Скачать презентацию МНОГОУРОВНЕВАЯ МОДЕЛЬ СТЕКА СЕТЕВЫХ ПРОТОКОЛОВ Организация передачи Скачать презентацию МНОГОУРОВНЕВАЯ МОДЕЛЬ СТЕКА СЕТЕВЫХ ПРОТОКОЛОВ Организация передачи

Сорокин_02_OSI.pptx

  • Количество слайдов: 52

МНОГОУРОВНЕВАЯ МОДЕЛЬ СТЕКА СЕТЕВЫХ ПРОТОКОЛОВ МНОГОУРОВНЕВАЯ МОДЕЛЬ СТЕКА СЕТЕВЫХ ПРОТОКОЛОВ

Организация передачи данных Многоуровневая модель Система А Система B Процесс … … Уровень N+1 Организация передачи данных Многоуровневая модель Система А Система B Процесс … … Уровень N+1 Уровень N Среда передачи данных

Организация передачи данных Взаимодействие соседних уровней Пользователь услуги Уровень N+1 Точки доступа Источник услуги Организация передачи данных Взаимодействие соседних уровней Пользователь услуги Уровень N+1 Точки доступа Источник услуги Уровень N Источник услуги

Организация передачи данных Взаимодействие соседних уровней Пользователь услуги Уровень N+1 Точки доступа Источник услуги Организация передачи данных Взаимодействие соседних уровней Пользователь услуги Уровень N+1 Точки доступа Источник услуги Уровень N

Организация передачи данных Потоки данных Система А Система B Процесс … … Уровень N+1 Организация передачи данных Потоки данных Система А Система B Процесс … … Уровень N+1 Уровень N Среда передачи данных

Организация передачи данных Определения Система А • Протокол – формальный набор Система B правил, Организация передачи данных Определения Система А • Протокол – формальный набор Система B правил, по которому обмениваются Процесс сетевые компоненты, находящиеся на одном уровне на разных системах (а также реализующее его ПО). … Процесс … • Интерфейс – набор правил взаимодействия смежных уровней на Уровень N+1 одной системе. Уровень N • Стек протоколов – совокупность интерфейсов и протоколов, достаточные для организации взаимодействия процессов … Среда передачи данных …

ЭТАЛОННАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ OSI ISO ЭТАЛОННАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ OSI ISO

Эталонная модель взаимодействия открытых систем ISO (OSI ISO) 7 7. Уровень приложений 6 6. Эталонная модель взаимодействия открытых систем ISO (OSI ISO) 7 7. Уровень приложений 6 6. Уровень представления данных 5 5. Сеансовый уровень 4 4. Транспортный уровень 3 3. Сетевой уровень 2 2. Канальный уровень 1 1. Физический уровень

Физический уровень Physical level 7 6 5 4 3 2 1 Задача уровня: • Физический уровень Physical level 7 6 5 4 3 2 1 Задача уровня: • Передача отдельных битов между непосредственно соединенными сетевыми устройствами Описывает физические аспекты передачи информации: • • Природа передающей среды Полоса пропускания Напряжение Крутизна фронтов Используемые частоты Размер и форма разъемов … Реализуется аппаратными методами в сетевом адаптере

Канальный уровень Data link level 7 6 5 4 3 2 1 Задача уровня: Канальный уровень Data link level 7 6 5 4 3 2 1 Задача уровня: • Передача данных, организованных в кадры (frame) без искажений между узлами сети, связанными одной средой передачи данных. На этом уровне: • Осуществляется проверка возможности доступа к разделяемой среде • Выделение кадров из потока данных, поступающих по сети, формирование кадров при отправке • Вычисляются и проверяются контрольные суммы для проверки правильности передачи

Канальный уровень Data link level 7 6 5 4 3 2 1 Подуровни: • Канальный уровень Data link level 7 6 5 4 3 2 1 Подуровни: • Верхний: Logical Link Control (LLC) • Установка виртуального канала связи • Взаимодействие с сетевым уровнем Реализуется сетевым адаптером и драйверами • Нижний: Media Access Control (MAC) • Контроль состояния сети • Доступ к разделяемой среде • Приём и передача кадров • Проверка правильности кадров • Повторная передача Реализуется сетевым адаптером

Канальный уровень Data link level 7 MAC / физические / канальные адреса 6 • Канальный уровень Data link level 7 MAC / физические / канальные адреса 6 • Необходимы для адресации устройств в рамках 5 4 3 2 1 разделяемой среды • Формат зависит от стандарта сети • Как правило используется плоское адресное пространство • Должна быть обеспечена уникальность адресов в рамках сетевого стандарта: • Блоки адресов распределяются между производителями оборудования • Каждое устройство получает уникальный адрес из выделенного производителю блока

Канальный уровень Data link level 7 6 5 4 3 2 1 Возможности: • Канальный уровень Data link level 7 6 5 4 3 2 1 Возможности: • Достаточен для организации взаимодействия сетевых устройств в рамках одной разделяемой среды Недостатки: • Фиксированная топология сети, как правило не допускающая резервных каналов • Адреса имеют смысл в рамках одной технологии • Плоское адресное пространство и произвольное распределение адресов затрудняют поиск маршрутов • Широковещательные пакеты распространяются по всей сети • Число подключаемых устройств и размер сети могут быть ограничены используемой технологией Ограниченная масштабируемость

Сетевой уровень Network level 7 6 5 4 3 2 1 Задача уровня: • Сетевой уровень Network level 7 6 5 4 3 2 1 Задача уровня: • Доставка пакетов (packet) данных от отправителя к получателю в рамках составной сети произвольной топологии На этом уровне: • Сопрягаются сети, использующие различные технологии канального уровня • Решается задача адресации в составной сети • Осуществляется поиск маршрутов для передачи данных в условиях произвольной топологии сети

Сетевой уровень Network level 7 6 5 4 3 2 1 Маршрутизация: выбор маршрута Сетевой уровень Network level 7 6 5 4 3 2 1 Маршрутизация: выбор маршрута доставки пакета от отправителя получателю. Критерии: • Количество транзитных узлов • Пропускная способность • Загруженность • Надёжность 1 • Стоимость • Задержки • … 2 3

Сетевой уровень Network level 7 Сетевые / логические / виртуальные адреса: 6 • Идентифицируют Сетевой уровень Network level 7 Сетевые / логические / виртуальные адреса: 6 • Идентифицируют сетевые устройства в рамках глобальной сети 5 4 3 2 1 • Могут иметь иерархическую структуру • Уникальны в пределах сети • Распределяются специализированными организациями

Сетевой уровень Network level 7 Типы протоколов: 6 • Маршрутизируемые протоколы – реализуют 5 Сетевой уровень Network level 7 Типы протоколов: 6 • Маршрутизируемые протоколы – реализуют 5 4 3 2 1 продвижение пакетов через сеть • Протоколы маршрутизации – используются маршрутизаторами для сбора информации о топологии сети и построения маршрутов • Протоколы разрешения адресов – обеспечивают преобразование между сетевыми и MAC-адресами

Транспортный уровень Transport level 7 6 5 4 3 2 1 Задача уровня: • Транспортный уровень Transport level 7 6 5 4 3 2 1 Задача уровня: • Обеспечить высшим уровням доставку информации с требуемым уровнем надёжности и качеством услуг Обеспечение качества связи: • Срочность • Надёжность • • Исправление искажений Повторная передача потерянных пакетов Корректировка порядка доставки/дублирования Организация виртуальных каналов связи

Транспортный уровень Transport level 7 6 Функции: • Разбивка сообщений сеансового уровня на пакеты Транспортный уровень Transport level 7 6 Функции: • Разбивка сообщений сеансового уровня на пакеты 3 (датаграммы / datagram) • Буферизация принимаемых пакетов • Упорядочивание прибывающих пакетов • Адресация прикладных процессов • Управление потоком 2 Требуемое качество выбирается клиентом 5 4 1

Сеансовый уровень Session level 7 6 5 4 3 2 1 Задача уровня: • Сеансовый уровень Session level 7 6 5 4 3 2 1 Задача уровня: • Обеспечение управления диалогом: • Установление способа обмена сообщениями (дуплексный, полудуплексный) • Синхронизация обмена сообщениями • Организация контрольных точек и обеспечение откатов

Уровень представления данных Presentation level 7 6 Задача уровня: • Модифицировать форму представления данных Уровень представления данных Presentation level 7 6 Задача уровня: • Модифицировать форму представления данных для передачи по сети, не меняя содержания 5 4 3 2 1 Возможные функции: • Шифрование • Изменение кодировок • Преобразование форматов • …

Прикладной уровень Application level 7 6 Прикладной уровень составляет набор сетевых сервисов, предоставляемых системой Прикладной уровень Application level 7 6 Прикладной уровень составляет набор сетевых сервисов, предоставляемых системой конечному пользователю. 5 4 3 2 1 Единица обмена данными на этом уровне – сообщение (message).

Эталонная модель взаимодействия открытых систем ISO (OSI ISO) 7 7. Уровень приложений 6 6. Эталонная модель взаимодействия открытых систем ISO (OSI ISO) 7 7. Уровень приложений 6 6. Уровень представления данных 5 5. Сеансовый уровень 4 4. Транспортный уровень 3 3. Сетевой уровень 2 2. Канальный уровень 1 1. Физический уровень

УСТРОЙСТВА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ УСТРОЙСТВА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Устройства передачи данных Физический уровень • Ретранслятор / Репитер / Repeater • Концентратор / Устройства передачи данных Физический уровень • Ретранслятор / Репитер / Repeater • Концентратор / Хаб / Hub Система 1 Система 2 Уровень 7 Уровень 6 Уровень 5 Уровень 4 Уровень 3 Уровень 2 Репитер, хаб Уровень 2 Уровень 1

Устройства передачи данных Физический уровень Транслируют поступившую на один порт информацию на все остальные Устройства передачи данных Физический уровень Транслируют поступившую на один порт информацию на все остальные порты. • Ретранслятор / Репитер / Repeater Обеспечивает восстановление качества сигнала, может использоваться для соединения разных сред передачи (в рамках одной технологии). ретранслятор

Устройства передачи данных Физический уровень Транслируют поступившую на один порт информацию на все остальные Устройства передачи данных Физический уровень Транслируют поступившую на один порт информацию на все остальные порты. • Концентратор / Хаб / Hub Несколько репитеров в одном корпусе. Служит для объединения нескольких сегментов в одну сеть.

Устройства передачи данных Канальный уровень • • Мост / Bridge Коммутатор / Switch Система Устройства передачи данных Канальный уровень • • Мост / Bridge Коммутатор / Switch Система 1 Система 2 Уровень 7 Уровень 6 Уровень 5 Уровень 4 Уровень 3 Коммутатор, мост Уровень 2 Уровень 1 Уровень 3

Устройства передачи данных Канальный уровень • Мост / Bridge • Используется для соединения разнородных Устройства передачи данных Канальный уровень • Мост / Bridge • Используется для соединения разнородных сетей • Может захватывать подуровень LLC

Устройства передачи данных Канальный уровень • Коммутатор / Switch • Анализируют кадры канальном уровне Устройства передачи данных Канальный уровень • Коммутатор / Switch • Анализируют кадры канальном уровне (MAC) • Используются для разделения сети на несколько сегментов. • Передают информацию только в тот сегмент, где находится получатель (по МАС-адресу). • Снижается нагрузка на сеть • Повышается безопасность • Как правило, анализ сети ведётся автоматически. • Могут выявлять ошибки, реже производить фильтрацию, …

Устройства передачи данных Сетевой уровень • Маршрутизатор / Router Система 1 Система 2 Уровень Устройства передачи данных Сетевой уровень • Маршрутизатор / Router Система 1 Система 2 Уровень 7 Уровень 6 Уровень 5 Уровень 4 Маршрутизатор Уровень 4 Уровень 3 Уровень 2 Уровень 1

Устройства передачи данных Сетевой уровень • Маршрутизатор / Router • Анализируют пакеты и адреса Устройства передачи данных Сетевой уровень • Маршрутизатор / Router • Анализируют пакеты и адреса сетевого уровня • Используются для объединения разнородных сетей • Обеспечивают маршрутизацию в сетях произвольной топологии • Ручная настройка • Автоматическая, с применением специальных протоколов • Не пропускают широковещательные пакеты • Осуществляют фильтрацию трафика, распределение между альтернативными каналами…

Устройства передачи данных Верхние уровни модели OSI • Шлюз – используется для передачи данных Устройства передачи данных Верхние уровни модели OSI • Шлюз – используется для передачи данных между сетями, имеющими существенно различающиеся архитектуры. Могут работать на самых верхних, вплоть до 7 уровня модели OSI. Как правило, реализуются программно. Решают такие задачи как: • передача электронной почты между сетями • передача файлов • …

ЗАДАЧА СОЕДИНЕНИЯ УЗЛОВ В СЕТИ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ТОПОЛОГИИ ЗАДАЧА СОЕДИНЕНИЯ УЗЛОВ В СЕТИ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ТОПОЛОГИИ

Задача соединения узлов в сети произвольной топологии Маршрут – последовательность транзитных узлов на пути Задача соединения узлов в сети произвольной топологии Маршрут – последовательность транзитных узлов на пути от отправителя к получателю Задачи: 1. Определение информационных потоков 2. Определение маршрутов для потоков 3. Сообщение о найденных маршрутах узлам сети 4. Продвижение – распознавание и локальная коммутация 5. Мультиплексирование и демультиплексирование потоков

Определение информационных потоков • Информационный поток (data flow, data stream) – последовательность данных, объединённая Определение информационных потоков • Информационный поток (data flow, data stream) – последовательность данных, объединённая общим набором признаков, который выделяет эти данные из общего сетевого трафика. • Определить потоки – задать набор отличительных признаков. • Виды признаков: • локальные; • глобальные. • В качестве признака может применяться метка потока.

Определение маршрутов Определить маршрут — однозначно задать последовательность транзитных узлов и их интерфейсов, через Определение маршрутов Определить маршрут — однозначно задать последовательность транзитных узлов и их интерфейсов, через которые надо передавать данные, чтобы доставить их адресату. Критерии: • номинальная пропускная способность; • загруженность каналов связи; • задержки, вносимые каналами; • количество промежуточных транзитных узлов; • надежность каналов и транзитных узлов; • стоимость передачи данных; • … Методы: • вручную; • автоматически, с использованием специальных протоколов.

Оповещение сети о найденных маршрутах Оповестить сеть о найденных маршрутах — настроить каждый коммутатор Оповещение сети о найденных маршрутах Оповестить сеть о найденных маршрутах — настроить каждый коммутатор таким образом, чтобы он "знал", в каком направлении следует передавать каждый поток. В таблице коммутации создаётся запись, связывающая признак потока с интерфейсом, на который необходимо передать относящиеся к потоку данные. Режимы оповещения: • вручную; • автоматически.

Продвижение • Локальная коммутация: • Распознавание потока • Пересылка данных с одного порта на Продвижение • Локальная коммутация: • Распознавание потока • Пересылка данных с одного порта на другой • Коммутация абонентов: • Последовательность локальных коммутаций на транзитных узлах

Мультиплексирование и демультиплексирование • Демультиплексирование (demultiplexing) – разделение суммарного агрегированного потока, поступающего на один Мультиплексирование и демультиплексирование • Демультиплексирование (demultiplexing) – разделение суммарного агрегированного потока, поступающего на один интерфейс, на несколько потоков. • Мультиплексирование (multiplexing) – образование из нескольких отдельных потоков общего агрегированного потока, который может быть передан по одному физическому каналу связи. Мультиплексор Демультиплексор

СПОСОБЫ КОММУТАЦИИ СПОСОБЫ КОММУТАЦИИ

Способы коммутации Коммутация каналов Коммутация пакетов Перед началом связи формируется непрерывный составной канал, используемый Способы коммутации Коммутация каналов Коммутация пакетов Перед началом связи формируется непрерывный составной канал, используемый только конечными клиентами Передаваемые данные разделяются на небольшие фрагменты, независимо передаваемые по сети.

Коммутация каналов Сеть образует между конечными узлами непрерывный составной физический канал из последовательно соединенных Коммутация каналов Сеть образует между конечными узлами непрерывный составной физический канал из последовательно соединенных коммутаторами промежуточных канальных участков. Обязательна процедура установления связи. Транзитные узлы не буферизируют данные.

Коммутация каналов Достоинства: 1. Постоянная и известная скорость передачи данных между конечными узлами 2. Коммутация каналов Достоинства: 1. Постоянная и известная скорость передачи данных между конечными узлами 2. Низкий и постоянный уровень задержки при передаче данных через сеть Недостатки: 1. Возможность отказа при установлении соединения 2. Нерациональное использование пропускной способности каналов для компьютерного трафика 3. Обязательная задержка перед началом передачи данных

Коммутация пакетов Сообщение разбивается на пакеты, каждый из которых снабжается заголовком, содержащим адресную информацию Коммутация пакетов Сообщение разбивается на пакеты, каждый из которых снабжается заголовком, содержащим адресную информацию и информацию для сборки сообщения. Пакеты транспортируются по сети как независимые информационные блоки.

Коммутация пакетов Буферизация пакетов транзитными узлами • Сглаживает пульсации трафика на магистральных каналах • Коммутация пакетов Буферизация пакетов транзитными узлами • Сглаживает пульсации трафика на магистральных каналах • Вносит задержку в передачу данных Задержки: • В источнике передачи данных • Время на передачу заголовка • Интервалы между передачей пакетов • В транзитных узлах: • Время буферизации • Время коммутации: • Время ожидания в очереди • Время перемещения пакета в выходной порт

Коммутация пакетов Достоинства: 1. Высокая общая пропускная способность при передаче пульсирующего трафика 2. Динамическое Коммутация пакетов Достоинства: 1. Высокая общая пропускная способность при передаче пульсирующего трафика 2. Динамическое перераспределение ресурсов сети Недостатки: 1. Неопределённость скорости передачи 2. Переменная, возможно большая, величина задержки 3. Возможность потери данных

Коммутация пакетов Механизмы передачи данных в сетях с коммутацией пакетов: • Дейтаграммная передача • Коммутация пакетов Механизмы передачи данных в сетях с коммутацией пакетов: • Дейтаграммная передача • Виртуальные каналы (virtual circuit, virtual channel)

Коммутация пакетов Дейтаграммная передача • Передаваемые пакеты обрабатываются независимо друг от друга. • Принадлежность Коммутация пакетов Дейтаграммная передача • Передаваемые пакеты обрабатываются независимо друг от друга. • Принадлежность пакетов одному потоку игнорируется • Решение о передаче пакета принимается на основе таблиц маршрутизации по адресу получателя пакета. • Пакеты одного потока могут доставляться по разным маршрутам

Коммутация пакетов Виртуальные каналы • Создаётся устойчивый путь следования трафика через сеть • Учитывает Коммутация пакетов Виртуальные каналы • Создаётся устойчивый путь следования трафика через сеть • Учитывает существование потоков данных • Между двумя узлами может быть проложено несколько виртуальных каналов • Упрощает реализацию механизмов Qo. S • Для принятия решения о передаче пакетов используется локальная метка

Способы коммутации Коммутация каналов Коммутация пакетов + обеспечиваются гарантированные характеристики качества канала + более Способы коммутации Коммутация каналов Коммутация пакетов + обеспечиваются гарантированные характеристики качества канала + более эффективное использование каналов связи в случае пульсирующей нагрузки - задержка перед началом связи + возможность динамически распределять пропускную способность между абонентами - возможен отказ в построении канала - невозможность динамического перераспределения ресурсов - неопределённость пропускной способности и задержек при передаче (Qo. S) - возможность потери данных

Коммутация сообщений – передача единого блока данных между транзитными компьютерами с временной буферизацией этого Коммутация сообщений – передача единого блока данных между транзитными компьютерами с временной буферизацией этого блока на каждом компьютере.