Компьютерные сети модели передачи данных

Тема 3.2. Сетевые модели передачи данных 3.2.3. Принципы организации обмена данными в вычислительных сетях

3.2.3. Принципы организации обмена данными в вычислительных сетях

Существуют два принципа организации обмена данными:

Установление виртуального соединения с подтверждением приема каждого пакета.

Установление виртуального соединения или создание виртуального канала является более надежным способом обмена информацией. Поэтому он более предпочтителен при передаче данных на большие расстояния и (или) по физическим каналам, в которых возможны помехи. При виртуальном соединении пункт приема информации уведомляет отправителя о правильном или неправильном приеме каждого пакета. Если какой-то пакет принят неправильно, отправитель повторяет его передачу. Так длится до тех пор, пока все сообщение не будет успешно передано. На время передачи информации между двумя пунктами коммутируется канал, подобный каналу при телефонном разговоре. Виртуальным его называют потому, что в отличие от телефонного коммутированного канала обмен информацией может идти по различным физическим путям даже в процессе передачи одного сообщения.

Термин датаграмма образован по аналогии с термином телеграмма. Аналогия заключается том, что короткие пакеты – собственно датаграммы – пересылаются адресату без подтверждения получения каждой из них. О получении всего сообщения целиком должна уведомить целевая программа.

3.2.4. Транспортный протокол tcp и модель тср/iр

За время развития вычислительных сетей было предложено и реализовано много протоколов обмена данными, самыми удачными из которых явились семейство протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol – протокол управления передачей/межсетевой протокол).

ТСР/IР – это набор протоколов, состоящий из следующих компонентов:

межсетевой протокол (Internet Protocol), обеспечивающий адресацию в сетях (IP-адресацию);

межсетевой протокол управления сообщениями (Internet Control Message Protocol – ICMP), который обеспечивает низкоуровневую поддержку протокола IP, включая такие функции, как сообщения об ошибках, квитанции, содействие в маршрутизации и т. п.;

протокол разрешения адресов (Address Resolution Protocol – ARP), выполняющий преобразование логических сетевых адресов в аппаратные, а также обратный ему RARP (Reverse ARP);

протокол пользовательских датаграмм (User Datagramm Protocol – UDP);

протокол управления передачей (Transmission Control Protocol – TCP).

Протокол UDP обеспечивает передачу пакетов без проверки доставки, в то время как протокол TCP требует установления виртуального канала и соответственно подтверждения доставки пакета с повтором в случае ошибки.

Этот набор протоколов образует самую распространенную модель сетевого обмена данными, получившую название – TCP/IP. Модель TCP/IP иерархическая и включает четыре уровня.

4 Прикладной Приложения пользователей, создание сообщений

3 Транспортный Доставка данных между программами в сети

2 Сетевой Адресация и маршрутизация

1 Канальный Сетевые аппаратные средства и их драйверы

Прикладной уровень определяет способ общения пользовательских приложений. В системах «клиент-сервер» приложение-клиент должно знать, как посылать запрос, а приложение-сервер должно знать, как ответить на запрос. Этот уровень обеспечивает такие протоколы, как HTTP, FTP, Telnet.

Транспортный уровень позволяет сетевым приложениям получать сообщения по строго определенным каналам с конкретными параметрами.

На сетевом уровне определяются адреса включенных в сеть компьютеров, выделяются логические сети и подсети, реализуется маршрутизация между ними.

На канальном уровне определяется адресация физических интерфейсов сетевых устройств, например, сетевых плат. К этому уровню относятся программы управления физическими сетевыми устройствами, так называемые, драйверы.

Как уже отмечалось ранее, в сетях с коммутацией пакетов, а модель TCP/IP относится к таким, для передачи по сети сообщение (сформированное на прикладном уровне) разбивается на пакеты или датаграммы. Пакет или датаграмма – это часть сообщения с добавленным заголовком пакета или датаграммы.

На транспортном уровне к полезной информации добавляется заголовок – служебная информация. Для сетевого уровня полезной информацией является уже пакет или датаграмма транспортного уровня. К ним добавляется заголовок сетевого уровня.

Полученный блок данных называется IP-пакетом. Полезной нагрузкой для канального уровня является уже IP-пакет. Здесь перед передачей по каналу к нему добавляются собственный заголовок и еще завершитель. Получившийся блок называется кадром. Он и передается по сети.

Переданный по сети кадр в пункте назначения преобразуется в обратном порядке, проходя по уровням модели снизу вверх

Источник

Тема 4. Основы сетевых технологий Лекция 4.2. Передача данных в компьютерных сетях и оборудование компьютерных сетей

Цель теми ­– рассмотреть структуру эталонной модели взаимодействия открытых систем – OSI; познакомиться с функциями каждого уровня в рамках модели OSI; рассмотреть этапы обработки информации в разрезе модели OSI; инкапсуляция данных.

Ключевые понятия: эталонная модель OSI; взаимодействие между уровнями в модели OSI; инкапсуляция данных.

Структура модели osi

За долгие годы существования компьютерных сетей было создано большое количество различных сетевых протоколов. Сетевой протокол – набор правил, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами. Протоколы бывают как открытые (опубликованные для бесплатного применения), так и закрытые (разра­ботанные коммерческими компаниями и требую­щими лицензирования для их использования). Одна­ко все эти протоколы принято соотносить с так называемой эталонной моделью взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection Reference Model), или просто моделью OSI. Ее опи­сание было опубликовано в 1984 г. Международной организацией по стандартизации (International Standards Organization, ISO), поэтому для нее часто используется другое название модель ISO/OSI. Эта модель представляет собой набор специфика­ций, описывающих сети с неоднородными устрой­ствами, требования к ним, а также способы их взаимодействия.

Модель OSI имеет вертикальную структуру, в кото­рой все сетевые функции распределены между се­мью уровнями (рис. 4.2.1). Каждому такому уровню соответствуют строго определенные операции, обо­рудование и протоколы.

Реальное взаимодействие уровней, т. е. переда­ча информации внутри одного компьютера, возможно только по вертикали и только с соседними уровнями (выше- и нижележащими).

Логическое взаимодействие (в соответствии с правилами того или иного протокола) осуществ­ляется по горизонтали с аналогичным уровнем другого компьютера на противоположном конце линии связи. Каждый более высокий уровень поль­зуется услугами нижележащего уровня, зная, в ка­ком виде и каким способом (т. е. через какой интер­фейс) нужно передать ему данные.

Рисунок 4.2.1 – Взаимосвязи между уровнями модели OSI

Задача более низкого уровня – принять данные, добавить cвою информацию (например, форматиру­ющую или адресную, которая необходима для пра­вильного взаимодействия с аналогичным уровнем на другом компьютере) и передать данные дальше. Только дойдя до самого нижнего, физического уров­ня сетевой модели, информация попадает в среду пе­редачи и достигает компьютера-получателя. В нем она проходит сквозь все уровни в обратном порядке, пока не достигнет того же уровня, с которого была послана компьютером-отправителем.

Теперь познакомимся поближе с уровнями моде­ли OSI и определим сетевые услуги, которые они предоставляют смежным уровням.

Уровни модели osi

Уровень 0. Он не определен в общей схеме (риc. 4.2.1), но весьма важен для понимания. Здесь представлены посредники, по которым собственно и происходит передача сигналов: кабели различных типов, радиосигналы, ИК-сигналы и т. д. На этом уровне ничего не описывается, уровень 0 предоставляет физическому уровню 1 только среду передачи.

Уровень 1 – Физический (Physical). Здесь осу­ществляется передача неструктурированного потока битов, полученных от вышележащего канального уровня 2, по физической среде – например, в виде электрических или световых сигналов. Физический уровень отвечает за под­держание связи (link) и детально описывает электрические, оптические, механические и функциональные интерфейсы со средой переда­чи: напряжения, частоты, длины волн, типы коннекторов, число и функциональность кон­тактов, схемы кодирования сигналов и т. д.

Уровень 2 – Канальный (Data Link). Обеспе­чивает безошибочную передачу данных, полу­ченных от вышележащего сетевого уровня 3, через физический уровень 1, который сам по себе отсутствия ошибок не гарантирует и мо­жет искажать данные (рис. 4.2.2).

Канальный уровень довольно сложен, поэтому в соответствии со стандартами IEEE (Institute of Elect­rical and Electronics Engineers), выпущенными в фев­рале 1980 г. в рамках «Проекта 802» (Project 802), его часто разбивают на два подуровня (рис. 4.2.3): управле­ния доступом к среде (Media Access Control, MAC) и управления логической связью (Logical Link Control, LLC).

Рисунок 2.2.3 – Разделение канального уровня на под уровни LLC и MAC

Уровень MAC обеспечивает совместный доступ сетевых адаптеров к физическому уровню, опреде­ление границ кадров, распознавание адресов назна­чения кадров (эти адреса часто называют физически­ми, или MAC-адресами).

Уровень LLC, действующий над уровнем MAC, отвечает за установление канала связи и за безоши­бочную посылку и прием сообщений с данными.

Уровень 3 – Сетевой (Network). Отвечает за обеспе­чение связи между любыми, даже находящимися в разных концах земного шара, абонентами в сети. Этот уровень осуществляет проводку сообщений по сети, которая может состоять из множества отдельных се­тей, соединенных множеством линий связи. Такая доставка требует маршрутизации, т. е. определения пути доставки сообщения, а также решения задач управления потоками данных и обработки ошибок передачи.

Уровень 4 – Транспортный (Transport). Гаранти­рует доставку информации от одного компьютера другому. На этом уровне компьютера-отправителя большие блоки данных разбиваются на более мел­кие пакеты, которые доставляются компьютеру-получателю в нужной последовательности, без по­терь и дублирования. На транспортном уровне компьютера-получателя пакеты вновь собираются в исходные блоки данных. Таким образом, транспорт­ный уровень завершает процесс передачи данных, скрывая от более высоких уровней все детали и проблемы, связанные с доставкой информации лю­бого объема между любыми абонентами во всей сети.

Уровень 5 – Сеансовый (Session). Позволяет двум сетевым приложениям на разных компьютерах уста­навливать, поддерживать и завершать соединение, называемое сетевым сеансом. Этот уровень также отвечает за восстановление аварийно прерванных се­ансов связи. Кроме того, на пятом уровне выполняет­ся преобразование удобных для людей имен компью­теров в сетевые адреса (распознавание имен), а также реализуются функции защиты сеанса.

Уровень 6 – Представительский, или Уровень представления данных (Presentation). Определяет форматы передаваемой между компьютерами ин­формации. Здесь решаются такие задачи, как пере­кодировка (перевод информации в вид, понятный для всех участвующих в обмене компьютеров), сжа­тие и распаковка данных, шифрование и дешифров­ка, поддержка сетевых файловых систем и т. д.

Уровень 7 – Прикладной (Application), или Уро­вень Приложений. Обеспечивает интерфейс взаимо­действия программ, работающих на компьютерах в сети. Именно с помощью этих программ пользова­тель получает доступ к таким сетевым услугам, как обмен файлами, передача электронной почты, уда­ленный терминальный доступ и т. д.

Источник