Модель взаимодействия открытых систем OSI Взаимодействие уровней

Модель взаимодействия открытых систем OSI. Взаимодействие уровней.

Многоуровневый подход - создание иерархии задач При передаче сообщений обе системы-участницы сетевого обмена должны принять множество соглашений. Например, они должны согласовывать уровни и форму электрических сигналов, способ определения длины сообщения, договориться о методах контроля достоверности и т. п. Другими словами, соглашения должны быть приняты для всех уровней, начиная от самого низкого уровня передачи битов, до самого высокого уровня, детализирующего как информация должна быть интерпретирована. Уровень 3 Интерфейс 2 -3 Уровень 2 Интерфейс 1 -2 Уровень 1

Пример многоуровневого взаимодействия предприятий

Модель взаимодействия открытых систем ISO/OS

ПОНЯТИЕ ПРОТОКОЛА • Для организации взаимодействия между системами необходим набор правил, которые должны соблюдать взаимодействующие партнеры, посылая другу сигналы. Эти правила называются протоколами.

Сетевой протокол • Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколами. • Протоколы дают возможность программам работающим на одноименных уровнях посылать другу вызовы, интерпретировать данные обрабатывать ошибочные ситуации и выполнять другие функции необходимые для доставки информации к вышележащим уровням. Протоколы определяют состав управляющей информации (заголовков), формат ее представления и способы использования при взаимодействии между уровнями.

Сетевой интерфейс • Протоколы смежных уровней, находящихся в одном узле, взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами и с помощью стандартизованных форматов сообщений. Эти правила принято называть интерфейсом. • Интерфейс определяет набор услуг, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему.

Виды соединений • В зависимости от возможности одновременной передачи в разных направлениях все протоколы канального уровня делятся на: – Симплексные – передача разрешена только в одном направлении. – Полудуплексные - в этом случае каждая из сторон осуществляет передачу по очереди. – Полнодуплексные – в этом случае каждая из сторон может выполнять передачу одновременно.

Взаимодействие между уровнями • Каждый уровень в архитектуре распределенной обработки данных взаимодействует с эквивалентным уровнем на другом конце связи.

Две формы взаимодействия между эквивалентными уровнями • Существуют две формы взаимодействия между эквивалентными уровнями: – заголовки сообщений – управляющие сообщения. • Они составляют основу международных стандартов.

ЗАГОЛОВКИ • В расслоенной архитектуре каждый уровень (кроме уровня 1) может добавить к посылаемому сообщению заголовок. Этот заголовок будет интерпретироваться эквивалентным уровнем на другом конце связи. • Кадр на уровне 2 содержит заголовок, который используется механизмами уровня 2 на другом конце физической линии. В кадре также содержится хвостовик, с помощью которого определяется конец кадра и обнаруживаются возможные при передаче ошибки. • Общее правило: – заголовок уровня N не просматривается уровнем N— 1. Для него он эквивалентен другим данным, подлежащим передаче. Уровень N— 1 добавляет свой собственный заголовок

УПРАВЛЯЮЩИЕ СООБЩЕНИЯ • Наряду с обычными сообщениями по сети передаются управляющие сообщения, единственная функция которых заключается в передаче сигналов между уровнями управления. • Разные уровни обмениваются управляющими сообщениями разного типа. С их помощью выполняются такие функции, как установление соединений, обработка ошибок или нарушений протокольной процедуры, регулирование скорости потока данных и т. п. Обычно часто употребляемые сигналы передаются в заголовках сообщений; сигналы, редкие или требующие более нескольких байтов, передаются в виде самостоятельных управляющих сообщений. • Управляющие сообщения можно применять, когда необходимо послать срочный сигнал. В большинстве систем они имеют более высокий приоритет, чем обычные сообщения с данными, и отправляются в обход очередей обычных сообщений. • В международных стандартах определяются управляющие сообщения и заголовки для каждого уровня.

ВНУТРИУЗЛОВЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УРОВНЕЙ • Уровни внутри одного узла взаимодействуют при помощи параметров, которые передаются между уровнями, когда от одного уровня к другому передается сообщение. • В параметрах содержится информация о таких вещах, как адреса, по которым должны быть посланы сообщения, или виды нужных функций управления.

Сетевая модель ISO/OSI

Сетезависимые и сетенезависимые уровни

Функциональное соответствие видов коммутационного оборудования уровням модели OSI

Соответствие популярных стеков протоколов модели OSI

Коммутационный узел

Функции коммутационного узла - прием дейтаграмм от смежных узлов; - анализ адресной информации заголовков; - организация соединения (выбор маршрута) для доставки дейтаграммы. Маршрутом будем называть путь, который проходит информация через сетевые узлы в рамках данного сетевого соединения. Роль сетевых узлов могут выполнять специализированные устройства, либо эти функции могут выполнять компьютеры сети.

Два подхода к обеспечению обслуживания В зависимости от того какой вид обслуживания предоставляется, различают два основных подхода: – Сервис с предварительной установкой соединения – Сервис без установления соединения (дейтаграммный сервис).

Сервис ориентированный на соединение Соединения должны обладать следующими свойствами. 1. Перед отправкой данных процесс сетевого уровня посылающей стороны должен установить соединение с процессом сетевого уровня принимающей стороны. Это соединение, которому дается специальный идентификатор, используется, пока все данные не будут переданы, после чего соединение явно освобождается. 2. При установке соединения два процесса могут вступить в переговоры о параметрах, качестве и цене предоставляемой службы. 3. Соединение устанавливается в обоих направлениях (полный дуплекс), и пакеты доставляются по очереди друг за другом. 4. Управление потоком осуществляется автоматически во избежание ситуации, когда отправитель посылает пакеты с большей скоростью, нежели получатель способен их принять.

Два вида соединений • Виртуальный канал • Логическое соединение

Сервис без установления соединения • Предварительно соединение не устанавливается. Хосты должны защищаться от ошибок своими силами (то есть обнаруживать и исправлять ошибки), а также заниматься управлением потоком. • Отсюда следует, что сетевая служба должна быть службой, не требующей соединения, состоящей в основном из примитивов SEND PACKET (послать пакет) и RECEIVE PACKET (принять пакет). Кроме того, каждый пакет должен содержать полный адрес получателя, так каждый посланный пакет пересылается независимо от предшествующих пакетов. • Подобный подход реализован в протоколе IP сети Интернет.

Дейтаграммная сеть • В дейтаграммной сети маршруты не выбираются заранее, даже если служба является ориентированной на соединение. Маршрут каждого пакета выбирается независимо от его предшественников. Следующие один за другим пакеты могут перемещаться по различным маршрутам. Дейтаграммным подсетям приходится выполнять больше работы, они отличаются большей устойчивостью и легче приспосабливаются к неисправностям и заторам, чем подсети виртуальных каналов. • Маршрутизаторы пользуются таблицами, содержащими не виртуальные каналы, а номера выходных линий для пунктов назначения пакетов. Эти таблицы применяются также и при использовании виртуальных каналов на стадии определения маршрута во время установки соединения. • Каждая дейтаграмма должна содержать полный адрес получателя. В больших сетях эти адреса могут быть довольно длинными (десятки байтов и более). Когда поступает пакет, маршрутизатор выбирает линию, по которой его послать дальше. Кроме того, установка или разрыв соединения на транспортном уровне не требуют от маршрутизаторов выполнения специальных действий.

Основные проблемы построения сетей 1. Физически связать компьютер с сетью, подключив его к линии связи с помощью соответствующего аппаратного устройства. 2. Обеспечить обмен данными через канал связи без искажений. 3. Решить задачу адресации машин работающих в сети. 4. Определить для какой прикладной программы предназначены данные. 5. Определить в рамках какого сеанса передаются данные. 6. Произвести преобразование форматов данных в соответствии с требованиями прикладной программы. Как и для всякой сложной задачи может быть найдено множество способов решения, этим и объясняется наличие большого числа сетевых архитектур.

Канал передачи данных

Канал передачи данных Канал связи A УПС B

Устройство подключения к сети УПС выполняет следующие функции: § подготовка данных, поступающих от процессора к передаче через среду передачи данных; § передача данных удаленному компьютеру через среду передачи данных; § управление потоком данных между устройством подключения к сети и средой передачи данных.

Методы передачи данных по каналу связи • Симплексный метод передачи • Полудуплексный метод передачи • Дуплексный метод передачи

Сетевой адаптер

Сетевая карта

Удаленное подключение с помощью модема

Двухточечное соединение (точка -точка) Двухточечным называется соединение, которое связывает только два устройства, находящихся на обоих концах физической цепи. При двухточечном соединении данные от одного устройства могут быть переданы только одному другому. В этом случае нет необходимости вводить адресацию сетевых устройств. Рис. Соединение "точка-точка"

Многоточечное соединение (точка-многоточка) Многоточечное соединение подразумевает подключение многих машин к одной физической цепи. При многоточечном соединении машины получает все передаваемые данные, включая и те, которые ей не предназначены. Машина должна распознавать адресованные ей данные и отбрасывать все прочие. Рис. «Многоточечное» соединение.

Адресация на уровне доступа к среде передачи данных Данные посылаются всем компьютерам, но принимает их только адресат

Методы разделения общей среды передачи данных • Метод временного разделения канала • Метод частотного разделения канала

Разделяемая среда передачи данных

Концепция построения коммутационной сетей

Модель абстрактной сети

Три типа коммутационных сетей передачи данных 1. В зависимости от времени в течение которого поддерживается соединение различают три типа коммутационных сетей передачи данных: – сети с коммутацией каналов; – сети с коммутацией сообщений; – сети с коммутацией пакетов.

Сети с коммутацией каналов. • В сетях с коммутацией каналов, до начала передачи информации, предварительно сетевыми узлами должен быть установлен (скоммутирован) полный путь. • Для создания такого пути требуется либо наличие отдельной линии связи, либо отдельного канала связи (частотной полосы) в линии связи соединяющей узлы между собой. После окончания сеанса связи соединение разрывается. Эта модель очень напоминает телефонную коммутируемую связь. • Если в момент запроса на сетевое соединение не существует свободного пути, запрос может быть заблокирован или поставлен в очередь для обслуживания в будущем. • Недостаток: канал существует на время всей передачи, низкая эффективность использования каналов связи.

Коммутация каналов

Сети с коммутацией сообщений • В случае коммутации сообщений путь, обеспечивающий передачу данных между машинами, устанавливается на время передачи всего сообщения. Если сообщение передано успешно, то канал разрывается. В случае обнаружения искажений при передаче, передача повторяется. Недостаток: В случае большого размера сообщения и ненадежности трактов передачи каналы используются неэффективно.

Сети с коммутацией пакетов В случае коммутации пакетов путь, обеспечивающий передачу данных между машинами, устанавливается только на время передачи некоторой порции данных. В зависимости от логической завершенности этой порции данных различают два способа передачи данных с коммутацией пакетов: - способ с организацией виртуальных каналов; - способ без организации виртуальных каналов.

Коммутация пакетов

Сети с коммутацией пакетов • В случае коммутации пакета каждый пакет независимо отправляется к месту назначение и маршрут его следования выбирается независимо от маршрутов других пакетов одного и того же сообщения. • Выбор маршрута в промежуточных узлах выполняется на основе адреса назначения, который должен нести в себе каждый пакет. В этом случае, как правило, не гарантируется доставка пакетов в пункт назначения в порядке их передачи. Принимающий компьютер должен самостоятельно собрать сообщение и передать его пользователю.

2. Классификация по способам администрирования По способам администрирования различают два типа сетей: - одноранговые сети; - сети с выделенным сервером.

Одноранговая сеть

Сеть с выделенным сервером

Две модели сетевого администрирования • Имеется две принципиально различные модели управления пользователями и сетевыми ресурсами: Øмодель управления рабочей группой; Øдоменная модель управления.

Модель рабочей группы Ø Рабочая группа — логическая совокупность сетевых компьютеров, предоставляющих доступ к своим ресурсам, например к файлам и принтерам. Ø Все компьютеры рабочей группы обеспечивают равноправный доступ к ресурсам без выделенного сервера. Ø Каждый компьютер рабочей группы ведет локальную БД безопасности, которая представляет собой список учетных записей пользователей и информацию о защите ресурсов компьютера, на котором она находится. Ø Администрирование учетных записей пользователей и зашита ресурсов в рабочей группе децентрализовано.

Сеть с централизованным управлением

3. По модели сетевого взаимодействия • - сети клиент/сервер; • - одноранговые сети. 4. По используемым операционным системам (устаревшая): • - сети Windows; • - сети Novell Netware; • - сети UNIX.

• 5. По используемым стекам сетевых протоколов: • - сети TCP/IP; • - сети IPX/SPX; • - сети Net. BIOS/SMB; • - сети OSI • 6. По топологии сетей: • - шинная сеть; • - кольцевая сеть; • - сеть звезда; • - полносвязанная сеть.

Сертификация специалистов сетевых технологий • 1. Сертификация, ориентированная на знание технологий от конкретного поставщика. • 2. Сертификация оценки общих знаний и способностей, не зависимо от конкретных особенностей технологий того или иного поставщика.

Сертификация, на знание технологий от конкретного поставщика. Cisco: - CCNA – Cisco Certified Network Associate, - CCNP - Cisco Certified Network Professional, - CCNE - Cisco Certified Network Expert; Microsoft: - MCP – Microsoft Certified Professional, - MSCE - Microsoft Certified Systems Engineer; Novell: - CNA – Novell Certified Net. Ware Administrator, - CNE - Novell Certified Net. Ware Engineer.

Топология сети

Наиболее распространенные топологии • Полносвязанная; • Ячеистая; • Шинная топология • Звезда • Кольцевая • Древовидная • Смешанная

Структурированные кабельные системы (СКС)

Структурированные кабельные системы (СКС) • Структурированная кабельная система - это кабельная система здания или группы зданий с кабелями, розетками, распределителями этажей, зданий и групп зданий. • Задача структурированной кабельной системы - удовлетворение потребностей всех потенциальных пользователей системы на весь срок существования здания без переделки или расширения кабельной сети.

Преимущества Структурированных Кабельных Систем • единая кабельная система для передачи данных, голоса и видеосигнала; • модульность и возможность изменения конфигурации и наращивания без замены всей существующей сети; • длительный срок эксплуатации, оправдывающий капиталовложения; • отсутствие зависимости от изменений технологий и поставщиков активного оборудования; • минимальное количество обслуживающего и административного персонала. • высокий уровень соотношения "цена-качество". • снижение стоимости и времени установки систем, так как прокладка всей кабельной инфраструктуры может производиться одной, а не несколькими фирмами.

Топология СКС Универсальная кабельная система предлагает топологию распределения кабеля, распространяющуюся на все этажи зданий. Термин "топология" относится к физической или логической организации структуры коммуникационной системы. Система состоит из следующих элементов: 1. Кабель – магистраль группы зданий – магистраль здания – горизонтальный кабель 2. Распределитель группы зданий (CD) 3. Распределитель здания (BD) 4. Распределитель этажа (FD) 5. Телекоммуникационные окончания (FD)

Горизонтальная кабельная система этажа • Это кабель от розетки пользователя на рабочем месте до монтажного шкафа на этаже. • Максимальная длина горизонтального кабеля должна составлять 90 м. Она измеряется от разъема патч-панели в распределителе этажа до телекоммуникационной розетки на рабочем месте. Максимальная механическая длина патч-кордов на рабочем месте - не более 10 метров. Для соответствия требованиям приложений настоятельно рекомендуется использование кабелей, рабочие характеристики которых соответствуют или превышают параметры коммутационных кабелей. Длина коммутационных кабелей (патч-кордов) в распределителе этажа не должна превышать 5 м.

Магистральная кабельная система здания • Магистральная система здания обеспечивает соединение каждого из распределителей этажа с распределителем здания. Распределители этажа и здания оснащены активным и пассивным оборудованием. • В магистральной системе не должно быть уровней коммутации, что позволяет ограничить затухание сигнала в пассивных системах и упростить администрирование. На пути от шкафа этажа до главного распределителя должен быть не более чем один распределительный узел.

Магистральная кабельная система группы зданий Включает в себя соединения каждого распределителя здания с распределителем группы зданий. Расстояние между распределителем группы зданий и распределителем этажа не должно превышать 2000 м. Расстояние между распределителем здания и распределителем этажа не должно превышать 500 м. • Максимальное расстояние в 2000 м. между распределителем группы зданий и распределителем этажа может быть увеличено при использовании одномодового волоконно-оптического кабеля. Расстояние между РП группы зданий и РП этажа, превышающее 3 км в случае применения одномодового оптического волокна, выходит за рамки стандарта. Длина перемычек и коммутационных кабелей в РП комплекса и РП здания не должна превышать 20 м.

Кабельная система рабочих мест Кабельная система рабочей зоны - это часть кабельной сети, соединяющая розетки и терминальное оборудование. Коммутационные розетки На рабочем месте устанавливается два типа розеток, обеспечивающие минимальные ресурсы рабочего места: – RJ-45 категории 5 или выше; – Многомодовое оптоволокно; Все розетки маркируются Коммутационные шнуры (патч-корды). Коммутационные шнуры непосредственно подключают компьютер к сети. Длина коммутационных шнуров не должна превышать 5 метров.

Тестирование и сертификация СКС • Тестирование – проверка работоспособности СКС на соответствие требованиям стандартов. По результатам тестирования оформляется паспорт СКС. Тестирование выполняется с помощью специального оборудования (тестеров СКС), определяющего основные параметры кабельной системы – затухание, полоса пропускания, волновое сопротивление и т. п. • Сертификация – проверка оборудования СКС на наличие сертификатов и соответствие стандартам. По результатам сертификации оформляется сертификат СКС. • Компания интегратор проводит тестирование установленной СКС и по протоколам тестирования фирма-производитель сертифицирует СКС и предоставляет гарантию.

Производители СКС • • Nexans Cabling Solutions (Европа) Superior Modilar Products (США) Molex Premise Networks (США) PCNet (Тайвань) Ortronics Inc. (США) Siemon Company (США) AESP Inc. (США)