Различные аспекты сетевого взаимодействия
Способы передачи
Симплексная передача (однонаправленная)
Дуплексная (полнодуплексная) (одновременная передача в двух направлениях, не менее двух витых пар или оптоволокон)
Полудуплексная (в разное время передача ведется в разном направлении, может быть только один канал передачи).
Типы последовательной передачи:
Асинхронная передача (посимвольная: старт бит, данные, бит четности, стоп бит(ы)), невозможность отследить множественные ошибки, простая, отработанная, недорогая, треть пропускной способности канала теряется на передачу служебных битов);
Синхронная передача (передача блоками, последовательность синхронизующих битов и закрывающих битов, высокая скорость передачи инфы (до неск. Гб/с), надежный механизм обнаружения ошибок (протокольный), более дорогая аппаратура.
Способы коммутации
ü некоммутируемые каналы;
ü коммутация каналов (длительное время установки физических соединений, нет необходимости иметь большой буфер в устройствах коммутации);
ü коммутация сообщений (стирание сообщения в предыдущем узле происходит по получению сигнала обратной связи от последующего, пропускная способность каналов может быть различна, большие задержки при передаче сообщений, большой объем памяти в узлах, пример: продвижение почтовых сообщений от отправителя к адресату);
ü пакетная коммутация (у каждого пакета есть заголовок и порядковый номер, уменьшение времени передачи за счет распараллеливания потоков пакетов, уменьшение объема памяти в узле).
Два способа передачи пакетов при пакетной коммутации:
-дейтаграммный (разные маршруты и сборка пакетов) и способ виртуального канала (передача сообщения из цепочки пакетов, усложняет алгоритмы управления в узле коммутации).
Сетевые устройства
Репитер (концентратор, хаб, повторитель, физический уровень) - просто усиление или преобразование в оптический для дальнейшей передачи.
Мост (bridge, физический и канальный уровень) -соединяет две идентичные сети с некоторыми физическими различиями на уровнях 1 и 2.
Мост 1 типа никак не обрабатывает пакеты, а просто упаковывает их в стандарт смежной сети (инкапсуляция, иногда фрагментация). Эти мосты для связи двух однотипных сетей через некую другую.
Мост 2 типа извлекает содержимое пакета, извлекает данные и управляющую информацию и переупаковывает его в стандарт смежной сети. Этот тип мостов используется для соединения сетей, использующих разные протоколы.
Мосты могут фильтровать те сообщения, которые идут к ним в сеть.
Коммутатор (switch, канальный уровень) - высокоскоросной многопортовый мост. Не только перенаправляет кадры, но и в некоторых случаях исследует конфигурацию сети. Возможность параллельной обработки кадров, поступающих с разных портов. Подвержены широковещательным штормам (обязаны пропускать дальше широковещательный трафик). На входе и выходе могут быть различные архитектуры сетей (Token Ring | Ethernet).
Шлюз (работает на одном из пяти верхних уровней) - аппаратура и программатура для соединения различных систем, сетей по различным протоколам.
Примеры:
- маршрутизатор (gateway), сетевой уровень;
-преобразование пакетов из одного стека протоколов в другой и маршрутизация (TCP/IP <=> IPX/SPX), действия выше сетевого уровня;
-почтовый шлюз (интернет-почта <=> корпоративная почта внутренней системы документооборота), прикладной уровень OSI/RM;
-шлюзы интернет-почта/sms, заполненная html-форма (cgi скрипт)/ICQ сообщение.
Идеальная модель взаимодействия открытых систем OSI/RM. Структура пакетов в компьютерных сетях. Функции сетевых протоколов. Примеры стеков протоколов.
Эталонная модель OSI, иногда называемая стеком OSI представляет собой 7-уровневую сетевую иерархию разработанную Международной организацией по стандартам (International Standardization Organization - ISO). Эта модель содержит в себе по сути 2 различных модели:
· горизонтальную модель на базе протоколов, обеспечивающую механизм взаимодействия программ и процессов на различных машинах
· вертикальную модель на основе услуг, обеспечиваемых соседними уровнями друг другу на одной машине
В горизонтальной модели двум программам требуется общий протокол для обмена данными. В вертикальной - соседние уровни обмениваются данными с использованием интерфейсов API.
Итак, пусть приложение обращается с запросом к прикладному уровню, например к файловому сервису. На основании этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата, в которое помещает служебную информацию (заголовок) и, возможно, передаваемые данные. Затем это сообщение направляется представительному уровню. Представительный уровень добавляет к сообщению свой заголовок и передает результат вниз сеансовому уровню, который в свою очередь добавляет свой заголовок и т.д. Некоторые реализации протоколов предусматривают наличие в сообщении не только заголовка, но и концевика. Наконец, сообщение достигает самого низкого, физического уровня, который действительно передает его по линиям связи. К этому моменту сообщение выглядит так, как показано на рисунке.
Когда сообщение по сети поступает на другую машину, оно последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует, обрабатывает и удаляет заголовок своего уровня, выполняет соответствующие данному уровню функции и передает сообщение вышележащему уровню.
Прикладной (Application) - окно для доступа прикладных процессов к сетевым услугам. Этот уровень обеспечивает услуги, напрямую поддерживающие приложения пользователя, такие, как ПО для передачи файлов, доступа к БД и электронная почта.
Представительский (Presentation) определяет формат, используемый для обмена данными между сетевыми компьютерами. Отвечает за преобразование протоколов, трансляцию данных, их шифрование, смену или преобразование набора символов и расширение графических команд. Управляет сжатием данных для уменьшения передаваемых битов.
Сеансовый (Session), позволяет двум приложениям на разных компьютерах устанавливать, использовать и завершать соединение. Функции: распознавание имен и защита. Обеспечивает синхронизацию между пользовательскими задачами Управление диалогом между взаимодействующими процессами.
Транспортный (Transport) обеспечивает доп уровень соединения — ниже Сеансового. Гарантирует доставку пакетов без ошибок, в той же последовательности, без потерь и дублирования. На этом уровне сообщения переупаковываются. Управляет потоком, проверяет ошибки и участвует в решении проблем, связанных с отправкой и получением пакетов.
Сетевой (Network), отвечает за адресацию сообщений и перевод логических адресов и имен в физические адреса. Здесь определяется маршрут от компьютера-отправителя к компьютеру-получателю. На этом уровне решаются также такие задачи и проблемы, связанные с сетевым трафиком, как коммутация пакетов, маршрутизация и перегрузки.
Канальныйосуществляет передачу кадров (frames) данных от Сетевого уровня к Физическому. Канальный уровень компьютера-получателя упаковывает «сырой» поток битов, поступающих от Физического уровня, в кадры данных.
Обеспечивает точность передачи кадров между компьютерами через Физический уровень. Это позволяет Сетевому уровню считать передачу данных по сетевому соединению фактически безошибочной.
Физическийосуществляет передачу неструктурированного, «сырого» потока битов по физической среде (по кабелю). Реализуются электрический, оптический, механический и функциональный интерфейсы с кабелем. Определяет способ соединения сетевого кабеля с платой сетевого адаптера.
Существует очень большое разнообразие сервисов прикладного уровня. Приведем в качестве примеров протоколов прикладного уровня хотя бы несколько наиболее распространенных реализаций файловых сервисов: NCP в операционной системе Novell NetWare, SMB в Microsoft Windows NT, NFS, FTP и TFTP, входящие в стек TCP/IP.
Основу транспортных средств стека протоколов TCP/IP составляет протокол межсетевого взаимодействия - Internet Protocol (IP). К основным функциям протокола IP относятся:
· перенос между сетями различных типов адресной информации в унифицированной форме,
· сборка и разборка пакетов при передаче их между сетями с различным максимальным значением длины пакета.
Особенности наиболее распространенных протоколов
IPX(Internet Packet exchange) используется в качестве основного протокола в сетях Novell NetWare для обмена данными между узлами сети и приложениями, работающими на различных узлах. Протокол SPX(Sequenced Packet exchange) содержит расширенный по сравнению с IPX набор команд, позволяющий обеспечить более широкие возможности на транспортном уровне. SPX обеспечивает гарантированную доставку пакетов.
TCP/IP (Transmission Control Protocol / internet Protocol) - стандарт для гетерогенных сетей, популярный межсетевой протокол, спец. разработанные для него протоколы SMTP, FTP, SNMP. Недостатки - большой размер и неторопливость. Проблемы с нехваткой IP адресов
NetBEUI (Network Basic Extended User Interface) - связан с NetBIOS (IBM интерфейс сеансового уровня с ЛВС), а сам NetBEIU - трансп. протокол Микрософта. Небольшой, быстрый, эффективный. Не поддерживает маршрутизацию.
X.25 - сети с коммутацией пакетов, полное соответствие OSI/RM.
XNS - Xerox Network System. Большой и медленный, много широковещательных пакетов.
IPX/SPX и NWLink (реализация от Microsoft) - наследник XNS, небольшой и достаточно быстрый.
DECnet - собственный стек маршрутизируемых протоколов, на нем впоследствии вырос И-нет, т.к. он ставился на VAX (Virtual Address Extension) машины с операционной системой VMS.