УРОВЕНЬ ПРОЦЕССОВ И ПРИЛОЖЕНИЙ

Сети ЭВМ и телекоммуникации

1. Эталонная модель OSI.

Перед началом разговора о семиуровневой модели OSI определимся с очень важными понятиями, без знания которых дальнейший разговор не состоится. Эти понятия — интерфейс и протокол.

• Протокол — это «язык», на котором общаются одинаковые уровни двух связанных сетью систем.

• Интерфейс — это еще один «язык», понятный двум соседним уров­ням внутри одной системы (рис. 3.1.).

Чтобы лучше усвоить эти понятия, разберем пример: в соответствии с принципом декомпозиции разобьем на части процесс доставки письма адресату.

1. Вы пишете письмо, обычное «бумажное» письмо.Исписанный лист вы кладете в конверт и опускаете его в почтовый ящик.

2. Почтальон вынимает письмо из ящика и несет его на почту. Про­читав адрес на конверте, он определяет, куда отправить письмо и, взяв еще несколько писем того же направления, передает их, скажем, транс­портной службе почты.

3. В свою очередь транспортная служба доставляет письмо по адре­су—в почтовый ящик получателя почты. При этом транспортная служ­ба вначале доставит ваше письмо в почтовое отделение, которое распо­ложено недалеко от дома адресата.

4. Затем другой почтальон прочтет адрес на конверте и положит его в нужный почтовый ящик.

5.

А теперь попробуем разбить нашу «почтовую систему» на составные части и определить в ее терминах понятий «протокол» и «интерфейс». Итак, пусть наша почтовая система состоит из трех уровней.

• Первый уровень находится на самом верху системы — это вы и ваш адресат. Назовем этот уровень «Уровень адресатов».

• Второй уровень — это почтальоны, которые забирают и разносят почту. Пусть это будет «Уровень почтальонов».

• Третий, низший уровень нашей системы, физически представлен почтовым транспортом. Назовем его «Транспортным уровнем».

Мы получаем две «Почтовые системы»: одна — наша, а другая — нашего корреспондента. Так вот, взаимодействие между двумя одинаковыми уровнями двух связанных сетью систем — это и есть протокол. Про­токол, на котором вы общаетесь с вашим корреспондентом, это обыч­ный русский язык. Протокол, на котором общаются почтальоны, — это язык адресов и почтовых индексов, а протокол транспортного уровня нашей почтовой системы — это разные железнодорожные станции, пор­ты, аэропорты и так далее.

Теперь займемся интерфейсом, то есть языком, который понятен двум соседним уровням одной системы. Запечатав письмо в конверт и надписав адрес, вы вступаете во взаимодействие с почтальоном, кото­рый, в свою очередь, вступает во взаимодействие с транспортной систе­мой почты. Адрес, который вы написали, а почтальон прочитал, — это и есть интерфейс вашего письма.

Точно так же взаимодействуют разные уровни эталонной модели OSI.Обсуждение этой модели мы начнем с низшего, физического уровня.

ФИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ

По-английски нижний уровень модели OSI называется Physical Layer. Задача физического уровня — передавать биты данных по физическим линиям связи. Спецификации физического уровня определяют параметры сред передачи данных — это, например, полоса пропускания, затухание, волновое сопротивление, активное сопротивление, задержки при распространении сигнала и так далее (рис. 3.2). Помимо физических ха­рактеристик сред эти спецификации определяют физические характери­стики сигналов. К этому же уровню относятся спецификации интер­фейсных разъемов кабелей.

Задача физического уровня — передача битов данных в соответствии с физическими спецификациями передачи данных. Физический уровень не «задумывается» о том, что один и тот же канал могут попеременно использовать различные пары связывающихся компьютеров. Физическому уровню нет дела, случаются ли сбои при передаче данных или все идет хорошо. Биты на физическом уровне передаются неразделенным сплошным потоком: задача этого уровня состоит лишь в том, чтобы передать полученные от верхнего уровня данные.

Вы уже поняли, что описанные в предыдущей главе характеристики кабелей имеют отношение к физическому уровню модели OSI.

Рис. 3.2. Физический уровень

Устройствам физического уровня нет дела, что за данные они передают. Для них главное — сгенерировать, передать и распознать последовательность импульсов через физическую среду передачи данных. Переданные биты затем будут обработаны и в виде неких данных «пойдут» к более высоким уровням OSI.

КАНАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ

Канальный уровень, он же Data Link Layer (рис. 3.4), — это уровень более «интеллектуальный», чем физический.

Канальный уровень уже оперирует самими данными. Он разбивает поток данных, поступающих с высшего уровня, на куски, которые называются кадрами {frame). Каждый кадр оформляется особым образом. При этом помимо полезных данных передаются контрольные данные, в кадр включаются адреса принимающего и передающего оборудования и так далее.

Рис. 3.3. Канальный уровень

Если получатель получит поврежденный кадр (целостность кадров проверяется путем подсчета контрольной суммы), канальный уровень «просит» повторит передачу.

Протоколы канального уровня, в случае с использованием разделяемой среды передачи данных, следят за тем, чтобы линия передачи была свободна в момент передачи. Примером протокола канального уровня можно привести протокол Ethernet.

На канальном уровне работают, например, мосты, коммутаторы, сетевые адаптеры. Нужно понимать, что каждое сетевое устройство, так или иначе, работает на всех уровнях OSI, на канальном уровне перечисленные устройства, наиболее функциональны.

Протокол канального уровня — это весьма интеллектуальная система, которая способна эффективно заниматься доставкой сообщений между двумя компьютерами (или между двумя другими устройствами).

СЕТЕВОЙ УРОВЕНЬ

Сетевой уровень, или Network Layer, расположен над канальным уровнем и служит для построения единой транспортной системы, основой которой могут стать сети, использующие различные принципы передачи данных. Схему такой сети вы видите на рис. 3.4 — здесь в качестве протокола сетевого уровня показан IP.

Сетьв терминах сетевого уровня модели OSI — это совокупность ком­пьютеров, объединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи данных один из протоколов канального уровня, определенного для этой топологии.

Сетевой уровень заведует доставкой данных между сетями. Ему нет дела до подробностей передачи данных на канальном уровне: ведь про­токолы сетевого уровня оперируют адресами, отличными от тех, которые используются протоколами канального уровня.

Одним из самых характерных устройств сетевого уровня является маршрутизатор. Руководствуясь адресами этого уровня, он осуществляет маршрутизацию трафика и выбирает самые рациональные пути его прохождения.

Если канальный уровень оперирует кадрами (frame), то сетевой имеет дело с пакетами {packet). Примером протокола сетевого уровня является IP, входящий в стек TCP/IP.

К сетевому уровню относится также протокол IPX стека IPX/SPX.

Это так называемые маршрутизируемые протоколы (Routed Protocols) — протоколы, которые занимаются доставкой информации в сети. К этому же уровню относятся специфические протоколы, с помощью которых маршрутизаторы управляют трафиком. Эти так называемые протоколы маршрутизации {Routing Protocols) служат для сбора и анализа информа­ции о топологии сети. Они, не перенося по сети данные, которые могут быть полезны пользователю, тем не менее играют важную роль.

Над сетевым уровнем расположен еще более высокий уровень — транспортный.

ТРАНСПОРТНЫЙ УРОВЕНЬ

Протоколы транспортного уровня (Transport Layer) обеспечивают надежную передачу данных для протоколов более высоких уровней или для приложений (рис. 3.5). При этом можно выбирать уровень надежности, то есть сложности процедур, который бы обеспечил более высокому уровню достаточный уровень сервиса.

Рис. 3.5. Транспортный уровень

К примеру, в качестве приоритетных задач можно выбрать обнаружение и исправление ошибок, или высокую срочность доставки, или восстановление аварийно прерванной связи. Тип сервиса протокола транспортного уровня для различных сетей может быть разным.

Локальная сеть, чьи линии связи надежны, может обойтись методами восстановления потерянных данных более низких уровней, не тратя вычислительные ресурсы на реализацию сложных методов коррекции ошибок на транспортном уровне. С другой стороны, какая-нибудь медленная и ненадежная линия связи глобальной сети может потребовать пристального наблюдения за ошибками именно со стороны протоколов транспортного уровня.

К протоколам транспортного уровня относятся протоколы TCPи UDP стека TCP/IPи SPXпротокола IPX/SPX.Как правило, функции транспортного уровня целиком реализованы программными средствами—в отличие от трех низших уровней, в реализации которых важное место занимают технические средства.

Мы рассмотрели четыре нижних уровня сетевой системы. Обобщенно их принято называть сетевым транспортом, то есть системой, которая обеспечивает исключительно транспортные функции сети, не задумыва­ясь о характере передаваемых данных. Эти протоколы по большей части представлены физически существующими устройствами, реализующи­ми их. А вот оставшиеся три уровня системы OSI являются исключительно программными надстройками над сетевой транспортной системой. Их основная задача — предоставление сетевых услуг приложениям. Итак, рассмотрим сеансовый уровень.

СЕАНСОВЫЙ УРОВЕНЬ

Сеансовый уровень (Session Layer) служит для управления ходом взаимодействия процессов. Он, к примеру, может применяться для синхронизации двух «общающихся» сторон. Как правило, этот уровень существует лишь формально, и его функции включают в себя протоколы следующего за ним уровня — уровня представлений.

УРОВЕНЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ

Уровень представлений (Presentation Layer) работает с передаваемыми данными на уровне формы представления передаваемой информации. Это означает вот что: уровень представлений нужен, чтобы обеспечить взаимодействие, понимание уровней приложений. Он заключает в себе некие «переводчики» для разных «языков» более высокого уровня. Уровень представлений, не изменяя содержания передаваемых данных, может определенным образом обрабатывать их форму. Например, такая обработка может заключаться в перекодировке данных или в их шифровании. В качестве протокола уровня представлений можно назвать протокол SSL стека TCP/IP. Этот протокол служит для шифрования данных.

За уровнем представлений идет высший уровень модели OSI — уровень процессов и приложений, или прикладной уровень.

УРОВЕНЬ ПРОЦЕССОВ И ПРИЛОЖЕНИЙ

Прикладной уровень {Application Layer) — это набор протоколов, позволяющих пользователям работать с ресурсами сети (рис. 3.6). В качестве единицы данных протоколов прикладного уровня выступают сообщения {message).

Команды пользователя, которые он подает, например, перетаскивая файлы из одного окна программы в другое или нажимая на кнопки, пре­образуются в команды протоколов FTP, которые передаются FTP-серве-ру. На этом простом примере можно увидеть взаимосвязь приложения и протокола прикладного уровня. При желании пользователь может вос­пользоваться простой коммуникационной программой и вводить FTP-команды вручную.

Рис. 3.6. Уровень процессов и приложений

Рассмотрим теперь процесс взаимодействия пользователя с HTTP-сервером по протоколу HTTP (Hyper Text Transfer Protocol, то есть протокол передачи гипертекста).

1. Пользователь запускает веб-браузер и вводит веб-адрес (URL) нужного ему ресурса. Введенные данные (сообщение в терминах уровня процессов и приложений) передаются уровню представлений. Отметим, что такого рода сообщения имеют, как правило, заголовок, содержащий служебную информацию и тело сообщения, в котором записаны полезные данные, — не правда ли, похоже на наш пример с отправленным по почте письмом?

2. Дальше это сообщение передается уровню представлений, который снабжает его своим собственным заголовком и передает сообщение сеансовому уровню, который, в свою очередь, снабжает это сообщение собственным заголовком. И так далее — до тех пор, пока сообщение не примет вид, пригодный для передачи по ближайшему к пользователю сетевому интерфейсу. Пусть это будет, например, модемное соединение компьюте­ра пользователя с провайдером. После того, как данные переданы модему провайдера, они проходят часть пути «вверх» по лестнице уровней OSI.

3. Доведя сообщение до сетевого уровня, то есть, превратив его в IP-пакет, содержащий IP-адрес, система провайдера, имеющая выход в Ин­тернет, маршрутизирует этот пакет на нужный выход. При прохождении пакета по Интернету он снова и снова то «опускается» до физического уровня на линиях передачи данных, то опять «поднимается» до сетевого уровня на маршрутизаторах.

4. Наконец наш пакет достиг целевого сервиса. Там он «поднимается» до прикладного уровня, и сервер, распознавая команду пользователя, которая содержит URL какой-нибудь веб-странички, хранящейся на этом сервере, высылает пользователю (вернее, веб-браузеру) эту страничку. Содержимое страницы снова проходит длинный путь по Интернету, достигает браузера и отображается в нем. При этом вовсе не обяза­тельно, чтобы страничка шла от сервера к браузеру тем же путем, по ко­торому шел запрос от браузера к серверу, — тут все зависит от решений, которые принимают маршрутизаторы.

Все это и просто, и сложно. Я даже думаю, что «в первом чтении» многое вам осталось непонятным. Что ж, придется перечитать, поста­раться вникнуть в эту главу и, возможно, законспектировать особо «тем­ные» места. Не пугайтесь трудностей: мне известно совершенно точно, что знание эталонной модели OSI вскоре позволит вам разобраться со стеком протоколов TCP/IP и некоторыми другими популярными стека­ми протоколов. Разобравшись в структуре модели OSI, вы легко разло­жите в соответствии с этой структурой информацию о протоколах.

2. АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЛВС. СЕТЕВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ.

СЕТЕВЫЕ АДАПТЕРЫ.

В нашем случае в качестве сетевых адаптеров выступают PCI-карты и USB-устройства.

Интерфейс USB сейчас занимает первые места в хит-параде компью­терных решений, поэтому довольно широко распространены сетевые ус­тройства с этим интерфейсом. Но сетевые адаптеры для Fast Ethernet в большинстве случаев выпускаются в формате PCI-карты.

В качестве сетевой карты выступает карточка Fast Ethernet Genius GF100TXV. Она собрана на чипе от VIA и в документации называется VIA VT6105 Rhine III Fast Ethernet Adapter. Эта карта установлена в на­стольный ПК на базе Athlon XP 1,8+, оснащенном 256 Мб DDR RAM и 40 GB HDD. В качестве кабелей — UTP 5 категории.

В качестве второго ПК в нашем примере выступает ноутбук Samsung P28-DGH (рис. 6.4) с интегрированным сетевым адаптером Broadcom 440х 10/100 Integrated Controller. Это оборудование, которое относится к проводной части наших экспериментов.

В качестве беспроводного испытательного полигона будем использо­вать все тот же настольный компьютер, оснащенный беспроводным адаптером ASUS WL-161 — это устройство стандарта 802.1 lb, и ноутбук со встроенной беспроводной сетевой картой Agere Wireless Mini PCI Card того же стандарта 802.1 lb.

Мы подробно разберем вопросы интеграции в беспроводную сеть КПК на базе Windows Mobile 2003 — это Fujitsu Siemens Pocket LOOX 420 (рис. 6.5) со встроенным адаптером Wi-Fi стандарта 802.1 lb.

Немало времени мы отведем модемам. Тестовыми экземплярами по­служат модем Zyxel Omni 56K PCI (рис. 6.6), встроенный в ноутбук SENS LT56ADW, и пара беспроводных модемов, проще говоря — сотовых теле­фонов, оснащенных встроенными модемами. Это Motorola C650 (рис. 6.7), выступивший в качестве GPRS-модема, который можно со­единить с настольным ПК посредством дата-кабеля, и Alcatel 535 (рис. 6.8). Кроме этого, такой телефон имеет все шансы «подружиться» с КПК посредством инфракрасного порта.

В качестве хаба для построения проводной сети использовался недо­рогой восьмипортовый коммутатор Compex PS2208B (рис. 6.9)

В следующем разделе мы подробнее рассмотрим функции маршрути­зации. Это нужно, чтобы сделать один из вышеперечисленных ПК маршрутизатором и посмотреть, что из этого всего выйдет.

Поиск по сайту: