Пакеты беспрепятственно проходят друг за другом по виртуальному соединению и в том же порядке попадают абоненту-получателю, где, освободившись от концевиков и заголовков, образуют передаваемое сообщение, которое направляется на 7 уровень. Виртуальное соединение может существовать до тех пор, пока отправленный одним из абонентов, специальный служебный пакет не сотрет инструкции в узлах. Режим виртуальных соединений эффективен при передаче больших массивов информации и обладает всеми преимуществами методов коммутации каналов и пакетов. Преимуществарежима ВС перед датаграммным заключается в обеспечении упорядоченности пакетов, поступающих в адрес получателя и сравнительной простоте управления потоком данных вдоль маршрута в целях ограничения нагрузки в сети и возможности предварительного резервирования ресурсов памяти на узлах коммутации. К недостаткамследует отнести отсутствие воздействия изменившейся ситуации в сети на маршрут, который не корректируется до конца связи. Виртуальная сеть в значительно меньшей степени подвержена перегрузкам и зацикливанию пакетов, за что приходится платить худшим использованием каналов и большей чувствительностью к изменению топологии сети.
4 МЕЖДУНАРОДНЫЕ СТАНДАРТЫ НА АППАРАТНЫЕ И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ
4. 1 Характеристика стандартов и протоколов.
Для организации эффективного взаимодействия между разнотипными компьютерами в компьютерных сетях был разработан международный стандарт, в котором описана архитектура взаимодействия открытых систем.
Протокол определяет, каким образом одно приложение связывается с другим. Эта связь программного обеспечения подобна диалогу: “Я посылаю Вам эту порцию информации, затем Вы посылаете мне обратно то-то, потом я отправлю Вам это. Вы должны сложить все биты и послать обратно общий результат, а если возникнут проблемы, Вы должны послать мне соответствующее сообщение”. Протокол определяет, как различные части полного пакета управляют передачей информации. Протокол указывает, содержит ли пакет сообщение электронной почты, статью телеконференции или служебное сообщение. Стандарты протокола сформулированы таким образом, что принимают во внимание возможные непредвиденные обстоятельства. Протокол также включает правила обработки ошибок. Вычислительная система, отвечающая стандартам, принятым в концепции взаимодействия открытых систем, будет открыта для взаимодействия с любой другой системой, отвечающей этим же стандартам.
Стандарты протоколов физического уровня.
Функции протоколов физического уровня (уровень 1) обеспечивают взаимодействие процедур канального уровня с физической средой передачи, по которой передается сигнал. В этих стандартах, как правило, описываются принципы построения устройств преобразования сигналов (модемов) и межуровневых интерфейсов, описывающих как уровень 1 связывается с уровнем 2, предоставляя ему свои услуги.
Стандарты протоколов канального уровня.
В качестве основных функций канального уровня можно перечислить следующие: Синхронизация по кодовым комбинациям (по байтам);
Разбиение потока информации, поступающего из физического уровня, на сегменты (блоки информации), которые называются кадрами канального уровня, и формирования кадров канального уровня из протокольных единиц (для сетей с коммутацией пакетов– это пакеты), поступающих на канальный уровень вышележащего сетевого уровня; Распознавание кадров, передаваемых между станциями компьютерных сетей (каждый кадр имеет адрес станции передавшей его);
Обеспечение возможности передачи информации любым кодом (прозрачности по кодам);
Обеспечение коррекции ошибок, возникающих при передаче информации. Протоколы канального уровня можно разделить на две группы: байт- и бит-ориентированный протоколы. Информация, передаваемая с их помощью, рассматривается соответственно на уровне одного байта или бита, и наименьшей обрабатываемой единицей информации являются байт или бит.
Байт-ориентированные протоколы –это процедуры управления каналом передачи данных, в которых для функции управления применяются структуры определенных знаков первичного кода, например, стандартного американского национального кода ASCII.
Бит-ориентированный протокол –управление каналом производится посредством анализа битовых последовательностей, представляющих собой поля кадра канального уровня. При передаче через канал связи, информация представляется в виде кадра, состоящего из собственного блока данных и служебной части, в которую входят поля, определяющие начало кадра, адресную часть и поле управления. В качестве примера рассмотрим несколько протоколов канального уровня.
Байт-ориентированный протокол BSC (Binary Synchronous Communication) разработан фирмой IBM в 1968 году, рисунок 8.
SYN
SYN
SOH
Заголовок
STX
Поле данных
ETX или ETB
BCC
1 байт
1 байт
1 байт
1 байт
1 байт
Рисунок 8 - Формат кадра BSC.
SYN – синхросимвол (СИН).
SOH – начало заголовка (НЗ).
STX – начало текста (НТ).
ETX – конец текста (КТ).
ETB – конец блока (КБ).
BCC – контрольная сумма.
Контрольная сумма получается на передающей стороне путем суммирования всех знаков кадра. На приемной стороне вновь рассчитывается контрольная сумма. Принятая в составе кадра и посчитанная на приемной стороне контрольные суммы должны совпадать, в противном случае, кадр считается принятым неверно. Для обеспечения прозрачности по кодам перед каждым символом, встречающимся внутри информационного блока, совпадающим по виду со служебным, передается символ OLE. На приемной стороне он автоматически удаляется. Описанная процедура позволяет на приемной конце различать действительно служебные символы и символы, совпадающие по виду со служебными, встречающимися в информационном блоке в поле данных. Если бы внутри информационного блока был принят, например, символ “конец текста” или “конец блока”, прием кадра прекратился бы преждевременно и, следовательно, данный кадр был бы принят неверно. Бит-ориентированный протокол HDLC разработан в 1973 году международной организацией по стандартизации. Он –базовый для целого набора протоколов канального уровня, являющихся его подмножествами. В качестве стандарта для протоколов 2 уровня организацией ISO рекомендуется протокол HDLC (High Level Data Link Control). Технология этого протокола называется технологией непрерывного автоматического запроса на повторение и названа так потому, что станциям разрешено запрашивать автоматически другую станцию и производить другую станцию передачи данных и производить повторную передачу данных. При этом предполагается использовать как полудуплексный, так и дуплексный режим.
В случае сбоя последовательности принимаемых кадров система может: а) послать запрос на повторную передачу только того кадра, который выбился из последовательности;
б) отбрасывать все кадры, номера которых не совпадают с ожидаемыми на приеме, даже если они были приняты без ошибок.
Таким образом, в основе протокола HDLC определена процедура управления потоком на уровне управления звена, а также метод коррекции ошибок путем повторной передачи. Рассмотрим структуру формата кадра HDLC, рисунок 9.
Флаг 01111110
Адрес
Управление
Информация
Контрольное поле кадра
Флаг 01111110
Бит передается в канал первым.
Рисунок 9 - Формат кадра HDLC
Поле флагапредставляет собой комбинацию битов 01111110, с помощью которой определяется начало и конец кадра.
Поле адресаопределяет адрес первичной или вторичной станций, участвующих в передаче конкретного кадра.
Управляющее поле содержит команды или ответы, а также порядковые номера используемые при отчетности о правильности передачи кадров канального уровня. Информационное поле содержит блок информации (пакет), поступающий на второй канальный уровень с третьего сетевого уровня. Оно имеется только в кадре информационного формата. Поле контрольной последовательности кадра(КПК) применяется для обнаружения ошибок при передаче данных между двумя станциями.
Семейство протокола HDLC.
Рисунок 10 - Семейство протокола HDLC.
Протокол HDLC является базовым для целой группы протоколов канального уровня, используемых как в глобальных, так и в локальных компьютерных сетях, рисунок 10:
LAPB (Link Access Procedure Balanced) –сбалансированная процедура доступа к звену передачи данных (применяется в стандарте Х. 25);
LAPD (Link Access Procedure D-channel) –предназначен для управления звеном в цифровых сетях с интеграцией служб (ЦСИС);
LLC (Logical Link Control) – управление логическим каналом; SDLC (Synchronous Data Link Control) – синхронное управление звеном данных, разработан компанией IBM; LAPX (расширенный LAPB). Используется в терминальных системах и в стандарте телетекса. Является полудуплексным вариантом HDLC.
Стандарты протоколов сетевого уровня.
Х. 25, разработанный МСЭ-Т для сетей с коммутацией пакетов.
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Используется в глобальной сети Internet и в локальных сетях предприятий.
4. 2 Протокол Х. 25.
Х. 25 содержит сведения о процедурах подключения пакетного ООД к сети пакетной информации. Х. 25–трехуровневый, включает в себя физический, канальный и сетевой уровень модели ISO. В качестве физического уровня Х. 25 рассматривается стандарт Х. 21. В интерфейсе Х. 21 двустороннего обмена данными используется две цепи T и R – по одной для каждого направления (Т – передача, R –прием). Синхронная передача данных обеспечивается цепями B и S. При этом цепь В обеспечивает синхронизацию байтов, т. е. оно устанавливается в состояние “разомкнуто” при передаче последнего бита в составе байта. По цепи S передаются сигналы битовой синхронизации, цепь С и I предназначены для управления. Интерфейс Х. 21 предназначен для стыка с цифровыми каналами. Но, поскольку, в период сосуществования аналоговых и цифровых каналов возникает необходимость доступа к цифровым сетям с помощью аналоговых каналов, разработана рекомендация X. 21. bis, использующая цепи сопряжения V. 24. X. 21. bis позволяет осуществлять доступ к сети как через аналоговый, так и через цифровые каналы. Стык X. 21 лучше, чем стык X. 21. bis.
Интерфейс Х. 21 позволяет использовать простой протокол организации соединения и разъединения. Для обмена управляющей информацией используется международный алфавит №5, совпадающий со знаками кода ASCII. Особенностью этого стыка является то, что сигналы управления соединения передаются по тем же цепям, что и сигналы данных.
Рекомендация Х. 25 предусматривает также работу по физическому стыку рекомендаций серии V. Этот стык предусматривает подключение только по аналоговому каналу и предназначен для подключения к нему аналоговых модемов, работающий по рекомендации серии V.
Протокол канального уровня.
Протокол канального уровня Х. 25 представляет собой элемент из множества протоколов, определенных в HDLC, и относится к асинхронным балластным процедурам LAPB. Общее количество кадров в протоколе весьма не велико–всего 9. Можно заметить одну маленькую деталь, выделяющую процедуру LAPB из остальных. Она состоит в том, что информационные кадры всегда имеют значения команды. Разделение кадров на команды и ответы состоит в том, что с помощью канала запрашивается статус удаленной станции, а с помощью ответов передается реакция на такой запрос. Т. е. если одна из станций запросила у противоположной ее статус, эта последняя вынуждена прервать поток данных и ответить на запрос служебным кадром–ответом. Это связано с тем, что запрашивающая станция требует удостовериться не просто работоспособности запрашиваемой, но и точно знать ее состояние–может ли она принимать данные в потоке, необходимо ли произвести повторную передачу и т. д. , таблица 3.
Таблица 3 - Формат передачи информации
формат передачи информации
команда
ответ
кодирование
супервизорный
I (информация)
0
N(S)
P
N(R)
RR (готовность к приему)
RR (готовность к приему)
1
0
0
0
P/F
N(R)
RNR (неготовность к приему)
RNR (неготовность к приему)
1
0
1
0
P/F
N(R)
REJ (неприем)
REJ (неприем)
1
0
0
1
P/F
N(R)
1
2
3
4
5
6
7
8
поле управления кадра
Номера N(S) и N(R)в поле управления информационных кадров обозначают соответственно порядковый номер, присвоенный данному кадру, и номер, означающий подтверждение принятых информационных кадров.
Номер N(R)означает подтверждение всех информационных кадров с номерами до N(R)-1 включительно, т. е. N(R) равен номеру ожидаемого на прием кадра. Кадр “готовность к приему”- кадр RR используется процедурой для указания на то, что станция пославшая его, в состоянии принимать информационные кадры, а также для подтверждения принятых из канала кадров.
Кадр “не готовность к приему” –кадр RNR используется передавшей его станцией помимо подтверждения принятых данных для индикации временной не способности принимать дополнительные входящие кадры I. Как правило, передача этого кадра вызвана перегрузкой узла, который в силу отсутствия свободных буферов не может принимать данные. После принятия такого кадра необходимо приостановить поток данных в канал до того момента, пока это состояние не будет снято.
Кадр “не прием”- кадр REJ передается в случае, если обнаружен собой в последовательности принимаемых кадров данных. Например, если вместо ожидаемого кадра данных с номером N(S)=3 был принят кадр с номером N(S)=5, то это означает, что кадры с номерами 3 и 4 были переданы с ошибками и отброшены на приеме. Поскольку процедура коррекции ошибок в Х. 25 построена таким образом, что в случае сбоя последовательности кадров начинается повторная передача всех ранее переданных и неподтвержденных кадров, то в данном примере в составе кадра REJ будет указан номер N(R), подтверждающий все кадры с номерами до 3. Сам кадр с номером 5, несмотря на то, что был передан без ошибок, также будет отброшен, поскольку он был принят вне последовательности. Более того, станция будет отбрасывать все принимаемые кадры до тех пор, пока не примет кадр с ожидаемым номером, в нашем примере кадр номер 3.
Сетевой уровень является протоколом виртуального подключения между двумя терминалами. “Виртуальное”–представляет собой несколько последовательно соединенных логических каналов. Логический канал обеспечивается путем мультиплексирования физической линии, соединяющей пакетное ООД с центром коммутации пакетов ЦКП или два ЦКП между собой. Для этих целей используются логические каналы, которые организуются через все три уровня процедуры Х. 25. На рисунке 11 показан формат пакета Х. 25 для передачи данных.
Рисунок 11 - Пакет Х. 25 данные ДТЕ (ООД).
Q – бит идентификации пакета;
D – бит подтверждения пакета;
P(R) – порядковый номер приема;
P(S) – порядковый номер передачи;
M – бит конца передачи;
O – дальше пойдут данные;
1 – последний пакет.
Номер группы логического канала и номер логического канала в группе представляют собой идентификатор логического канала. В поле “данные пользователя” передаются блоки протокола транспортного уровня. Порядок установления виртуального соединения:
От источника передается пакет “запрос соединения”. Этот запрос проходит через всю сеть, на любом участке сети может быть использован любой логический канал из возможных 4096. Когда пакет придет к получателю, то путь его будет зафиксирован, т. е. будет записано в ЦКП, что определенные логические каналы закреплены за данным виртуальным соединением, следовательно, они другому виртуальному соединению присвоены не будут.
Затем по этой трассе будут передаваться пакеты “данные ООД”. После окончания процедуры обмена данными через этот же виртуальный канал посылается “запрос разъединения”. После того, как этот пакет пройдет через сеть, виртуальный канал прекращает свое существование.
Адресация в сетях Х. 25.
Адресация в любой сети связи играет очень важную роль, и пакетные сети –не исключение. Очевидно, что адресация должна однозначно определять каждого абонента и отражать структуру сети.
Рекомендация Х. 121 описывает структуру международного плана нумерации и определяет максимальные длины адресов, принимаемых на пакетных сетях, и состав этих адресов. С точки зрения Х. 21, каждой стране присваивается уникальный трехцифровой код. Этот код должен указываться в самом начале адреса на позициях первых цифр. При этом коды стран формируются таким образом, что первая цифра этого кода представляет зоны земного шара. Цифра 2 определяет Европу, 3– Северную Америку, 4 – Азию, 5 – Австралию и Океанию, 6 – Африку, 7 – Южную Америку. 1 –подвижные спутниковые системы. Цифры 8-0 задают выход в другой план нумерации, например, сети телекса или телефонной сети. Для Советского Союза, а в последствии для России как его правопреемницы, выделен код 250. В 1995 году России выделен дополнительный код 251.
Четвертая цифра адреса означает номер сети в рамках единой страны. При этом цифра 5 отведена под федеральную сеть. Таким образом, в соответствии с рекомендацией Х. 121 Российские сети имеют следующие идентификаторы: 2500 – сеть Роспак,
2501 – Спринт,
2502 – Иаснет,
2503 – ММТЕЛ,
2504 – Инфотел,
2506 – Роснет и т. д.
Эти идентификаторы называются “код идентификации сети данных” - DNIC. Таким образом, для каждой страны может быть определено минимум десять сетей. Согласно Х. 121, максимальная длина адреса с учетом DNIC, составляет 14 знаков, из которых10 отводится для идентификации оконечного оборудования. Протокол Х. 25 является одним из наиболее сложных, так как узлы коммутации выполняют большое количество функций, обеспечивающих обнаружение и исправление ошибок, управление потоком данных, мультиплексирование потоков пакетов в едином физическом канале. Из-за этого в сети передачи данных могут возникать значительные задержки, существенно влияющие на работу приложений реального времени.
Транспортная система, реализованная на основе протокола Х. 25, обладает рядом недостатков резко ограничивающими область ее применения:
отсутствие гибкости при адаптации к требованиям по объемам и скорости передаваемой информации;
невозможность передачи в одном канале трафика данных и голосовой информации; низкая эффективность использования ресурсов;
повышенные требования к производительности коммутационных процессов и объемом буферной памяти.
4. 3 Протокол TCP/IP
TCP/IP – это название семейства протоколов передачи данных в сети. Протокол –это набор правил, которых должны придерживаться все компании, чтобы обеспечить совместимость производимого аппаратного и программного обеспечения. Термин TCP/IP включает название двух протоколов – TCP (Transmission Control Protocol) и IP (Internet Protocol). TCP/IP не является одной программой, а относится к целому семейству связанных между собой протоколов, разработанных для передачи информации по сети и одновременного обеспечения информацией о состоянии самой сети. TCP/IP является программным компонентом сети. Каждая часть семейства TCP/IP решает определенную задачу: отправление электронной почты, обеспечение удаленного обслуживания входа в систему, пересылку файлов, маршрутизацию сообщений или обработку сбоев в сети. Применение TCP/IP не ограниченно глобальной сетью Internet. Это наиболее широко используемые во всем мире сетевые протоколы, применяемые как в крупных корпоративных сетях, так и в локальных сетях с небольшим числом компьютеров.
Архитектура TCP/IP.
Архитектура TCP/IP показана на рисунке, она сравнивается с архитектурой модели OSI. Обе архитектуры включают похожие уровни, в TCP/IP несколько слоев OSI–модели объединены в один. Это сделано для удобства реализации сервиса TCP/IP, рисунок 12.
Модель OSI
TCP/IP (Internet)
Прикладной
Прикладной
Представительный
Сеансовый
Транспортный
Транспортный
Сетевой
Internet
Передача данных
Сетевой интерфейс
физический
Физический
Рисунок 12 - Архитектура TCP/IP
Уровень может ничего не знать о содержании сообщения, но он должен знать, что дальше делать с этим сообщением. Уровень приложений передает сообщение на следующий уровень и т. д. через все уровни, пока физический уровень не передает его в кабель. Каждый уровень по-своему обрабатывает сообщение электронной почты, но не знает о фактическом содержании этого сообщения. Каждый уровень выполняет собственное формирование пакета, добавляя заголовок и концевые блоки к сообщению, поступившему с более высокого уровня. Это приводит к появлению шести наборов заголовков и концевых блоков к тому моменту, когда сообщение готово к передаче по сети. По мере того, как данные передаются с верхнего уровня на нижний, протокол каждого уровня добавляет собственный заголовок, включающий необходимую служебную информацию. Все заголовки и концевые блоки затем передаются физическому уровню, который может добавить свою порцию служебной информации для передачи по физической сети. TCP устанавливает непосредственное логическое соединение, т. е. компьютеры как бы соединяются напрямую, и каждый из них знает о состоянии другого. TCP –это надежный метод связи, поскольку происходит подтверждение каждого принятого сообщения. Протокол ТСР добавляет заголовок в начало сообщения, которое транспортный уровень получает от более высоких уровней. Заголовок содержит базовую информацию о том, кто послал пакет и кому, специальную информацию о типе сообщения и статистические данные.
Протокол IP
Internet Protocol (IP) –основной протокол TCP/IP. IP не устанавливает логического соединения. Это значит, что IP не контролирует доставку сообщения конечному адресату. IP-адреса машины-отправителя и машины-получателя включаются в заголовок датаграммы и используются для передачи датаграмм между шлюзами. При этом используется информация о маршрутизации, находящаяся на шлюзе и указывающая, куда передавать датаграмму на каждом этапе.
Основной задачей IP является адресация датаграмм и их передача между компьютерами. Он анализирует информацию об адресате и использует ее для определения наилучшего маршрута. IP добавляет свой собственный заголовок к сообщению, полученному от более высоких уровней ТСР. IP решает также другую задачу, связанную с разбитием данных датаграмм на несколько частей меньшего размера и последующей сборкой в первоначальный вид в точке назначения. Большие датаграммы могут быть разбиты по ряду причин, включая ограничения размера IP-сообщений (приблизительно 64 К). Обычно сеть не может непосредственно передавать такое большое сообщение, требуя разрыва датаграммы на маленькие фрагменты по несколько килобайт.
Протоколы транспортного уровня.
Сетевой уровень предоставляет услуги транспортному, который требует от пользователей запроса на качество обслуживания сетью.
После получения от пользователя запроса на качество обслуживания транспортный уровень выбирает класс протокола, который обеспечивает требуемое качество обслуживания. При существовании разных типов сетей транспортный уровень позволяет следующие параметры качества обслуживания:
пропускная способность;
надежность сети;
задержка передачи информации через сеть;
приоритеты;
защита от ошибок;
мультиплексирование;
управление потоком;
обнаружение ошибок.
Транспортный уровень отвечает за выбор соответствующего протокола, обеспечивающего требуемое качество обслуживания на сети. Примером протоколов транспортного уровня могут служить протокол МСЭ-Т (МККТТ) Х. 224–“спецификация протокола транспортного уровня взаимосвязи открытых систем для применения МККТТ” и стандарт ISO 8073 “Системы обработки информации. Взаимосвязь открытых систем. Спецификация протоколов транспортного уровня”. Протоколы верхних уровней.
К верхним уровням относятся протоколы сеансового, представительного и прикладного уровней.
Сеансовый уровень. Здесь производится организация способов взаимодействия между прикладными процессами пользователей, т. е. управление взаимодействием между открытыми системами. Примером протоколов сеансового уровня можно рассматривать стандарт Х. 225–“спецификация протокола сеансового уровня взаимосвязи открытых систем для применения МККТТ”, разработанный МСЭ-Т и стандарт ISO 8327 “Системы обработки информации. Базовая спецификация протокола сеансового уровня, ориентированная на соединение”.
Представительный уровеньопределяет синтаксис передаваемой информации, т. е. набор знаков и способы их представления, которые являются понятными для всех взаимодействующих систем. Это процесс согласования различных кодов, согласно ему взаимодействующие системы договариваются о той форме, в которой будет передаваться информация. Примером протоколов представительного уровня является Х. 226 “Спецификация протокола уровня представления взаимосвязи открытых систем для применения МККТТ” и стандарт ISO 8823 “Системы обработки информации. Взаимосвязь открытых систем. Спецификация протоколов уровня представления в режиме управления соединением”.
Прикладной уровеньопределяет семантику, т. е. смысловое содержание информации, которой обмениваются открытые системы. Примером стандарта прикладного уровня может служить стандарт МСЭ-Т Х. 400.
Страницы: 1, 2
