Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией, и ее решение является одной из главных задач сетевого уровня. Эта проблема осложняется тем, что самый короткий путь — не всегда самый лучший. Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных; оно зависит от пропускной способности каналов связи и интенсивности трафика, которая может с течением времени изменяться.
Маршрутизатор — это устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения.
Транспортный уровень
На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть искажены или утеряны. Хотя некоторые приложения имеют собственные средства обработки ошибок, существуют и такие, которые предпочитают сразу иметь дело с надежным соединением. Транспортный уровень (Transport layer) обеспечивает приложениям или верхним уровням стека — прикладному и сеансовому — передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. 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 и дублирование пакетов.
Транспортный уровень — обеспечение доставки информации с требуемым качеством между любыми узлами сети:
· разбивка сообщения сеансового уровня на пакеты , их нумерация;
· буферизация принимаемых пакетов;
· упорядочивание прибывающих пакетов;
· адресация прикладных процессов;
· управление потоком.
Сеансовый уровень (Session layer) 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.
Сеансовый уровень — управление диалогом объектов прикладного уровня:
установление способа обмена сообщениями (дуплексный или полудуплексный);
синхронизация обмена сообщениями;
организация "контрольных точек" диалога.
Представительный уровень
Представительный уровень (Presentation layer) имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. За счет уровня представления информация, передаваемая прикладным уровнем одной системы, всегда понятна прикладному уровню другой системы. С помощью средств данного уровня протоколы прикладных уровней могут преодолеть синтаксические различия в представлении данных или же различия в кодах символов. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных служб.
Уровень представления — согласовывает представление (синтаксис) данных при взаимодействии двух прикладных процессов:
· преобразование данных из внешнего формата во внутренний;
· шифрование и расшифровка данных.
Прикладной уровень
Прикладной уровень (Application layer) — это в действительности просто набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют совместную работу, например с помощью протокола электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением (message).
Прикладной уровень — набор всех сетевых сервисов, которые предоставляет система конечному пользователю:
идентификация, проверка прав доступа;
принт- и файл-сервис, почта, удаленный доступ...
Модель IEEE 802, ее соответствие эталонной модели OSI
В 1980 году в институте IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) был организован комитет 802 по стандартизации локальных сетей. Результатом его работы было принятие семейства протоколов IEEE 802, содержащих рекомендации по проектированию нижних уровней локальных сетей.
Стандарты IEEE 802 охватывают только два нижних уровня семиуровневой эталонной модели OSI, а именно физический и канальный. Это связано с тем, что именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей.
Medium Access
Control (MAC)
Функции уровня МАС включают реализацию протокола доступа Demand Priority, подготовки линии связи и формирования кадра соответствующего формата.
Метод Demand Priority (приоритетный доступ по требованию) основан на том, что узел, которому нужно передать кадр по сети, передает запрос (требование) на выполнение этой операции концентратору. Каждый запрос может иметь либо низкий, либо высокий приоритеты.
Высокоприоритетные запросы всегда обслуживаются раньше низкоприоритетных. Требуемый уровень приоритета кадра устанавливается протоколами верхних уровней, и передается для отработки уровню МАС.
Уровень MAC появился из-за существования в локальных сетях разделяемой среды передачи данных. Именно этот уровень обеспечивает корректное совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом в распоряжение той или иной станции сети. После того как доступ к среде получен, ею может пользоваться более высокий уровень - уровень LLC, организующий передачу логических единиц данных, кадров информации, с различным уровнем качества транспортных услуг.
Все разработки протоколов MAC-подуровня базируются на следующих допущениях.
1. Сеть состоит из независимых станций, каждая из которых формирует кадры для передачи. Как только кадр будет сформирован,станция блокируется и ничего не делает, пока кадр не будет передан.
2. Единый канал передачи данных доступен для всех станций. Все станции считаются равными, т.е. имеют одинаковое право доступа к каналу, хотя программными средствами можно назначить станциям
различные приоритеты доступа.
3. Если два кадра передаются одновременно, то они перекрывают ся по времени и сигнал искажается. Такое событие называется кон фликтом или коллизией. Все станции могут обнаруживать конфлик-
ты. Искаженный вследствие конфликта кадр должен быть передан позднее снова. Других ошибок, кроме вызванных конфликтами, нет.
Могут существовать два варианта разделения канала по времени:
• непрерывное, при котором передача кадров может начаться в любой момент времени;
• дискретное, при котором передача кадра может начаться только с началом очередного интервала времени. Время разделено на дискретные интервалы. Один временной интервал может содержать
0; 1 или более кадров, что соответствует свободному каналу, успешной передаче кадра или конфликту.
Возможны два варианта определения доступности канала для передачи.
1. Станции могут определить, свободна или занята линия передачи данных. Если канал занят, то станция ожидает, пока канал освободится.
2. Станции не могут определить, свободна или занята линия, пока не начнут передачу. Только по окончании передачи они могут определить, была ли передача кадра успешной. После того как доступ к среде получен, ею может пользоваться более высокий уровень – уровень LLC, организующий передачу логических единиц данных, кадров информации с различным уровнем качества транспортных услуг.
Logical Link Control (LLC)
Уровень управления логическим соединением (Logical Link Control– LLC) является подуровнем канального уровня и отвечает за передачу кадров данных между узлами с различной степенью надежности.Именно через уровень LLC сетевой протокол запрашивает у канального уровня нужную ему транспортную операцию с нужным качеством.
На уровне LLC существует несколько режимов работы, отличающихся наличием или отсутствием на этом уровне процедур восстановления кадров в случае их потери или искажения, т.е. отличающихся качеством транспортных услуг этого уровня.
Напомним, что пакет данных переменной длины, который передается на канальном уровне, называется кадром. На уровне LLC работают различные службы передачи кадров, которые используются
вышележащим сетевым уровнем. Можно выделить три основных варианта служб:
1. Служба доставки кадров без подтверждений, без установления соединения. Передающая машина передает кадры в сеть, а принимающая не посылает подтверждения. Данный вариант приемлем при
очень низком уровне ошибок в сети.
2. Служба доставки кадров с подтверждениями, без установления соединения. Передающая машина передает кадры в сеть, а принимающая посылает подтверждения. Если доставка какого-то кадра не
подтверждена, то он посылается снова.
3. Служба доставки кадров с подтверждениями, с установлением соединения. Все передающиеся кадры нумеруются, и обе стороны следят за тем, сколько кадров уже принято и сколько и каких кадров
еще осталось принять.
При использовании ориентированной на соединение службы передача данных состоит из трех основных фаз:
1) устанавливается соединение, при этом обе стороны инициализируют переменные и счетчики, необходимые для слежения за тем,какие кадры уже приняты, а какие – еще нет;
2) передаются кадры данных. Включается таймер, отсчитывая интервал времени, в течение которого ожидается подтверждение об успешной передаче кадра. Если подтверждение не приходит, то кадр
посылается повторно;
3) соединение освобождается, при этом освобождаются все пере-
менные, буферы и прочие ресурсы, использовавшиеся во время со-
единения.
Поскольку данные редко передаются только в одну сторону, то требуется создание двух отдельных соединений, по которым данные передаются в противоположных направлениях. Поскольку среда передачи данных одна, то оба соединения будут использоваться поочередно, при этом в каждом соединении будут чередоваться кадры данных и служебные кадры подтверждений. Кадру подтверждения
достаточно содержать один бит, чтобы сигнализировать о том, была доставка кадра данных успешной или нет, но кроме этого придется добавить поля адреса получателя, отправителя, поле контрольной
суммы.
Поскольку кадры отправителя могут теряться или доставляться разными маршрутами, то подтверждения приходят необязательно и в произвольном порядке. Такие кадры нужно хранить в памяти на случай их повторной передачи.
Время выполнения запроса – интервал времени между отправлением запроса к какой-либо сетевой службе и получением ответа на этот запрос. Это время складывается из следующих времен: подго-
товки запроса, передачи запроса между клиентом и сервером через промежуточное коммутационное оборудование, обработки запросов на сервере, передачи ответов от сервера клиенту, обработки ответа
на клиентском компьютере.
Пропускная способность – количество данных, переданных между любыми двумя узлами в сети за единицу времени. Пропускная способность может быть мгновенной, максимальной и средней.
Средняя пропускная способность определяется за достаточно большой промежуток времени и позволяет оценить работу сети в целом втечение некоторого времени. Мгновенная пропускная способность
определяется в данный момент, а максимальная – это наибольшая мгновенная пропускная способность за весь период наблюдения.
Максимальная пропускная способность характеризует возможность сети справляться с пиковыми нагрузками, например, утром в начале рабочего дня, когда много сотрудников одновременно регистриру-
ются на сервере и открывают свои файлы. Мгновенная и максимальная пропускная способность характеризуют степень сетевой активности. Для обозначения мгновенной пропускной способности или
пропускной способности сети на протяжении определенного временного интервала часто используют термин «трафик». Пропускнуюспособность для цифровых сигналов измеряют в битах в секунду.
Запаздывание передачи – время реакции между появлением сигнала на входе сетевого устройства и его выходе. Запаздывание передачи пропорционально количеству сетевых устройств в сети, что яв-
ляется фактором, препятствующим расширению сети, добавлению в сеть новых устройств.
Надежность – вероятность доставки пакета адресату.
Безопасность – способность защитить данные от несанкционированного просмотра,
Масштабируемость – возможность добавления новых компонентов в сеть (например, новых станций).
Прозрачность – возможность работы пользователя сети со всеми сетевыми устройствами и ресурсами так, как если бы они были подключены или находились на его компьютере.
Поддержка различных видов трафика . В зависимости от того, какого рода информация передается в сети, зависимость пропускной способности сети от времени будет иметь характерные особенности.
Для передачи разнородных компьютерных данных характерен слуайный, «пульсирующий» трафик. Если при передаче компьютерных данных случайные задержки между пакетами не влияют на качество
передачи, то главным требованием передачи по сети мультимедийной информации (аудио-, видеоданных) является требование синхронности доставки пакетов. Итак, сеть должна иметь запас пропускной способности и минимальное время запаздывания передачи вне зависимости от видов данных, передаваемых по сети.
Управляемость – возможность централизованно контролировать состояние всех элементов сети: станций, промежуточных устройств.
Совместимость – возможность работать с техникой разных фирм-производителей.
Термин « пакет »(packet) определяет любой блок данных, передаваемый через сетевую среду на любой стадии процесса.
Сообщение (message) – пакет данных, созданный протоколом прикладного уровня.
Сегмент (segment) – каждый из блоков данных, созданный протоколом TCP. TCP используется для передачи большого количества информации, которая обычно не помещается в один пакет и делится
на сегменты. Совокупность сегментов называется последовательностью (sequence).
Кадр (frame) описывает блок данных произвольного размера, за-висящего от количества вложенных данных. Большинство протоколов канального уровня работают с кадрами, которые включают заго-
ловок и служебную информацию, полученную от протокола сетевого уровня.
Ячейка (cell) – блок данных одинакового размера, который используется протоколами канального уровня.
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 214; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!