Главная Обратная связь
Дисциплины:
Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)
Тема № 4: Многоуровневая организация вычислительных сетей
|
|
Требования к организации компьютерных сетей
Для обеспечения эффективного функционирования к компьютерным сетям предъявляются требования, основными среди которых являются (рис. 1.16):
1) открытость- возможность добавления в сеть новых компонентов (узлов и каналов связи, средств обработки данных) без изменения существующих технических и программных средств;
2) гибкость- сохранение работоспособности при изменении структуры сети в результате сбоев и отказов отдельных компонентов сети или при замене оборудования;
3) совместимость- возможность работы в сети оборудования разного типа и разных производителей;
4) масштабируемость- способность сети увеличивать свою производительность при добавлении ресурсов (узлов и каналов связи);
5) эффективность- обеспечение требуемого качества обслуживания пользователей, задаваемого в виде показателей производительности, временных задержек, надежности и т.д., при минимальных затратах.
Указанные требования реализуются за счет многоуровневой организации управления процессами в сети, в основе которой лежат понятия процесса, уровня, интерфейса и протокола(рис.1.17).
|
Понятия процесса и уровня
Функционирование вычислительных систем и сетей удобно описывать в терминах процессов.
Процесс - динамический объект, реализующий целенаправленный акт обработки или передачи данных.
Процессы делятся на:
1) прикладные- обработка данных в ЭВМ и терминальном оборудовании, а также передача данных в СПД;
2) системные- обеспечение прикладных процессов (активизация терминала для прикладного процесса, организация связи между процессами и др.).
Данные между процессами передаются в виде сообщений через логические программно-организованные точки, называемые портами.
Порты разделяются на входные и выходные.
Промежуток времени, в течение которого взаимодействуют процессы, называется сеансом или сессией.
Вкаждом узле обработки данных (компьютере) могут одновременно выполняться несколько независимых прикладных процессов, связанных, например, с обработкой данных (такие процессы называются вычислительными процессами). Эти процессы путём обмена сообщениями через соответствующие порты могут взаимодействовать с прикладными процессами, протекающими в других узлах вычислительной сети так, как это показано на рис. 1.18.
Здесь в узле 1 и 2 выполняются по 3 прикладных процесса Аь А2, А3 и В], В2, В3 соответственно, а в узле 3 выполняется один прикладной процесс С. Эти процессы через соответствующие порты обмениваются сообщениями, причем процесс С обменивается сообщениями через два порта: входной, через который поступают сообщения от процесса В3, и выходной, который служит для передачи сообщений от процесса С к процессу Аь
Одним из основных понятий многоуровневой организации управления процессами в компьютерных сетях является понятие уровня, которое лежит в основе моделей всех сетевых технологий.
Уровень (layer) - понятие, позволяющее разделить всю совокупность функций обработки и передачи данных в вычислительной сети на несколько иерархических групп. На каждом уровне реализуются определенные функции обработки и передачи данных с помощью аппаратных и/или программных средств сети. Каждый уровень обслуживает вышележащий уровень и, в свою очередь, пользуется услугами нижележащего.
Модель взаимодействия открытых систем (OSI-модель)
Международная Организация по Стандартам (МОС, International Standards Organization - ISO) предложила в качестве стандарта открытых систем семиуровневую коммуникационную модель (рис. 1.19), известную как OSI-модель (Open Systems Interconnection) - модель Взаимодействия Открытых Систем (ВОС).
Каждый уровень OSI-модели отвечает за отдельные специфические функции в коммуникациях и реализуется техническими и программными средствами вычислительной сети.
Физический уровень
Уровень 1 - физический(physical layer) - самый низкий уровень OSI-модели, определяющий процесс прохождения сигналов через среду передачи между сетевыми устройствами (узлами сети).
.Реализует управление каналом связи:
• подключение и отключение канала связи;
• формирование передаваемых сигналов и т.п. Описывает:
• механические, электрические и функциональные характеристики среды передачи;
• средства для установления, поддержания и разъединения физического соединения.
Обеспечивает при необходимости:
• кодирование данных;
• модуляцию сигнала, передаваемого по среде.
Данные физического уровня представляют собой поток битов (последовательность нулей или единиц), закодированные в виде электрических, оптических или радио сигналов.
Из-за наличия помех, воздействующих на электрическую линию связи, достоверность передачи, измеряемая как вероятность искажения одного бита, составляет 10"4 - 10"6. Это означает, что в среднем на 10000 -1000000 бит передаваемых данных один бит оказывается искажённым.
Канальный уровень
Канальный уровеньили уровень передачи данных(data link layer) является вторым уровнем OSI-модели. Реализует управление:
• доступом сетевых устройств к среде передачи, когда два или более устройств могут использовать одну и ту же среду передачи;
• надежной передачей данных в канале связи, позволяющей увеличить достоверность передачи данных на 2-4 порядка.
Описывает методы доступа сетевых устройств к среде передачи, основанные, например, на передаче маркера или на соперничестве. Обеспечивает:
• функциональные и процедурные средства для установления, поддержания и разрыва соединения;
• управление потоком для предотвращения переполнения приемного устройства, если его скорость меньше, чем скорость передающего устройства;
• надежную передачу данных через физический канал с вероятностью искажения данных 10" - 10" за счёт применения методов и средства контроля передаваемых данных и повторной передачи данных при обнаружении ошибки.
Таким образом, канальный уровень обеспечивает достаточно надежную передачу данных через ненадежный физический канал.
Блок данных, передаваемый на канальном уровне, называется кадром (frame).
На канальном уровне появляется свойство адресуемости передаваемых данных в виде физических (машинных) адресов, называемых также МАС-адресами и являющихся обычно уникальными идентификаторами сетевых устройств.
Как будет показано в разделе 3, универсальные МАС-адреса в ЛВС Ethernet и Token Ring являются 6-байтными и записываются в шестнадцатеричном виде, причём байты адреса разделены дефисом, например: 00-19-45-A2-B4-DE.
К процедурам канального уровня относятся:
• добавление в кадры соответствующих адресов;
• контроль ошибок;
• повторная, при необходимости, передача кадров.
На канальном уровне работают ЛВС Ethernet, Token Ring и FDDI.
Сетевой уровень
Сетевой уровень(network layer), в отличие от двух предыдущих, отвечает за передачу данных в СПД и управляет маршрутизацией сообщений - передачей через несколько каналов связи по одной или нескольким сетям, что обычно требует включения в пакет сетевого адреса получателя.
Блок данных, передаваемый на сетевом уровне, называется пакетом (packet).
Сетевой адрес - это специфический идентификатор для каждой промежуточной сети между источником и приемником информации.
Сетевой уровень реализует:
• обработку ошибок,
• мультиплексирование пакетов;
• управление потоками данных.
Самые известные протоколы этого уровня:
• Х.25 в сетях с коммутацией пакетов;
• IP в сетях TCP/IP;
• IPX/SPX в сетях NetWare.
Кроме того, к сетевому уровню относятся протоколы построения маршрутных таблиц для маршрутизаторов: OSPF, RIP, ES-IS, IS-IS.
Транспортный уровень
Транспортный уровень(transport layer) наиболее интересен из высших уровней для администраторов и разработчиков сетей, так как он управляет сквозной передачей сообщений между оконечными узлами сети ("end-end"), обеспечивая надежность и экономическую эффективность передачи данных независимо от пользователя. При этом оконечные узлы возможно взаимодействуют через несколько узлов или даже через несколько транзитных сетей.
На транспортном уровне реализуется:
1) преобразование длинных сообщений в пакеты при их передаче в сети и обратное преобразование;
2) контроль последовательности прохождения пакетов;
3) регулирование трафика в сети;
4) распознавание дублированных пакетов и их уничтожение.
Способ коммуникации "end-end" облегчается еще одним способом
адресации - адресом процесса, который соотносится с определенной прикладной программой (прикладным процессом), выполняемой на компьютере. Компьютер обычно выполняет одновременно несколько программ, в связи с чем необходимо знать какой прикладной программе (процессу) предназначено поступившее сообщение. Для этого на транспортном уровне используется специальный адрес, называемый адресом порта.Сетевой уровень доставляет каждый пакет на конкретный адрес компьютера, а транспортный уровень передаёт полностью собранное сообщение конкретному прикладному процессу на этом компьютере.
Транспортный уровень может предоставлять различные типы сервисов, в частности, передачу данных без установления соединения или с предварительным установлением соединения. В последнем случае перед началом передачи данных с использованием специальных управляющих пакетов устанавливается соединение с транспортным уровнем компьютера, которому предназначены передаваемые данные. После того как все данные переданы, подключение заканчивается. При передаче данных без установления соединения транспортный уровень используется для передачи одиночных пакетов, называемых дейтаграммами, не гарантируя их надежную доставку. Передача данных с установлением соединения применяется для надежной доставки данных.
Сеансовый уровень
Сеансовый уровень(session layer) обеспечивает обслуживание двух "связанных" на уровне представления данных объектов сети и управляет ведением диалога между ними путем синхронизации, заключающейся в установке служебных меток внутри длинных сообщений. Эти метки позволяют после обнаружения ошибки повторить передачу данных не с самого начала, а только с того места, где находится ближайшая предыдущая метка по отношению к месту возникновения ошибки.
Сеансовый уровень предоставляет услуги по организации и синхронизации обмена данными между процессами уровня представлений.
На сеансовом уровне реализуется:
1) установление соединения с адресатом и управление сеансом;
2) координация связи прикладных программ на двух рабочих станциях.
Уровень представления
Уровень представления(presentation layer) обеспечивает совокупность служебных операций, которые можно выбрать на прикладном уровне для интерпретации передаваемых и получаемых данных. Эти служебные операции включают в себя:
• управление информационным обменом;
• преобразование (перекодировка) данных во внутренний формат каждой конкретной ЭВМ и обратно;
• шифрование и дешифрование данных с целью защиты от несанкционированного доступа;
• сжатие данных, позволяющее уменьшить объём передаваемых данных, что особенно актуально при передаче мультимедийных данных, таких как аудио и видео.
Служебные операции этого уровня представляют собой основу всей семиуровневой модели и позволяют связывать воедино терминалы и средства вычислительной техники (компьютеры) самых разных типов и производителей.
Прикладной уровень
Прикладной уровень(application layer) обеспечивает непосредственную поддержку прикладных процессов и программ конечного пользователя, а также управление взаимодействием этих программ с различными объектами сети. Другими словами, прикладной уровень обеспечивает интерфейс между прикладным ПО и системой связи. Он предоставляет прикладной программе доступ к различным сетевым службам, включая передачу файлов и электронную почту.
|
Просмотров 2991 |
|
|
