7.15 Стандартизация в компьютерных сетях
Цель стандартизации– максимально упорядочить и упростить процессы разработки и модернизации компьютерных сетей, обеспечить совместимость оборудования различных производителей. В стандартизации важную роль играет понятие открытой системы. Открытая система – это любая система (компьютер, сеть, ОС, программный пакет и так далее), построенная в соответствии с общедоступными спецификациями стандартов, принятых в результате публичного обсуждения всеми заинтересованными сторонами. Спецификация – это формальное описание программных и аппаратных компонентов (принципы их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, а также набор их характеристик и ограничений). Открытые спецификации – это общедоступные спецификации, опубликованные и соответствующие стандартам. Такими спецификациями, например, являются ОС Unix, модель OSI, сеть Internet.
В начале 1980-х годов ряд международных организаций по стандартизации разработал модель, сыгравшую большую роль в развитии сетей — модель OSI. Эта модель (Open SystemInterconnection, OSI) стандартизирует взаимодействие открытых систем, определяет7 уровней такоговзаимодействия,дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень.Она никогда не была реализована в полном объеме, так каа явилась обобщением всего многолетнего опыта использования сетей и является своеобразным эталоном. В реальных сетевых протоколах различные уровни модельи OSI объединены.В модели OSI (рис.7.10) средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств.
Рис.7.10. Модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI
Идеологической основой стандартизации в компьютерных сетях стал многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. Для организации взаимодействия сетевых компонентов двух узлов необходимы следующие средства:
Протокол – это формальные правила, которые определяют формат ипоследовательность сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты одного уровня, но в разных узлах.
Интерфейс – это формальные правила, которые определяют взаимодействие сетевыхкомпонентов соседних уровней одного узла.
Пусть, например, приложение обращается с запросом к файловой службе (прикладному уровню, реализованному в ОС) с целью записи файла на удаленном компьютере. Прикладной уровень формирует сообщение, состоящее из пересылаемых данных и заголовка со служебной информацией для прикладного уровня компьютера-адресата (тип операции, место записи и так далее). Затем прикладной уровень передает сформированноесообщение нижележащему уровню.Каждый последующий уровень выполняет над полученным сообщением действия, которые указаны в заголовке предыдущего уровня, и добавляет к сообщению свой заголовок. В нем содержатся указания для протокола аналогичного уровня на компьютере-адресате, и для протокола нижележащего уровня на локальном компьютере.
На компьютере-адресате каждый уровень выполняет действия, указанные в соответствующем заголовке полученного сообщения, удаляет этот заголовок и направляет сообщение протоколу более высокого уровня.
Таким образом, сообщение имеет следующий вид:
Рис. 1.11. Структура сообщения
Иерархический набор согласованных между собой протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов сети (на всех уровнях), называется стеком коммуникационных протоколов. Наиболее известные стек протоколов – TCP/IP (на этом стеке построен Internet).
Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней — как правило, чисто программными средствами.
Чтобы еще раз пояснить понятия «протокол» и «интерфейс», рассмотрим пример, не имеющий отношения к компьютерным сетям, а именно обсудим взаимодействие двух предприятий А и В; связанных между собой деловым сотрудничеством. Между предприятиями существуют многочисленные договоренности и соглашения, такие, например, как регулярные поставки продукции одного предприятия другому. В соответствии с этой договоренностью начальник отдела продаж предприятия А регулярно в начале каждого месяца посылает официальное сообщение начальнику отдела закупок предприятия В о том, сколько и какого товара может быть поставлено в этом месяце. Вответ на это сообщение начальник отдела закупок предприятия В посылаетв ответ заявкуустановленного образца на требуемое количество продукции. Возможно, процедура взаимодействия этих начальников включает дополнительные согласования, в любом случае существует установленный порядок взаимодействия, который можно считать «протоколом уровня начальников». Начальники посылают свои сообщения и заявки через своих секретарей.
После того как сообщения переданы секретарям, начальников не волнует, каким образом эти сообщения будут перемещаться дальше — обычной или электронной почтой,факсом или нарочным. Выбор способа передачи — это уровень компетенции секретарей, они могут решать этот вопрос, не уведомляя об этом своих начальников, так как их протокол взаимодействия связан только с передачей сообщений, поступающих сверху, и не касается содержания этих сообщений.
Итак, в данном случае мы имеем дело с двумя уровнями — уровнем начальников и уровнем секретарей, и каждый из них имеет собственный протокол, который может быть изменен независимо от протокола другого уровня. Эта независимость протоколов друг от друга и делает привлекательным многоуровневый подход.
13.8. Протоколом передачі даних в комп’ютерних мережах називається послідовність дій, які необхідно виконати для з’єднання двох комп’ютерів і передачі пакету інформації.
Серед локальних мереж найбільш розповсюдженою є мережа Ethernet з шинною топологією та мережа Token Ring з кільцевою топологією.
В мережі Ethernet кожен PC перед початком передачі даних з’ясовує, чи вільний канал зв’язку, чи зайнятий. Якщо канал вільний, PC починає передачу, що здійснюється пакетами, упакованими в кадри. Можуть виникати колізії, пов’язані з одночасними зверненнями різних PC до каналу передачі. В цьому випадку робоча станція затримує передачу на певний час. Колізії призводять до зменшення швидкодії мережі, але це суттєво проявляється тільки при порівняно великій кількості PC (80-100шт.).
Для мережі Token Ring фірма IBM розробила метод доступу типу “міркірне кільце”. Маркер – це певна послідовність бітів. Він може лише бути вільним, або зайнятим. Маркер вільно циркулює по кільцю передачі даних. Станція, що виходить на зв’язок, захоплює маркер, змінює його стан на “зайнятий” і добавляє до нього кадр інформації з адресою одержувача. Одержувач зчитує інформацію і пропускає маркер до станції-відправника, яка знімає кадр і переводить маркер знову у стан “вільний”.