Эталонная сетевая модель OSI: Учебно-методическое пособие

М И Н И СТ Е РСТ В О О БРА ЗО В А Н И Я И Н А У К И РО ССИ Й СК О Й Ф Е Д Е РА Ц И И

В О РО Н Е Ж СК И Й ГО СУ Д А РСТ В Е Н Н Ы Й У Н И В Е РСИ Т Е Т

Э талон н ая се те в ая м оде ль OSI

У ЧЕ БН О -М Е Т О Д И ЧЕ СК О Е ПО СО БИ Е По спец иальности ПРИ К ЛА Д Н А Я М А Т Е М А Т И К А И И Н Ф О РМ А Т И К А 010501 (010200)

В О РО Н Е Ж 2005

2

У тверждено научно-м етодическ им советом ф ак ультета ПМ М (12 м ая 2005 г., проток ол№ 9)

СоставительЧерны ш ов М .К .

У чебно-м етодическ ое пособие подготовлено на к аф едре м атем атическ ого обеспечения Э В М ф ак ультета ПМ М В оронежск ого государственного университета

Рек ом ендуется для студентов ф ак ультета ПМ М , спец иализирую щ их ся по к аф едреМ О Э В М .

3

В в едени е Проц ессы сетевого взаим одействия происх одят на м ножестве уровней и м огут бы ть сложны для поним ания даже для х орош о подготовленного адм инистратора сети. Э талонная м одель взаим одействия отк ры ты х систем (OSI, Open Systems Interconnection reference model) представляет собой нек ую парадигм у, теоретическ оепостроение, к отороеразделяетвзаим одействиев сети на сем ьотдельны х уровней, к ак пок азано на рис. 1. К ажды й к ом пью тер в сети использует набор проток олов для вы полнения ф унк ц ий, назначенны х к аждом у уровню . Совок упность уровней назы вается с т еко м пр о т о ко л о в или с ет ев ы м с т еко м . Н а верш инестек а расположено приложение, делаю щ еезапросы к ресурсам , расположенны м где-то в сети. В низу стек а нах одится среда передачи данны х , так ая к ак к абель, объ единяю щ ая к ом пью теры в сеть на ф изическ ом уровне. П рикладн ой уров е н ь П ре дстав ите льский уров е н ь С е ан сов ы й уров е н ь Т ран спортн ы й уров е н ь С е те в ой уров е н ь Кан альн ы й уров е н ь Ф изиче ский уров е н ь Рис. 1. Сетевая м одельOSI

М одель OSI появилась в результате разработк и двух независим ы х проек тов, осущ ествляем ы х М еждународной организац ией по стандартизац ии (ISO, International Organization for Standardization) и М еждународны м к онсультативны м к ом итетом по телеграф ии и телеф онии (CCITT, Consultative Committee for International Telephone and Telegraphy), к оторы й так же известен, к ак О тдел стандартизац ии м еждународного сою за телек ом м уник ац ий (ITU-T, Telecommunications Standardization Sector of the International Telecommunications Union). К аждая из этих организац ий разрабаты вала свою собственную сем иуровневую м одель, но в 1983 году м одели бы ли объ единены в один док ум ент. О н бы л назван “Э талонная м одель взаим одействия отк ры ты х систем ” и опублик ован ISO, к ак ISO 7498, а ITU-T к ак X.200. Первоначально стек OSI задум ы вался к ак м одельдля создания набора проток олов, к оторы й должен строго соответствовать сем и уровням , но этот набор так ник огда и небы л воплощ ен в жизнь. С тех пор м одель используется к ак средство для обучения и описания сетевы х проц ессов. Проф ессионалы в области сетевы х тех нологий, представляя проток олы , устройства или програм м ы , часто привязы ваю тих к определенны м уровням м одели OSI. Т ак ой подх одпозволяет рассм атривать сложны е проц ессы к ак наборы элем ентов, вы -

4

полняю щ их роль основы для описания к ак ой-либо сетевой тех нологии. О днак о очень важно поним ать, что ни один из используем ы х на сегодняш ний день стек ов сетевы х проток олов не им еетточного соответствия уровням м одели OSI. В о м ногих случаях проток олы им ею т ф унк ц иональность, к оторая перек ры вает два или более уровней. Прим ером м ожет служить Ethernet, к оторы й рассм атривается к ак проток ол К анального уровня, но так жеопределяетэлем енты Ф изическ ого уровня. О сновны м объ яснением отличия реально сущ ествую щ их стек ов проток олов от м одели OSI является то, что м ножество проток олов (вк лю чая Ethernet), используем ы х сегодня, бы ли задум аны ещ едо публик ац ии док ум ентов, описы ваю щ их м одель OSI. Проток олы Т СР/IP, наприм ер, им ею тсвою собственную м ногоуровневую м одель, к оторая во м ногом пох ожа на м одель OSI, но используеттольк о четы реуровня (рис. 2).

OSI П рикладн ой уров е н ь П ре дстав ите льский уров е н ь С е ан сов ы й уров е н ь Т ран спортн ы й уров е н ь С е те в ой уров е н ь Кан альн ы й уров е н ь Ф изиче ский уров е н ь

TCP/IP П рикладн ой уров е н ь Т ран спортн ы й уров е н ь У ров е н ь м е жсе те в огов заим оде йств ия У ров е н ь м е жсе те в ы х ин те рфе йсов

Рис. 2. Э талонны ем одели OSI и TCP/IP

В добавок , разработчик и обы чно больш е заботятся о прак тическ ой ф унк ц иональности, нежели чем о соответствии сущ ествую щ ей м одели. Сем иуровневая м одельбы ла разработана так им образом , что стало возм ожны м разделить ф унк ц ии стек а проток олов так , чтобы независим ы е группы разработчик ов м огли работать надразличны м и уровням и. Т о есть общ ий проц есс разработк и стал болеерац иональны м . Т ем нем енее, если отдельны й проток ол м ожет легк о обеспечиватьф унк ц ии, относящ иеся к неск ольк им уровням м одели, то почем у бы его неразделитьна два отдельны х проток ола, х отя бы просто для согласованности?

1. М еж ур о в нев ы е в заи м о дейст в и я Передача данны х по сети - это проц есс отправк и сообщ ений из одного м еста в другое. Стек проток олов описы вает в терм инах м одели OSI элем енты , необх одим ы е для доставк и сообщ ений по их назначению . Проц есс передачи достаточно сложен, поск ольк у приложения, генерирую щ ие сообщ ения, вы двигаю т различны е требования. Н ек оторы е сеансы обм ена сообщ ениям и со-

5

стоят из к ратк их запросов и ответов, к оторы е должны бы ть приняты и отправлены так бы стро, к ак тольк о это возм ожно и с м иним альны м числом затрат. Д ругие сетевы е транзак ц ии, так ие к ак передача програм м ны х ф айлов, вк лю чаю т в себя передачу больш ого к оличества данны х , к оторы е должны бы ть доставлены прием ник у в исх одном состоянии, без изм енения значения даже х отя бы одного бита. Е щ е остаю тся так ие типы сетевой передачи, к ак поток овоевидео или аудио, к оторы есостоятиз просто огром ного к оличества данны х и м огутпренебречь потерей небольш ого числа пак етов, но при этом данны едолжны бы ть переправлены получателю в строго определенны й пром ежуток врем ени. Сетевы е проц ессы так же вк лю чаю т нек оторое к оличество преобразований, к оторы е, в к онечном счете, переводят API-вы зовы , генерируем ы е приложениям и, в элек трическ ие разряды , им пульсы света или другие виды сигналов, передаваем ы епосредством сетевой среды . В зак лю чение, сетевы епроток олы должны им етьвозм ожностьубедиться в том , что данны едостигли адресата в заданны е врем енны е срок и. К огда вы отправляете письм о, то пом ещ аете его в к онверт и пиш ете на к онверте адрес. Т ак же и сетевы е проток олы , прежде чем обм еняться инф орм ац ией с другим к ом пью тером в сети, упак овы ваю т данны е, сгенерированны е приложением , и адресую т их к ом пью теруполучателю .

1.1. И нкапсуля ци я данны х Чтобы удовлетворять всем требованиям , описанны м вы ш е и подобны м им , проток олы различны х уровней работаю т вм есте, обеспечивая униф иц ированны й уровень сервиса. К ажды й уровень предоставляет услуги уровням , расположенны м непосредственно ниже и вы ш е его в стек е. И сх одящ ий траф ик прох одитсверх у вниз через весьстек до сетевой среды передачи, дополняясь служебной инф орм ац ией, необх одим ой для осущ ествления передачи данны х . Служебная инф орм ац ия представляет собой заголовк и и иногда постинф орм ац ию , к оторы еобрам ляю тданны е, полученны ес вы ш ележащ его уровня. Т ак ой способ представления инф орм ац ии назы вается инкапс ул яцией д анны х (data encapsulation). Заголовк и и постф ик сы составлены из отдельны х полей, содержащ их служебны е сведения, используем ы е для доставк и пак етов по их назначению . В известном см ы сле, ф орм а, состоящ ая из заголовк ов и х востов, - это оболочк а, к оторая является носителем сообщ ения, полученного отвы ш ележащ его уровня. В проц ессе типичной передачи данны х по сети работаю щ ий на Прик ладном уровне проток ол (вк лю чаю щ ий ф унк ц ии Представительск ого и Сеансового уровня), ф орм ирует сообщ ение, к оторое передается вниз проток олу Т ранспортного уровня. Проток ол Т ранспортного уровня им еет свою собственную струк туру пак етов, назы ваем ую пр о т о ко л ьны м бл о ко м д анны х (PDU, protocol data init), к оторая вк лю чаетспец иальны еполя заголовк а и поледанны х , несущ еена себеполезную нагрузк у(пользовательск ую инф орм ац ию ). В

6

данном случае полезной нагрузк ой являю тся данны е, полученны е от проток ола Прик ладного уровня. Пом ещ ая инф орм ац ию в свой собственны й PDU, Т ранспортны й уровень и нкапс ул и р уе т данны е Прик ладного уровня, и затем передаетих на уровеньниже. После этого проток ол Сетевого уровня получает PDU от Т ранспортного уровня и инк апсулируетего внутри собственного PDU, добавляя заголовок и используя PDU Т ранспортного уровня в к ачестве полезны х данны х . Д анны й проц есс повторяется снова, к огда Сетевой уровеньпередаетсвой PDU проток олу К анального уровня, к оторы й добавляет к нем у свой заголовок и х вост. Н а К анальном уровне инф орм ац ия внутри к адра рассм атривается тольк о к ак полезны еданны е. Е сли провести аналогию с почтовы м отделением , то в данном случае все вы глядиттак , к ак будто бы почтовы е служащ иенепредставляю т, что нах одится внутри посы лк и, к оторую они передаю т. Т ольк о систем а, адрес к оторой совпадает с адресом получателя пак ета, м ожет прочитать полезны еданны е. Э та систем а м ожетлибо передатьданны епроток ола Сетевого уровня, содержащ иеся в полезной нагрузк е, вверх по стек у проток олов, либо использовать эти данны е для определения следую щ его получателя пак ета. В лю бом случае, проток олы , работаю щ иена других уровнях , распознаю тинф орм ац ию , содержащ ую ся в своих собственны х заголовк ах , но нев состоянии определить, что содержится в полепередаваем ы х полезны х данны х . Т ольк о после инк апсуляц ии проток олом К анального уровня пак ет готов к преобразованию в сигнал, соответствую щ ий сетевой средепередачи данны х . Т ак им образом , пак ет, передаваем ы й по сети, состоит из первоначальны х данны х Прик ладного уровня и неск ольк их заголовк ов, добавляем ы х проток олам и уровней, к оторы еон прох одит.

1.2. Го р и зо нт альная пер едача и нф о р м аци и В случае передачи по сети инф орм ац ии м ежду двум я к ом пью терам и проток олы , используем ы е на к аждом уровне м одели OSI передаю щ ей систем ы , должны бы ть так им и же и у приним аю щ ей систем ы . К огда пак ет достигает м еста своего назначения, проц есс, в х оде вы полнения к оторого к полезной инф орм ац ии бы ли добавлены заголовк и, повторяется, но ужев обратном порядк е. Пак етпередается вверх по стек у проток олов, и к ажды й заголовок обрабаты вается соответствую щ им проток олом . В сущ ности, проток олы , вы полняю щ иеся на различны х уровнях , взаим одействую т с проток олам и, расположенны м и на точно так ом же уровне другого к ом пью тера, к ак пок азано на рис. 3. Горизонтальны е связи м ежду различны м и уровням и являю тся логическ им и; м ежду уровням и нет прям ого взаим одействия, но инф орм ац ия, добавленная передаю щ ей систем ой в заголовок к аждого проток ола - это сообщ ение, к оторое будет доставлено им енно соответствую щ ем у проток олу приним аю щ ей систем ы .

7 П рикладн ой уров е н ь П ре дстав ите льский уров е н ь С е ан сов ы й уров е н ь Т ран спортн ы й уров е н ь С е те в ой уров е н ь Кан альн ы й уров е н ь Ф изиче ский уров е н ь

П рикладн ой уров е н ь П ре дстав ите льский уров е н ь С е ан сов ы й уров е н ь Т ран спортн ы й уров е н ь С е те в ой уров е н ь Кан альн ы й уров е н ь Ф изиче ский уров е н ь

Рис. 3. Проток олы на различны х уровнях систем ы логическ и связаны со своим и эк вивалентам и в других систем ах

1.3. В ер т и кальная пер едача и нф о р м аци и Заголовк и, присоединенны е различны м и проток олам и, вы полняю т спец иф ическ ие ф унк ц ии, возложенны е на эти проток олы . В дополнение к горизонтальном у взаим одействию проток олов одинак овы х уровней, инф орм ац ия, содержащ аяся в заголовк е, дает возм ожность к аждом у уровню взаим одействоватьс уровням и, расположенны м и вы ш еи нижеего в стек е(рис. 4). П рикладн ой уров е н ь П ре дстав ите льский уров е н ь С е ан сов ы й уров е н ь Т ран спортн ы й уров е н ь С е те в ой уров е н ь Кан альн ы й уров е н ь Ф изиче ский уров е н ь Рис. 4. К ажды й уровеньм одели OSI непосредственно взаим одействуеттольк о с соседним и уровням и

8

Н априм ер, к огда систем а получает пак ет и пропуск ает его через свой стек проток олов, то заголовок проток ола К анального уровня вк лю чаетполе, идентиф иц ирую щ ее проток ол Сетевого уровня, к оторы й необх одим о использовать для обработк и пак ета. Заголовок проток ола Сетевого уровня, в свою очередь, определяет один из проток олов Т ранспортного уровня, а проток ол Т ранспортного уровня идентиф иц ирует приложение, для к оторого, в к онечном счете, и предназначаю тся данны е. Т ак ого рода вертик альное взаим овлияние делает возм ожны м оперирование на одном к ом пью тере одноврем енно неск ольк им и проток олам и одного уровня до тех пор, пок а заголовк и содержат к оррек тную инф орм ац ию , пак ет м ожет бы ть передан через стек в назначенноем есто.

1.4. Тер м и но ло г и я и нкапсуля ци и О дним из наиболеезапутанны х аспек тов инк апсуляц ии является терм инология, используем ая для описания проток ольны х блок ов данны х (PDUs), генерируем ы х к ажды м уровнем . Т ерм ин пакет (packet), в частности, определяет блок данны х , передаваем ы й через сетевую среду, х отя он так жеприм еняется и для описания данны х на лю бой стадии проц есса. Больш инство проток олов К анального уровня работаю т с кад р ам и (frames), к оторы е вк лю чаю т заголовок и постинф орм ац ию , ок ружаю щ ие данны е, полученны е от проток ола Сетевого уровня. Т ерм ин кад р описы вает PDU произвольного разм ера, зависящ его от к оличества вложенны х данны х . Проток ол К анального уровня, использую щ ий PDU одинак ового разм ера, так ой к ак Реж им Ас инхр о нно й П ер ед ачи (ATM, Asynchronous Transfer Mode), оперирует блок ам и данны х , назы ваем ы м и ячей кам и или с о т ам и (cells). К огда инф орм ац ия Т ранспортного уровня инк апсулируется проток олом Сетевого уровня, то получаю щ иеся блок и данны х назы ваю тся д ей т агр ам м ам и (datagram). В течение проц есса передачи дейтаграм м а должна бы ть разбита на фр агм ент ы (fragments), к ажды й из к оторы х иногда неправильно назы ваю т дейтаграм м ой. Т ерм инология Т ранспортного уровня в больш ей степени, нежели чем на нижних уровнях , зависит от используем ого проток ола. Т СР/IP, наприм ер, им еет два проток ола Т ранспортного уровня. Первы й, назы ваем ы й П р о т о ко л о м по л ьзо в ат ел ьс ких д ей т агр ам м (UDP, User Datagram Protocol), так же при описании созданны х им PDU использует терм ин д ей т агр ам м а, х отя последний не является эк вивалентом дейтаграм м ы Сетевого уровня. К ак следствие, к огда данны е проток ола UDP Т ранспортного уровня инк апсулирую тся проток олом IP на Сетевом уровне, то результатом является дейтаграм м а, вложенная внутрь другой дейтаграм м ы . Разниц а м ежду UDP и TCP (Transmission Control Protocol, пр о т о ко л упр ав л ения пер ед ачей ), к оторы й так же ф унк ц ионирует на Т ранспортном уровне, зак лю чается в том , что дейтаграм м ы UDP содержат в себе неделим ы е данны е, генерируем ы е проток олом Т ранспортного уровня. Поэтом у UDP используется для передачи небольш ого к оличества данны х . Проток ол TCP, с

9

другой стороны , используется для передачи больш ого к оличества инф орм ац ии, к оторая обы чно не пом ещ ается в один пак ет. Соответственно, к ажды й из PDU, созданны й проток олом TCP, назы вается с егм ент о м (segment), а совок упность сегм ентов, вк лю чаю щ ая данны е проток ола Прик ладного уровня, определяется к ак по с л ед о в ат ел ьно с т ь (sequence). PDU, создаваем ы е проток олом Прик ладного уровня, обы чно назы ваю тся с о о бщ ениям и (messages). Представительск ий и Сеансовы й уровни обы чно не связаны с к ак им и-либо отдельны м и проток олам и. Ф унк ц ии этих уровней внедрены в другиеэлем енты стек а проток олов, а их проток олы не поддерживаю т своих заголовк ов и PDU. В се эти терм ины часто путаю тся, и не удивительно, что в авторитетны х док ум ентах м ожно встретить их нек оррек тное употребление. Следую щ ие разделы описы ваю т уровни м одели OSI, проток олы , наиболее часто встречаю щ иеся на них , и ф унк ц ии, связанны ес к ажды м из уровней.

2. Ф и зи чески й ур о в ень Ф изическ ий уровень м одели OSI определяет среду передачи, предназначенную для обм ена инф орм ац ией м ежду к ом пью терам и. Н аиболее ш ирок о прим еняем ая среда передачи данны х по сети - м едны й элек трическ ий к абель, х отя сейчас все более популярны м и становятся оптоволок онны е линии. Т ак же сущ ествую тбеспроводны ереализац ии Ф изическ ого уровня, к оторы еиспользую традиоволны , инф рак расноеизлучение, лазеры , м ик роволновы еи другие тех нологии. Ф изическ ий уровень вк лю чает в себя: сам у тех нологию передачи данны х , оборудование, необх одим ое для поддержк и данной тех нологии, спец иф ик ац ии, к оторы м должно удовлетворять оборудование, и природу сигналов, используем ы х для к одирования передаваем ой инф орм ац ии. Д ля прим ера возьм ем 10BaseT Ethernet - один из наиболеепопулярны х на сегодня стандартов Ф изическ ого уровня для лок альны х вы числительны х сетей. В “к лассическ ом ” Ethernet в основном нас интересует проток ол К анального уровня, но к ак и больш инство проток олов, ф унк ц ионирую щ их на К анальном уровне, он в больш ой степени привязан к спец иф ик ереализац ии Ф изическ ого уровня, и стандарты , описы ваю щ ие этот проток ол, определяю т так же и элем енты Ф изическ ого уровня. В основе 10BaseT лежит тип к абеля, используем ого для создания сети Ethernet. Стандарт Ethernet определяет 10BaseT к ак сетьна основек абеля из неэк ранированной витой пары , содержащ его четы репары проводов, зак лю ченны х в однуоплетк у. О днак о струк тура к абеля - не единственны й элем ент Ф изическ ого уровня, вк лю ченны й в стандарт. Спец иф ик ац ии, прим еняем ы е для построения сети Ethernet, так же описы ваю т правила прок ладк и к абеля, вк лю чаю щ ие м ак сим альную длину сегм ентов и расстояния до источник ов питания. Стандарты задаю твидразъ ем ов, требуем ы х для присоединения к абеля, тип платы сетевого адаптера, устанавливаем ого в к ом пью тер, а так же тип к онц ентратора,

10

к оторы й необх одим для объ единения к ом пью теров в сеть топологии “звезда”. И в зак лю чение, стандарты определяю т условия, по к оторы м сетевой адаптер должен преобразовы вать данны е, вы рабаты ваем ы е к ом пью тером , в элек трическ иесигналы , чтобы эти данны ем огли бы тьпереданы по сетевом у к абелю . Т ак им образом , м ожно видеть, что Ф изическ ий уровень вк лю чает в себя нам ного больш е, чем просто описаниетипа к абеля. Т ем нем енее, вообщ еговоря, м ожно не им еть детального представления о к аждом элем енте стандарта Ф изическ ого уровня. О бы чно приобретаем ы е Ethernet-адаптеры , к абели и к онц ентраторы уже ск онструированы с учетом спец иф ик ац ий Ethernet и соответствую щ ей сх ем ы передачи сигналов. М онтаж оборудования, однак о, болеесложен.

2.1. Специ ф и каци и Ф и зи ческо г о ур о в ня М онтаж оборудования Ф изическ ого уровня сети - это работа, всеболеечасто требую щ ая зак лю чения договора с соответствую щ им и спец иалистам и. Н есм отря на то, что сравнительно легк о приобрести достаточное к оличество знаний о топологии ЛВ С для того, чтобы вы братьнеобх одим оедля сети оборудование, прок ладк а к абеля (или установк а другой среды передачи) - нам ного более трудная задача, поск ольк у она требует соблю дения всех норм . Стандарты Ethernet, наприм ер, опублик ованны ерабочей группой IEEE 802.3, описы ваю т принц ипы базовой к онф игурац ии к абельной разводк и, им ею щ ие отнош ение к м етодам доступа к среде и м ех анизм ам вы явления к оллизий. Э ти принц ипы определяю ттак ие элем енты , к ак м ак сим альная длина сегм ента к абеля, расстоянием ежду рабочим и станц иям и и допустим оедля сети к оличество повторителей. Н абор данны х правил содержитобщ иесведения, предназначенны едля адм инистраторов Ethernetе-сети. И х знаний недостаточно для прок ладк и больш ой к абельной сети. Болееподробную инф орм ац ию о к абельной разводк едля сетей различного типа м ожно найти в следую щ ем док ум енте: The American National Standards Institute / Electronic Industry Association / Telecommunication Industry Association (ANSI/EIA/TIA) № 568, “Commercial Building Telecommunication Cabling Standard”. Н еобх одим о так же приним ать во вним ание особенности пом ещ ений зданий, к оторы е м огут ок азать больш ое влияниена прок ладк у к абеля. И сх одя из этих соображений, м онтаж больш ой к абельной сети чащ е всего должен вы полняться проф ессионалам и, знак ом ы м и со всем и стандартам и, относящ им ися к определенной тех нологии.

2.2. Си г налы Ф и зи ческо г о ур о в ня Среди сетевого оборудования Ф изическ ого уровня вы деляется так ой важны й к ом понент, к ак т р анс ив ер (transceiver), к оторы й обы чно разм ещ ается на

11

платах сетевы х адаптеров, ретранслирую щ их к онц ентраторов и других устройств. Т рансивер отвечает за передачу и прием сигналов из сетевой среды . В сетях , использую щ их м едны й к абель, трансивер - это элек трическ ое устройство, к оторое получает от проток ола К анального уровня двоичны е данны еи преобразуетих в сигналы различного уровня напряжения. Ф изическ ий уровень отличается отвсех прочих уровней стек а тем , что содержим оепередаваем ой инф орм ац ии неим еетдля него ник ак ого значения. Т рансивер просто преобразует нули и единиц ы в напряжение, световы е им пульсы , радиоволны или нек оторы е другие виды сигналов, соверш енно не приним ая во вним аниепри этом сущ ествованиепак етов, к адров, адресов и дажесистем ы , приним аю щ ей сигналы . Сигналы , вы рабаты ваем ы е трансивером , м огут бы ть к ак анал оговы м и , так и ци ф р овы м и . Больш инство сетей передачи данны х использую тц иф ровы есигналы , но нек оторы е беспроводны е тех нологии использую т аналоговую радиопередачу. А налоговы е сигналы плавно изм еняю тся м ежду двум я значениям и, образуя синусоиду, в то врем я к ак изм енение значения ц иф ровой величины происх одитм гновенно. А налоговы й сигнал м ожетбы тьпредставлен изм енением ам плитуды , частоты , ф азы или сочетанием этих элем ентов. Ц иф ровы е сигналы прим еняю тся в сетевы х тех нологиях более часто. В се стандартны е м едны е и оптоволок онны е среды передачи данны х использую т различны е ф орм ы ц иф ровы х сигналов. Способ к одирования сигнала определяется к онк ретны м проток олом К анального уровня. В се сети Ethernet, наприм ер, использую т м анчестерск ую систем у к одирования к ак для витой пары , так и для к оак сиального и оптоволок онного к абеля. И зм енениец иф рового сигнала м ежду двум я уровням и всегда происх одит м гновенно, образуя прям оугольную волну. В зависим ости от среды передачи значения сигнала м огут бы ть представлены элек трическ им напряжением , наличием или отсутствием луча света или лю бы м и другим и атрибутам и, присущ им и среде. В больш инстве случаев сигнал ф орм ируется в результате перех ода м ежду положительны м и отриц ательны м напряжением , х отя иногда так жеиспользуется нулевое напряжение. Д ействительное значение напряжения не им еет значения: важен перех од, ф орм ирую щ ий сигнал. Способ преобразования, назы ваем ы й по л яр ны м ко д ир о в анием , устроен следую щ им образом : сигнал разбивается в соответствии с отрезк ам и врем ени, назы ваем ы м и ячей кам и (cells), и напряжениедля к аждой ячейк и представляется двоичной величиной. Положительное значение - ноль, отриц ательное единиц а. Т ак ой м етодк одирования сигнала к ажется просты м и логичны м путем преобразования двоичной инф орм ац ии, но им еет один сущ ественны й изъ ян - необх одим ость синх ронизац ии. К огда двоичны й к одсостоитиз двух или более следую щ их друг за другом единиц или нулей, то на протяжении двух или болееячеек не происх одитизм енения напряжения. Е сли две систем ы , обм ениваю щ иеся инф орм ац ией, не им ею т тайм еров, синх ронизированны х с больш ой точностью , то невозм ожно правильно определитьк оличество переданны х двоичны х посы лок . Э то утверждение связано с тем , что напряжениеостается постоянны м в течениепериода, соответствую щ его двум , трем

12

или более ячейк ам , представляю щ им одно и то же логическ ое значение. Т ак ой способ передачи инф орм ац ии встречается в систем ах с невероятно вы сок ой ск оростью передачи, и врем енны еинтервалы , образуем ы епо этой сх ем е, чрезвы чайно м алы . Н ек оторы е систем ы м огутиспользовать этоттип к онверсии в силу того, что они им ею т внеш ний синх ронизирую щ ий сигнал, к оторы й обеспечивает синх ронизац ию взаим одействую щ их систем . О днак о больш инство инф орм ац ионны х сетей задействует узк ополосную среду передачи, к оторая разреш ает единоврем енную пересы лк у тольк о одного сигнала. Поэтом у так ие сети использую т другой способ к одирования, к оторы й обладает свойством с ам о с инхр о низации (self-timing). И ны м и словам и, инф орм ац ионны й сигнал сам содержит синх ронизирую щ ую составляю щ ую , даю щ ую возм ожность приним аю щ ей стороне к оррек тно интерпретировать значения и к онвертировать их в двоичны еданны е. М анчес т ер с кая с ис т ем а ко д ир о в ания, реализуем ая в Ethernet-сетях , основана на сам осинх ронизац ии сигналов; в силу этого ф ак та уровень сигнала в ней изм еняется по ц ентру к аждой ячейк и. Э то позволяетточно отм етитьграниц ы ячейк и для приним аю щ ей систем ы . Д воичны е (логическ ие) величины определяю тся, исх одя из направления изм енения полярности. Перех одотположительного значения к отриц ательном у соответствует нулю , от отриц ательного к положительном у - единиц е. Перех оды в начале ячеек не несут в себе ник ак их других ф унк ц ий, к ром е к ак установк и соответствую щ его значения напряжения для осущ ествления перех ода в серединеячейк и. Сети Token Ring использую т другой способ преобразования сигнала, назы ваем ы й р азно с т ны м м анчес т ер с ким ко д ир о в анием , при к отором уровень сигнала изм еняется так жепосерединек аждой ячейк и. О днак о для этого типа к одирования направление перех ода не им еет значения - он требуется тольк о для синх ронизац ии сигнала. Значение к аждой ячейк и определяется по наличию или отсутствию перех ода в ееначале. Е сли см ена полярности присутствует, то значение ячейк и - ноль, если перех ода нет - единиц а. Что к асается перех ода в серединеячейк и, то его направлениенеиграетроли.

3. Канальны й ур о в ень Проток ол К анального уровня обеспечиваетинтерф ейс м ежду ф изическ ой сетью и стек ом проток олов к ом пью тера. Проток ол К анального уровня обы чно состоитиз трех элем ентов: • к адра спец иального ф орм ата, к оторы й инк апсулируетданны епроток ола Сетевого уровня; • м ех анизм а, регулирую щ его доступ к совм естно используем ой сетевой среде; • принц ипов, к оторы е должны бы ть реализованы при разработк е Ф изическ ого уровня сети.

13

Заголовок и х вост, добавляем ы еэтим проток олом к данны м Сетевого уровня, во врем я передачи пак ета по сети являю тся его сам ы м и к райним и полям и. По сущ еству, так ой к адр - это оболочк а, к оторая переносит пак ет к его следую щ ем у м есту назначения и обеспечивает адресную инф орм ац ию , необх одим ую для доставк и пак ета к ц ели. В дополнениек ск азанном у, проток олы К анального уровня обы чно содержат средства к онтроля ош ибок и индик атор, ук азы ваю щ ий на проток ол Сетевого уровня приним аю щ ей систем ы , к оторы й должен бы тьзадействован для обработк и данны х пак ета. В больш инстве ЛВ С м ножество систем обращ аю тся к одной совм естно используем ой узк ополосной средепередачи данны х . Э то означает, что в лю бой м ом ентврем ени м ожетпередавать данны е тольк о один к ом пью тер. Е сли передачу одноврем енно начинаю тдвесистем ы и более, то возник аетк оллизия, и данны е теряю тся. Н а проток ол К анального уровня возложена ф унк ц ия осущ ествления к онтроля наддоступом к совм естно используем ой среде и предотвращ ения возник аю щ их к онф лик тов. В силу того, что проток олы работаю тна неск ольк их уровнях стек а одноврем енно, возм ожно возник новениепутаниц ы м ежду ним и; и иногда при описании проток олов К анального уровня, для того, чтобы их м ожно бы ло отличить от проток олов других уровней, оперирую т нек оррек тны м и терм инам и. Н априм ер, Ethernet иногда назы ваю т топологией, к огда в действительности топология описы ваетспособ соединения к абелем к ом пью теров в сети. Н ек оторы е сетевы е сх ем ы Ethernet использую т ш инную топологию , в к оторой к ом пью теры соединяю тся к абелем один за другим , образуя подобиегирлянды . В другой, наиболее распространенной на сегодня топологии - “звезде”, все к ом пью теры присоединяю тся к абелем к ц ентральном ук онц ентратору. Сущ ествую т ещ е топология “к ольц о”, пох ожая на “ш ину”, к онц ы к оторой соединены друг с другом , и “ячеистая” топология, в к оторой к ажды й узел в сети им еет соединение с лю бы м другим . Д ва последних типа сох ранились в основном тольк о в теории. Соврем енны есети неподдерживаю тих . Сети Token Ring использую т чисто логическ ое к ольц о, в действительности же к ом пью теры объ единены по топологии “звезда”. Т ак ая неразберих а вполне объ ясним а тем , что больш инство проток олов К анального уровня вк лю чаю т в свои спец иф ик ац ии элем енты Ф изическ ого уровня. Э то положение необх одим о для поддержания тесного согласования проток ола К анального уровня с Ф изическ им уровнем , поск ольк у м ех анизм ы управления доступом к средепередачи им ею тярк о вы раженную зависим ость отразм ера передаваем ы х к адров и длины сегм ентов к абеля.

3.1. Адр есаци я Заголовок проток ола К анального уровня содержитадрес к ом пью тера, отправивш его пак ет, и адрес к ом пью тера, к оторы й должен получитьэтотпак ет. Н а этом уровне использую тся аппаратны е(MAC) адреса, к оторы ев больш инстве случаев “заш иты ” производителем в м ик росх ем у платы сетевого адаптера

14

к аждого к ом пью тера. В сетях Ethernet и Token Ring использую тся адреса длиной б байт, из к оторы х первы е З байта вы деляю тся производителю И нститутом инженеров по элек тротех ник е и элек троник е (IEEE, Institute of Electrical and Electronic Engineers), а З последних байта назначаю тся сам им производителем . В неск ольк их болеестары х проток олах , так их к ак ARCNET, адреса присваиваю тся адм инистратором сети, однак о сх ем а к огда адреса назначаю тся производителем , является более ц елесообразной, так к ак она гарантируетотсутствиеповторяю щ их ся адресов. Проток олы К анального уровня незаботятся о доставк епак ета к онечном у адресату, если получатель нах одится в той же ЛВ С, что и отправитель. К огда м арш рут следования пак ета до его м еста назначения прох одит по неск ольк им сетям , поля проток ола К анального уровня отвечаю т тольк о за доставк у пак ета м арш рутизатору лок альной сети, обеспечиваю щ ем у доступ к следую щ ей сети м арш рута следования пак ета. Т ак им образом , адрес получателя в заголовк е проток ола К анального уровня всегда относится к устройству, расположенном у в лок альной сети, даже если к онечны й к ом пью тер, к отором у отправлено сообщ ение, нах одится в сети, удаленной на расстояние в неск ольк о м иль. Проток олы К анального уровня, используем ы е в ЛВ С, полагаю тся на совм естно используем ую среду передачи данны х . В се к ом пью теры сегм ента сети получаю тк ажды й пак ет, но тольк о систем а, адрес к оторой совпадаетс адресом , ук азанны м в заголовк е пак ета, считы вает пак ет в буф ер пам яти и обрабаты вает его. В се другие узлы просто отбрасы ваю т пак ет, не предприним ая к ак их -либо действий.

3.2. Упр ав лени е до ст упо м к ср еде У правлениедоступом к среде - это проц есс, посредством к оторого проток ол К анального уровня разреш аетспорны еситуац ии, связанны ес попы тк ам и одноврем енного использования сетевой среды передачи. Д ля того чтобы сеть м огла ф унк ц ионироватьэф ф ек тивно, к аждая рабочая станц ия, подк лю ченная к общ ем у к абелю или другой средепередачи, должна им етьвозм ожностьрегулярно передавать инф орм ац ию . Э то одна из причин, по к оторой передаваем ы е данны е разбиваю тся на пак еты . Е сли к ом пью теры будут пересы лать всесвои данны енепреры вны м поток ом , то с больш ой степенью вероятности м ожно предположить, что они м онополизирую т сеть на продолжительны й периодврем ени. В больш инстве соврем енны х ЛВ С прим еняю тся два основны х способа к онтроля доступа к среде. М етодд о с т упа с пер ед ачей м ар кер а используется сетям и Token Ring и FDDI; он основан на передачеотодной рабочей станц ии к другой спец иального к адра, назы ваем ого м ар кер о м (token). Т ольк о систем а, завладевш ая м арк ером , им еет право отправлять свои сообщ ения. Рабочая станц ия, зах вативш ая служебны й к адр, передает свои данны е и освобождает м арк ер, к оторы й, в свою очередь, м ожет бы ть “зах вачен” другим к ом пью те-

15

ром . Д о тех пор, пок а в сети перем ещ ается тольк о один м арк ер (предполагается, что сеть ф унк ц ионирует правильно), передача данны х одноврем енно двум я систем ам и будетневозм ожна. Д ругой м етоддоступа, используем ы й в сетях Ethernet, назы вается м но ж ес т в енны м д о с т упо м с ко нт р о л ем нес ущ ей и о бнар уж ением ко л л изий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). М етодзак лю чается в том , что рабочая станц ия прослуш ивает сетевой к абель и передает инф орм ац ию тольк о в том случае, если сетевая среда в данны й м ом ент свободна. В CSMA/CD сетях возм ожно (и даже ожидаем о) возник новение ситуац ии, к огда неск ольк о рабочих станц ий начинаю т передавать данны е одноврем енно. Результатом этого проц есса является появление к оллизий. Чтобы исправить данную ситуац ию к аждая систем а им еет м ех анизм , позволяю щ ий вы явить возник нувш ие столк новения и повторно передать потерянны еданны е. Э ти м ех анизм ы для обеспечения собственного правильного ф унк ц ионирования должны опираться на спец иф ик ац ии Ф изическ ого уровня. Н априм ер, Ethernet систем ы м огутобнаружитьпоявлениек оллизии тольк о в том случае, если рабочая станц ия все ещ е передает пак ет. Е сли сегм ент сети слиш к ом длинны й, к онф лик т м ожет возник нуть уже после того, к ак последний бит инф орм ац ии пок инул передаю щ ую систем у, так им образом , к оллизия останется незам еченной. Д анны етак ого пак ета будутпотеряны , и обнаружитьих отсутствие см огут тольк о проток олы вы ш ележащ их уровней той систем ы , к оторой предназначалось сообщ ение. Т ак им образом , если эталонная м одель OSI вы деляет четк ую границ у м ежду Ф изическ им и К анальны м уровням и, в реальном м иреих ф унк ц ии сильно переплетены .

3.3. И нди кат о р пр о т о ко ла Больш инство реализац ий проток ола К анального уровня разработаны для единоврем енной поддержк и неск ольк их проток олов Сетевого уровня. Э то означает, что на к аждом к ом пью тередоступны неск ольк о путей для прох ождения инф орм ац ии через стек проток олов. Д ля того чтобы им еть возм ожность использовать м ножество проток олов Сетевого уровня, заголовок проток ола К анального уровня должен содержать к од, определяю щ ий, к ак ой из проток олов Сетевого уровня бы л вы бран для создания полезной нагрузк и пак ета. В ы полнениеэтого требования даетвозм ожностьприним аю щ ей систем е передать данны е, содержащ иеся в к адре, соответствую щ ем у проц ессу Сетевого уровня. Н априм ер, в сети, состоящ ей из серверов подуправлением Windows NT и Novell NetWare, одни пак еты переносят IP-дейтаграм м ы , а другие использую т на Сетевом уровне проток ол IPX. Чтобы различать эти два проток ола, в спец иф ик ац ии DIX Ethernet II определено поле заголовк а, назы ваем ое Ethertype, к оторое содержит к од, идентиф иц ирую щ ий проток ол Сетевого уровня. Спец иф ик ац ии IEEE 802 использую тполеSNAP (Sub-Network Access

16

Protocol, пр от окол д ос т упа к под с е т ям ) для вы полнения сх ожих ф унк ц ий, причем значения к одов, спец иф иц ирую щ их проток ол, совпадаю т со значениям и в полеEthertype.

3.4. В ы я в лени е о ши бо к Больш инство проток олов К анального уровня отличаю тся отвсех проток олов верх него уровня наличием постинф орм ац ии, следую щ ей за полезны м и данны м и. Э та постинф орм ац ия содержит поле ко нт р о л ьно й по с л ед о в ат ел ьно с т и кад р а (FCS, frame check sequence), к оторое используется для вы явления лю бы х ош ибок , возник аю щ их во врем я передачи данны х . Д ля этого систем а, отправляю щ ая пак ет, вы числяет значение цикл ичес ко го избы т о чно го ко д а (CRC) для всего к адра и вк лю чаетего в полеFCS. К огда пак етдостигаетм еста своего назначения, приним аю щ ая сторона вы полняет точно так ие же вы числения и сравнивает их результаты со значением рассм атриваем ого поля. Е сли значения не совпадаю т, пак ет считается поврежденны м при пересы лк е и “м олча” отбрасы вается. Приним аю щ ая систем а непредприним аетник ак их действий, чтобы передача отбрак ованны х пак етов повторилась. Э ти действия производят проток олы вы ш ележащ их уровней м одели OSI. Д анны й проц есс вы явления ош ибок осущ ествляется всем и пром ежуточны м и узлам и пересы лк и на пути следования пак ета к м есту его назначения. Н ек оторы е проток олы вы ш ележащ их уровней им ею тсвои собственны ем ех анизм ы вы явления ош ибок .

4. Сет ев о й ур о в ень Проток ол Сетевого уровня является основны м переносчик ом сообщ ений, создаваем ы х на Прик ладном уровне. Э то означает следую щ ее: в отличие от проток ола К анального уровня, ф унк ц ии к оторого ограничены доставк ой пак ета к его следую щ ем у м есту назначения внутри лок альной сети, проток ол Сетевого уровня отвечаетза весьм арш рутследования пак ета отпередаю щ ей систем ы до к онечного м еста назначения. Проток ол Сетевого уровня приним ает данны е от Т ранспортного уровня и упак овы вает их в дейтаграм м ы , добавляя свой собственны й заголовок . К ак и заголовок проток ола К анального уровня, заголовок Сетевого уровня содержит адрес систем ы -получателя, но этот адрес идентиф иц ирует уже к онечное м есто назначения пак ета. Т ак им образом , два адреса м еста назначения в заголовк ах проток олов К анального и Сетевого уровня м огут в действительности принадлежать двум различны м к ом пью терам . По сущ еству, дейтаграм м а проток ола Сетевого уровня является оболочк ой, вложенной внутрь оболочк и К анального уровня; при этом , если оболочк а К анального уровня отк ры вается к аждой систем ой, обрабаты -

17

ваю щ ей пак ет, оболочк а Сетевого уровня остается зак упоренной до тех пор, пок а пак етнедостигнетполучателя. Пом им о адресац ии, проток ол Сетевого уровня вы полняет нек оторы е, а иногда и все, перечисленны енижеф унк ц ии: • м арш рутизац ию ; • ф рагм ентац ию ; • к онтрольош ибок ; • идентиф ик ац ию проток ола Т ранспортного уровня.

4.1. М ар шр ут и заци я Проток олы Сетевого уровня использую т различны е типы адресны х систем для ук азания к онечного м еста назначения пак ета. Н аиболеепопулярны й проток ол Сетевого уровня - IP (Internet Protocol, м е ж с е т е вой пр от окол ). О н обеспечиваетсвоесобственное32-разрядноеадресноепространство, к оторое идентиф иц ирует две сети, в одной из к оторы х расположена систем аполучатель, а в другой нах одится систем а-отправитель. Проток ол IPX (Internetwork Packet Exchange, м е ж с е т е вой обм е н с ообще ни ям и ) использует раздельное адресное пространство и при идентиф ик ац ии отдельны х систем полагается на аппаратны еадреса платсетевы х адаптеров. А дрес, по к отором у м ожно однозначно определить отдельную сеть, жизненно важен для вы полнения основной ф унк ц ии проток ола Сетевого уровня, к оторая назы вается м ар шр ут изацией (routing). К огда пак ет путеш ествует по больш ой к орпоративной сети или по И нтернету, он передается отм арш рутизатора к м арш рутизатору до тех пор, пок а не достигнет сети, в к оторой расположена систем а-получатель. И сх одя из соображений надежности, грам отно разработанная сетьим еетболеечем один возм ожны й м арш рутдо необх одим ого м еста назначения, а И нтернет обладает бук вально ты сячам и доступны х м арш рутов. К ажды й м арш рутизатор отвечаетза определениеследую щ его м арш рутизатора, через к оторы й должен бы тьотправлен пак ет, чтобы достигнуть своего м еста назначения наиболее рац иональны м путем . Т ак к ак проток олы К анального уровня, безусловно, игнорирую т все, что расположено за пределам и лок альной сети, то они оставляю треш ениезадачи определения подх одящ его м арш рута в ц елом до к онечного адресата проток олу Сетевого уровня. Сетевой уровень определяет два типа к ом пью теров, к оторы е м огут бы ть вовлечены в проц есс пересы лк и пак етов: ко нечны е с ис т ем ы и пр о м еж ут о чны е с ис т ем ы . К онечная систем а - это всегда либо к ом пью тер, создавш ий и отправивш ий пак ет, либо к ом пью тер, к отором у пак ет предназначен. Пром ежуточная систем а - это м арш рутизатор либо к ом м утатор, к оторы й соединяет две или более сети, и перенаправляет пак еты по пути, ведущ ем у к м есту их назначения. В к онечны х систем ах все сем ь уровней стек а проток олов вовлечены в созданиеили получениепак етов. Пром ежуточны есистем ы обрабаты -

18

ваю т пак еты и передаю т их вверх по стек у тольк о до Сетевого уровня (рис. 5). Проток ол Сетевого уровня вы бирает дальнейш ий м арш рут для пак ета и посы лаетего обратно вниз проток олу К анального уровня для упак овк и и передачи на Ф изическ ий уровень. К огда пром ежуточная систем а получает пак ет, проток ол К анального уровня проверяетего на наличиеош ибок и к оррек тностьаппаратного адреса, а затем отбрасы вает заголовок и постинф орм ац ию своего уровня, после чего пак ет передается том у проток олу Сетевого уровня, на к оторы й ук азы вает поле Ethertype или его эк вивалент. Н ачиная с этого м ом ента, пак етсостоитиз дейтаграм м ы , к оторая вк лю чает заголовок проток ола Сетевого уровня и полезны е данны е, созданны е Т ранспортны м уровнем систем ы -отправителя. Проток ол Сетевого уровня считы вает из заголовк а адрес систем ы -получателя и определяет, к ак им должен бы ть адрес следую щ его пунк та назначения. Е сли пунк том назначения является рабочая станц ия, расположенная в лок альной сети, то пром ежуточная систем а отправляет пак ет прям о ей. Е сли пунк т назначения расположен в удаленной сети, то пром ежуточная систем а обращ ается к т абл ице м ар шр ут о в , чтобы вы брать м арш рутизатор, к оторы й обеспечит прох ождение пак ета к м есту назначения по наиболее эф ф ек тивном у м арш руту. П рикладн ой уров е н ь П ре дстав ите льский уров е н ь С е ан сов ы й уров е н ь Т ран спортн ы й уров е н ь С е те в ой уров е н ь Кан альн ы й уров е н ь Ф изиче ский уров е н ь

С е те в ой уров е н ь Кан альн ы й уров е н ь Ф изиче ский уров е н ь

П рикладн ой уров е н ь П ре дстав ите льский уров е н ь С е ан сов ы й уров е н ь Т ран спортн ы й уров е н ь С е те в ой уров е н ь Кан альн ы й уров е н ь Ф изиче ский уров е н ь

Рис. 5. В пром ежуточны х систем ах пак етдостигаеттольк о Сетевого уровня

Сбор и сох ранениев таблиц ессы лок инф орм ац ии о м арш рутах - это отдельны й проц есс Сетевого уровня. О н осущ ествляется либо вручную - адм инистратором , либо автом атическ и - спец иализированны м проток олом Сетевого уровня, к оторы й используется м арш рутизаторам и для обм ена инф орм ац ией о сетях , к к оторы м они подк лю чены . О пределив следую щ ее м есто назначения пак ета, проток ол Сетевого уровня возвращ аетэту инф орм ац ию вм естес дейтаграм м ой проток олу К анального уровня с той ц елью , чтобы она бы ла зак лю чена в новы й к адр и передана далее. В случае если на Сетевом уровне используется проток ол IР, необх одим о вы полнениедополнительного проц есса, к оторы й позволяетпреобразовы вать IP-адрес следую щ его м еста назначения в аппаратны й адрес, используем ы й проток олом К анального уровня.

19

4.2. Ф р аг м ент аци я В следствие того, что м арш рутизаторы м огут соединять сети, использую щ ие различны е проток олы К анального уровня, иногда м огут понадобиться пром ежуточны е систем ы , разбиваю щ ие дейтаграм м ы на ф рагм енты , удовлетворяю щ ие прим ененном у проток олу. Н априм ер, если рабочая станц ия, расположенная в сети Token Ring, ф орм ирует пак еты длительностью 4500 байт данны х , то пром ежуточная систем а, соединяю щ ая сеть Token Ring с сетью Ethernet, должна разбивать их на ф рагм енты разм ером не более, чем 1500 байт. Э то связано с тем , что к адр сети Ethernet нем ожетпереноситьбольш ее к оличество данны х . Д ейтаграм м ы , к оторы е бы ли поделены пром ежуточной систем ой на ф рагм енты , невосстанавливаю тся до тех пор, пок а недостигнутсвоего м еста назначения. В зависим ости от типа проток олов К анального уровня различны х пром ежуточны х сетей ф рагм енты дейтаграм м м огут бы ть ф рагм ентированы повторно.

4.3. Пр о т о ко лы с уст ано в лени ем со еди нени я и без уст ано в лени я со еди нени я В ы деляю тся два типа проток олов, ф унк ц ионирую щ их на Сетевом и Т ранспортном уровнях : с установлением соединения и без установления соединения. Т ип используем ого проток ола пом огаетопределитьостальны еф унк ц ии, вы полняем ы е на к аждом уровне. В случае использования проток ола с ус т ано в л ением с о ед инения (connection-oriented), прежде чем будут переданы данны е вы ш ележащ его уровня, должна бы ть установлена логическ ая связь м ежду систем ой-отправителем и систем ой-получателем . После того к ак соединение установлено, систем а-отправитель передает данны е, а систем аполучатель подтверждает их прием . О тсутствие соответствую щ его подтверждения прием а рассм атривается систем ой-отправителем к ак сигнал для повторной передачи пак етов. К огда передача данны х успеш но заверш ена, систем ы разры ваю т соединение. И спользование данного типа проток ола дает систем е, отправляю щ ей данны е, уверенностьв том , что данны еуспеш но доставлены в м есто их назначения. Ц еной этого гарантированного сервиса является дополнительны й сетевой траф ик , вы званны й установк ой соединения, посы лк ой подтверждений и сообщ ениям и о разры весоединения. П р о т о ко л без ус т ано в л ения с о ед инения (connectionless protocol) просто упак овы вает данны е и посы лает их по адресу назначения без проверк и доступности систем ы -получателя и ожидания подтверждения прием а данны х . В больш инствеслучаев проток олы без установления соединения использую тся, к огда гарантия доставк и и другиесервисы , присущ иепроток олус установлением соединения, обеспечиваю тся другим уровнем стек а. Э ти дополнитель-

20

ны е сервисы м огут вк лю чать управление поток ом данны х , вы явлениеи к оррек ц ию ош ибок . Больш инство проток олов ЛВ С, ф унк ц ионирую щ их на Сетевом уровне, так их к ак IP и IPX, являю тся проток олам и без установления соединения. О бъ ясняется это тем , что в случае прим енения так их проток олов на Т ранспортном уровне доступны для использования различны е проток олы , к оторы е обеспечиваю т к ак сервисы , ориентированны е на установление соединения, так и сервисы без поддержк и так ового. В настоящ ее врем я сущ ествует неск ольк о проток олов Сетевого уровня с установлением соединения, так их к ак Х .25; но ш ирок ое распространение Т СР/IР, к оторы й поддерживает тольк о IPк ом м уник ац ии без установк и соединения, удалило этоттип проток олов с Сетевого уровня. Т ем нем енее, вопрек и своей сущ ности, проток ол IP им еетм ех анизм вы явления ош ибок , однак о последний проверяет наличие ош ибок тольк о в полях IP-заголовк а, оставляя проверк у данны х проток олам других уровней.

5. Тр анспо р т ны й ур о в ень Н ачиная с Т ранспортного уровня, проц есс доставк и пак етов отисточник а до получателя отх одитна задний план. Проток олы Т ранспортного уровня и всех уровней, расположенны х вы ш е, полностью оставляю треш ениезадач адресац ии и доставк и Сетевом уи К анальном у уровням . К ак обсуждалосьранее, пак еты , при их обработк е пром ежуточны м и систем ам и, не подним аю тся вы ш е Сетевого уровня стек а проток олов. Т ак им образом , проток олы Т ранспортного уровня ф унк ц ионирую т тольк о на двух к онечны х систем ах . PDU Т ранспортного уровня состоитиз заголовк а и данны х , полученны х отПрик ладного уровня. В дальнейш ем он инк апсулируется проток олом Сетевого уровня в дейтаграм м у. О дна из основны х ф унк ц ий проток ола Т ранспортного уровня зак лю чается в идентиф ик ац ии проц ессов вы ш ележащ его уровня, к оторы е вы работали сообщ ениев систем е-отправителеи должны принятьего в систем е-получателе. Т ранспортны епроток олы в пак етеТ СР/IР, наприм ер, использую тв своих заголовк ах ном ера портов, чтобы идентиф иц ироватьсервисы верх них уровней. Д ругиеф унк ц ии, к оторы едолжны бы тьвы полнены на Т ранспортном уровне, вк лю чаю т в себя вы явление и к оррек ц ию ош ибок , управление поток ом данны х , подтверждениеприем а пак ета, и другиесредства, присущ иепроток олам с установлением соединения.

21

5.1. Ко м би наци и сер в и со в , пр едо ст ав ля ем ы х пр о т о ко лам и Тр анспо р т но г о ур о в ня Проток олы К анального и Сетевого уровней взаим одействую т вм есте и на своих уровнях взаим озам еняем ы . Э то означает, что допустим о использовать прак тическ и лю бой проток ол К анального уровня совм естно с лю бы м проток олом Сетевого уровня. О днак о проток олы Т ранспортного уровня тесно привязаны к определенном у проток олу Сетевого уровня и не м огут бы ть зам ещ ены . К ом бинац ия из проток олов Т ранспортного и Сетевого уровней предоставляет полны й набор услуг, соответствую щ ий к онк ретном у приложению . Т ак же, к ак и на Сетевом уровне, среди проток олов Т ранспортного уровня м огут бы ть вы делены проток олы с установлением соединения и без установления соединения. Д ок ум ент м одели OSI описы вает четы ре возм ожны е на этом уровне к ом бинац ии проток олов с установлением соединения и без него (рис. 6). К ак ую из к ом бинац ий следует использовать, зависит от требуем ы х сервисов. Проц есс вы бора к ом бинац ии проток олов для вы полнения определенной задачи назы вается о т о бр аж ением (mapping) службы Т ранспортного уровня на службуСетевого уровня.

П ротоколбе зустан ов лен ия сое дин е н ия

П ротоколс устан ов лен ие м сое дин е н ия

П ротоколбе зустан ов лен ия сое дин е н ия

П ротоколс устан ов лен ие м сое дин е н ия

Рис. 6. Систем а м ожетиспользоватьразличны ек ом бинац ии проток олов с установлением соединения и без установления соединения

В ы бор проток ола Т ранспортного уровня основы вается на требованиях приложения, создавш его сообщ ение, и сервисов, уже предоставленны х проток олам и нижних уровней. Рук оводство OSI описы ваетпять теоретическ их к лассов проток ола Т ранспортного уровня. • TP0. Проток ол без дополнительной ф унк ц иональности. Предполагает, что проток олы нижних уровней уже предоставляю т приложению все необх одим ы еуслуги. • TP1. Проток ол с исправлением обнаруженны х ош ибок . Д ает возм ожность исправить ош ибк и, обнаруженны е проток олам и, ф унк ц ионирую щ им и на нижних уровнях .

22

• TP2. Проток ол с м ультиплек сированием . В к лю чаетк оды , идентиф иц ирую щ иепроц есс, создавш ий пак ет, и проц есс, к оторы й должен обработать пак ет на приним аю щ ей стороне. Э то позволяет переносить траф ик , создаваем ы й неск ольк им и приложениям и, через одну сетевую среду. • TP3. Проток ол с исправлением обнаруженны х ош ибок и м ультиплек сированием . Сочетаетуслуги, предоставляем ы еTP1 и TP2. • TP4. Предлагает полны й набор ориентированны х на подк лю чение услуг. В к лю чает обнаружение и исправление ош ибок , управление поток ом данны х и другиесервисы . Предполагаетиспользованиена нижних уровнях проток олов без установления соединения, к оторы е не ок азы ваю тперечисленны х услуг. Д анная к лассиф ик ац ия сервисов Т ранспортного уровня является ещ е одним м естом , гдетеоретическ ая к онструк ц ия м одели OSI основательно отличается отдействительности. Н и один из ш ирок о используем ы х наборов проток олов не обладает пятью различны м и проток олам и транспортного уровня, согласую щ им ися с этим и к лассам и. Больш инство блок ов проток олов, так их к ак Т СР/IР, им ею т в своем составе два проток ола, к оторы е в основном соотносятся с к лассам и TP0 и TP4, обеспечиваю щ им и услуги без установления соединения и с установлением соединения соответственно.

5.2. Ф ункци и пр о т о ко ла Тр анспо р т но г о ур о в ня Проток ол UDP представляет собой службу, к оторая вм есте с проток олом IP Сетевого уровня обеспечиваетм иним альны й объ ем услуг для к оротк их транзак ц ий, ненуждаю щ их ся в сервисах проток ола с установлением соединения. Т ранзак ц ии с ис т ем ы им ен д о м ено в (DNS, Domain Name System) обы чно состоятиз обм ена к оротк им и сообщ ениям и, к оторы е ум ещ аю тся в один пак ет; вследствие этого управление поток ом данны х не требуется. Т ипичная транзак ц ия состоит из запроса и ответа, к оторы й вы полняет ф унк ц ию подтверждения прием а. Т ак им образом , нетнеобх одим ости в использовании к ак оголибо м ех анизм а, гарантирую щ его доставк у. О днак о проток ол UDP им еетм ех анизм вы явления ош ибок , реализованны й в виде подсчета к онтрольной сум м ы , к оторая вы числяется на обеих систем ах - отправителе и получателе. Поск ольк уUDP обеспечиваетм иним ум дополнительны х услуг, длина его заголовк а не превы ш ает 8 байт, и издержк и, вы званны е добавлением служебной инф орм ац ии к пак ету, оченьнезначительны . Проток ол TCP, с другой стороны , является проток олом с установлением соединения, и предоставляетполны й спек тр услуг, но ц ена этого - болеевы сок ие издержк и. Д лина заголовк а TCP составляет20 байт. Т ак же проток ол порождаетбольш ое к оличество дополнительны х пак етов, вы званны х иск лю чительно потребностям и проц едур управления, так их к ак установк а соединения, разры в соединения и подтверждениеприем а пак ета.

23

5.2.1. Сег м ент аци я и в о сст ано в лени е Т ранспортны е проток олы с установлением соединения разработаны для передачи больш ого к оличества данны х , при этом инф орм ац ия должна бы ть разбита на сегм енты , ум ещ аю щ иеся в отдельны х пак етах . Сегм ентац ия данны х и нум ерац ия сегм ентов являю тся важны м элем ентом проц есса передачи и пом им о этого делаю т осущ ествим ы м вы полнение других ф унк ц ий, так их к ак исправлениеош ибок . Проц есс м арш рутизац ии, вы полняем ы й на Сетевом уровне, является динам ическ им ; и в случае передачи данны х возм ожно возник новениеситуац ии, к огда сегм енты следую тдо м еста назначения разны м и путям и и прих одят не в том порядк е, к ак они бы ли отправлены . Н ум ерац ия сегм ентов позволяетприним аю щ ей систем е восстановить исх одны й порядок следования сегм ентов. Э та нум ерац ия так же дает возм ожность систем еполучателю сообщ итьотправителю , к ак ой из пак етов бы л поврежден или потерян. В результате отправитель м ожет не повторять ц елик ом всю передачу, а повторно переслатьтольк о потерянны есегм енты . 5.2.2. Упр ав лени е по т о ко м данны х Упр ав л ение по т о ко м д анны х (flow control) - это одна из ф унк ц ий, обы чно предоставляем ая проток олам и Т ранспортного уровня с установлением соединения. О на представляет собой м ех анизм , согласно к отором у систем а, приним аю щ ая данны е, м ожет сообщ ить отправителю о том , что он должен снизить ск орость передачи данны х , или об опасности перегрузк и систем ы получателя и потери данны х . Заголовок TCP, наприм ер, вк лю чаетв себя поле Window, при пом ощ и к оторого получатель устанавливает к оличество байт, к оторое он м ожет принять ототправителя в единиц у врем ени. Е сли это значениев пак етах , успевш их дойти, ум еньш ается, то отправитель знает, что он должен ум еньш итьск оростьпередачи. К огда значениеначинаетрасти снова, отправительм ожетувеличитьск оростьпересы лк и. 5.2.3. О бнар уж ени е о ши бо к и в о сст ано в лени е и нф о р м аци и Э талонная м одель OSI определяетдве ф орм ы исправления ош ибок , к оторы е м огут бы ть реализованы проток олам и Т ранспортного уровня с установлением соединения. О дна из них - это реак ц ия на ош ибк и, обнаруженны едругим и проток олам и стек а. Д анны й м ех анизм не предусм атривает поиск а ош ибок передачи сам им проток олом Т ранспортного уровня. В м есто этого, проток ол Т ранспортного уровня получает извещ ение от проток олов Сетевого или К анального уровня о том , что возник ла ош ибк а, и определенны й пак етбы л потерян или поврежден. Е м у остается тольк о послать сообщ ение, содержащ ее перечень пак етов и запрос на их повторную пересы лк у обратно систем еотправителю .

24

Д ругая и наиболее ш ирок о прим еняем ая ф орм а исправления ош ибок на Т ранспортном уровне представляет собой зак онченны й проц есс, начинаю щ ийся с обнаружения ош ибок и зак анчиваю щ ийся их к оррек ц ией. Э тотпроц есс ох ваты вает и ош ибк и, к оторы е ещ е не бы ли обнаружены к ак им -либо другим способом . Н есм отря на то что больш инство проток олов К анального уровня им ею тсвои собственны ем ех анизм ы вы явления и к оррек ц ии ош ибок , они ф унк ц ионирую т тольк о при пром ежуточны х пересы лк ах м ежду двум я систем ам и. М ех анизм вы явления ош ибок Т ранспортного уровня обеспечивает к онтроль ош ибок на всем участк е м ежду двум я к онечны м и систем ам и и вк лю чает в себя возм ожность исправления ош ибок , к оторая осущ ествляется путем запроса уотправителя повторной передачи определенны х пак етов. Д ля осущ ествления этого в заголовок проток ола Т ранспортного уровня вк лю чена к онтрольная сум м а, значение к оторой получено из полей, не м еняю щ их ся в х оде всего путеш ествия до м еста назначения. Периодическ и изм еняю щ иеся поля, так ие к ак инд икат о р Time-to-Live, значение к оторого увеличивает к ажды й м арш рутизатор, обрабаты ваю щ ий пак ет, иск лю чены из вы числения к онтрольной сум м ы .

6. Сеансо в ы й ур о в ень Н ачиная с Сеансового уровня, границ ы м ежду уровням и и их ф унк ц иям и становятся более расплы вчаты м и. Н ельзя вы делить отдельны й проток ол, к оторы й ф унк ц ионировал бы иск лю чительно на Сеансовом уровне. Болеетого, ф унк ц иональны евозм ожности Сеансового уровня поддержаны другим и проток олам и, в том числеф унк ц ии, попадаю щ иев сф еру деятельности проток олов Представительск ого и Прик ладного уровней. NetBIOS (Network Basic Input/Output System, с е т е вая базовая с и с т е м а ввод а/вы вод а) и NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface, р ас ш и р е нны й пол ьзоват е л ьс ки й и нт е р ф е йс NetBIOS) — пок азательны еприм еры так их проток олов. Н ижняя границ а Сеансового уровня является чертой, за к оторой остаю тся все аспек ты , связанны е с передачей данны х м ежду двум я систем ам и. В опросы , к асаю щ иеся обнаружения ош ибок , подтверждения прием а пак етов и управления поток ом данны х , остаю тся позади этой границ ы , так к ак все, что требуется для реализац ии этих ф унк ц ий, уже делается проток олам и Т ранспортного уровня и уровней, лежащ их ниже. Сеансовы й уровень так же не им еет особого значения для обеспечения безопасности и проц ессов регистрац ии в сети, к ак это м ожетпок азаться, глядя на его название. Болеетого, основны еф унк ц ии этого уровня связаны с обм еном сообщ ениям и м ежду двум я к онечны м и систем ам и. Э тот обм ен назы вается д иал о го м (dialog). Пом им о ук азанной ф унк ц ии, Сеансовы й уровень обеспечивает м ножество других , являясь поистине м ногоц елевы м “инструм ентарием ” для разработчик ов програм м ного обеспечения.

25

Сервисы , обеспечиваем ы е Сеансовы м уровнем , очень ш ирок о трак тую тся. Д аже во врем я разработк и м одели OSI сущ ествовал рядвопросов относительно того, к к ак ом у уровню их отнести. Д вадц ать два различны х сервиса, предоставляем ы еСеансовы м уровнем , собраны в три подгруппы : бл о кфункций яд р а (Kernel Function Unit), по д м но ж ес т в о о с но в ны х д ей с т в ий (Basic Activity Subset) и по д м но ж ес т в о о с но в но й с инхр о низации (Basic Synchronization Subset). Больш инство этих сервисов интересны тольк о разработчик ам , а нек оторы е даже дублирую тся в результате к ом пром исса, принятого к ом итетам и во врем я слияния двух стандартов при создании м одели OSI. В заим одействие м ежду уровням и м одели OSI упрощ ается за счет прим енения пр им ит ив о в с л уж бы запр о с о в (service request primitives), представляю щ их собой отдельны е средства инструм ентария разработчик а. К ажды й уровень предоставляет услуги уровню , расположенном у непосредственно над ним . Проц есс использования уровнем услуг, ок азы ваем ы х нижележащ им уровнем , осущ ествляется путем вы полнения к ом анд, предлагаем ы х соответствую щ им прим итивом службы запросов, с ук азанием значений дополнительны х требуем ы х парам етров. Т ак им образом , проц есс Прик ладного уровня осущ ествляет запрос сетевого ресурса, используя прим итив, предложенны й Представительск им уровнем . К огда запрос передается вниз через уровни, к ажды й из них задействует соответствую щ ий прим итив нижележащ его уровня. Э тотпроц есс вы полняется до тех пор, пок а сообщ ениенебудетготово для передачи по сети. К ак тольк о пак ет достигнет своего м еста назначения, он преобразуется в указат ел ьны е пр им ит ив ы (indication primitives), к оторы е передаю тся вверх через уровни стек а проц ессу приложенияполучателя. У правлениедиалогом и разделениедиалогов - два наиболееважны х сервиса, относящ их ся к Сеансовом у уровню . Упр ав л ение д иал о го м (dialog control) это средство, к оторое позволяет двум систем ам начать диалог, обм еняться сообщ ениям и, а послезак ончитьдиалог с уверенностью , что к аждая систем а получила предназначенны е для нее сообщ ения. Э то м ожет пок азаться простой задачей, но прим ем во вним ание тот ф ак т, что систем а м ожет передать сообщ ение другой систем е и получить назадсообщ ение без уверенности в том , что это ответ. Бы ло ли принятоесообщ ениеответной посы лк ой или оно бы ло передано раньш е? Т ак ой тип к оллизии м ожет вы звать серьезны е проблем ы , особенно к огда одна из систем пы тается заверш ить диалог или создатьк онтрольную точк у. Разд ел ение д иал о га (dialog separation) - это проц есс вставк и ук азателей в поток данны х , доставляем ы х м ежду двум я систем ам и. Э ти ук азатели назы ваю тся т о чкам и ко нт р о л я (checkpoints), они разм ещ аю тся так им образом , что в один и тотжем ом ентврем ени м ожетбы тьполучена инф орм ац ия о состоянии обеих систем .

26

6.1. Упр ав лени е ди ало г о м К огда две систем ы вступаю т в диалог Сеансового уровня, они вы бираю т один из двух режим ов управления обм еном сообщ ениям и на все врем я сеанса: либо по л уд упл екс ны й обм ен, либо д упл екс ны й . К аждоесеансовоесоединение им еет уник альны й идентиф ик атор разм ером 196 байт, состоящ ий из четы рех элем ентов: • ук азательSS-USER иниц иатора; • ук азательSS-USER ответчик а; • общ ий ук азатель; • дополнительны й ук азатель. О днажды вы бранны й режим обм ена неподлежитизм енению . Д ля того чтобы перек лю читься на другой режим , необх одим о разорвать соединение и установитьего заново. При полудуплек сном режим е в лю бой из м ом ентов врем ени тольк о одна из систем м ожет передавать сообщ ения. Право передачи определяется посредством м ар кер а д анны х (data token). К аждая систем а по заверш ении передачи отправляет м арк ер другой систем е, используя прим итив S-TOKEN-GIVE. Т ольк о получив м арк ер, другая систем а м ожет начать передачу своего сообщ ения. Т ак же сущ ествует прим итив S-TOKEN-PLEASE, к оторы й систем а м ожетиспользоватьдля того, чтобы запроситьм арк ер. И спользованиедуплек сного режим а значительно усложняетпроц есс обм ена. К ак свидетельствуетназваниережим а, при дуплек сном обм енем арк ер неиспользуется, и обесистем ы м огутпередаватьсообщ ения одноврем енно. В ажно поним ать, что м арк ер и соединение на Сеансовом уровне не им ею т ничего общ его с одноим енны м и элем ентам и нижележащ их проток олов. М арк ер Сеансового уровня не является эк вивалентом м арк ера, используем ого проток олом Token Ring, к ак и соединениеСеансового уровня неэк вивалентно соединению Т ранспортного уровня проток ола TCP. Д ве систем ы м огут разорвать соединениеСеансового уровня, в то врем я к ак соединение Т ранспортного уровня будетотк ры то для дальнейш его обм ена.

И спользование м арк ера предотвращ аетвозник новениепроблем , связанны х с перек рестны м и сообщ ениям и, и обеспечивает м ех анизм упо р яд о ченно го зав ер шения (orderly termination) соединения м ежду систем ам и. Согласно порядк у проц едуры заверш ения соединения, одна из систем сигнализирует о своем нам ерении разорвать соединение и передает м арк ер. Д ругая систем а, получив м арк ер, пересы лаетвседанны е, оставш иеся в еебуф ерах , и использует прим итив S-PLEASE, чтобы подтвердить прием запроса разъ единения. Приняв прим итив S-PLEASE, первая систем а знает, что она получила отдругой систем ы все данны е, ожидавш ие отправк и. Т еперь она м ожет использоватьприм итив S-DISCONNECT для разры ва соединения. В управлении диалогом предусм отрен м ех анизм с о гл ас о в анно го р азъед инения (negotiated release). О н даетвозм ожностьодной систем еотк азатьдругой

27

систем е в разъ единении. Э та возм ожность используется в случае появления к оллизии, к оторая м ожет возник нуть, если обе систем ы одноврем енно сделаю т запрос на разъ единение. Т ак же сущ ествует м ар кер р азъед инения (rе lease token), к оторы й в первую очередь служит для предотвращ ения возник новения подобны х к оллизий. О н позволяет сделать запрос на разъ единениетольк о одной из систем . В се эти м ех анизм ы являю тся “инструм ентам и” из набора средств, к оторы й Сеансовы й уровень предоставляет разработчик ам приложений; они не являю тся автом атическ и вы полняю щ им ися ф оновы м и проц ессам и. К огда создается приложение, разработчик должен сам принять реш ение о соответствии используем ы х прим итивов поставленной задаче. Н априм ер, употребить прим итив S-TOKEN-GIVE вм есто прим итива S-TOKEN-PLEASE, или прим енить согласованноеразъ единениевм есто упорядоченного.

6.2. Разделени е ди ало г а Приложения создаю т к онтрольны е точк и, чтобы сох ранить свое тек ущ ее состояние на диск е на случай систем ного сбоя. В о врем я разработк и м одели OSI этотм етодболееш ирок о использовался, нежели сейчас. К ак и в случаес проц ессам и управления диалогом , к оторы е обсуждались ранее, проц едура расстановк и к онтрольны х точек должна бы ть явно определена разработчик ом , если в ней естьнеобх одим ость. К огда приложение вовлек ло во взаим одействие через сеть две систем ы , к онтрольная точк а должна обеспечить сох ранение состояния обеих систем в один и тот же м ом ент. В ы полнить согласованное действие на двух различны х к ом пью терах в точно определенны й м ом ент почти невозм ожно. Систем ы м огут осущ ествлять ты сячи действий в сек унду, и их синх ронизац ия должна бы тьточна настольк о, наск ольк о это необх одим о для одноврем енного вы полнения к онк ретной задачи. В добавок возник аетпроблем а сообщ ений, к оторы ем огутбы ть ещ ев пути во врем я создания к онтрольной точк и. В результате разделение диалога посредством сох ранения к онтрольной точк и в определенном м естепоток а данны х , пересы лаем ого м ежду двум я систем ам и, ок азы вается точнее, чем вы полнениеэтого действия в определенны й м ом ент врем ени. В полудуплек сном режим епроц есс создания к онтрольны х точек сравнительно прост. О дна систем а создает точк у к онтроля и отправляет прим итив, назы ваем ы й S-SYNC-MINOR. Д ругая систем а, получив этотприм итив, создает свою собственную точк у к онтроля, уверенная в том , что во врем я синх ронизац ии неосталосьданны х , нах одящ их ся в проц ессепередачи. Т ак ой проц есс назы вается пр о с т о й с инхр о низацией (minor synchronization), так к ак он работаетс поток ом данны х , следую щ им тольк о в одном направлении, и требует тольк о одной операц ии обм ена управляю щ им и сообщ ениям и. В дуплек сном (полнодуплек сном ) режим е так же возм ожно прим енение простой синх ронизац ии. Д ля этого используется спец иальны й м ар кер пр о с т о й

28

с инхр о низации, к оторы й удерживаетобесистем ы отодноврем енной передачи прим итива S-SYNC-MINOR. Е сли бы бы ло возм ожно перек лю читься из дуплек сного режим а в полудуплек сны й, не разры вая соединения, то в прим енении дополнительного м арк ера не бы ло бы необх одим ости, но перек лю читься м ежду режим ам и невозм ожно. Э то к ак раз то, что м ногие лю ди считаю тосновны м недостатк ом в спец иф ик ац ии Сеансового уровня. В больш инстве случаев систем ы , использую щ ие дуплек сны й режим соединения, должны вы полнять с л о ж ную с инхр о низацию (major synchronization), к оторая отвечает не тольк о за траф ик , к оторы й м ожет передаваться в обоих направлениях , но так же и за ск оростной траф ик . Прим итив S-EXPEDITED позволяет осущ ествить передачу от одной систем ы к другой, используя вы сок оск оростной к анал, отделенны й отобы чны х к ом м уник ац ионны х к аналов. В ы полняя рассм атриваем ую синх ронизац ию , систем а, владею щ ая м ар кер о м с л о ж но й с инхр о низации (major/activity token), отправляет прим итив SSYNC-MAJOR, а затем останавливает передачу до тех пор, пок а не получит ответ. Т ем не м енее, систем а, пославш ая этот прим итив, не м ожет пок а ещ е создатьк онтрольную точк у, к ак это легк о получается при простой синх ронизац ии, поск ольк у траф ик отдругой систем ы в данны й м ом ентм ожетещ ё передаваться. Получив прим итив, приним аю щ ая сторона м ожетсоздатьсвою к онтрольную точк у, так к ак всепереданны еей данны еужеприняты , вк лю чая срочны е, к оторы е должны бы ли прибы ть до получения прим итива. Затем приним аю щ ая систем а передает подтверждаю щ ий ответ через обы чны й к анал и спец иальное сообщ ение PREPARE через к анал срочной связи. Систем а, иниц иировавш ая проц едуру синх ронизац ии, получаетсначала сообщ ениеPREPARE, а затем подтверждение. После чего она м ожет приступить к созданию своей точк и к онтроля.

7. Пр едст ав и т ельски й ур о в ень В отличие от Сеансового уровня, к оторы й обеспечивает м ножество различны х ф унк ц ий, Представительск ий уровеньим ееттольк о одну. Н а сам ом деле больш ую частьврем ени Представительск ий уровень в основном ф унк ц ионируетк ак с л уж ба пер ев о д а (pass-through service). Э то значит, что он получает прим итивы отПрик ладного уровня и передаетих дублик аты вниз Сеансовом у уровню , используя т о чку д о с т упа к с ер в ис у Пр ед с т ав ит ел ьс ко го ур о в ня (PSAP, Presentation Service Access Point) и т о чку д о с т упа к с ер в ис у Сеанс о в о го ур о в ня (SSAP, Session Service Access Point). В се рассуждения преды дущ их разделов об использовании приложениям и служб Сеансового уровня в действительности, х отя и неявно, уже затрагивали вопросы , связанны е со службой перевода Представительск ого уровня, так к ак проц ессы на лю бом уровне м одели OSI м огут непосредственно взаим одействовать тольк о с соседним и уровням и.

29

В то врем я к ак основны е ф унк ц ии прим итивов не изм еняю тся в проц ессе прох ождения им и Представительск ого уровня, сам и прим итивы м огут бы ть подвергнуты проц ессу перевода, являю щ ем уся основной ф унк ц ией уровня. Приложение создает запрос к сетевы м ресурсам , используя свой “родной” синтак сис, однак о язы к систем ы , приним аю щ ей запрос, м ожет бы ть отличны м . Н априм ер, соединением ежду PC и Mainframe м ожетпотребоватьперек одирования сообщ ений из ASCII в EBCDIC. Систем ы м огут так же прим енятьш иф рованиеи/или сжатиеданны х , передаваем ы х через сеть. Проц есс перевода осущ ествляется в две ф азы , одна из к оторы х вы полняется на Представительск ом уровне к аждой из систем . К ажды й из к ом пью теров поддерживает абс т р акт ны й с инт акс ис , к оторы й представляет собой “родной” синтак сис приложения, вы полняем ого в систем е, и с инт акс ис пер ед ачи, используем ы й для доставк и данны х через сеть. Представительск ий уровень систем ы , отправляю щ ей сообщ ение, переводит данны е из ф орм ата, соответствую щ его абстрак тном у синтак сису, в ф орм ат синтак сиса передачи, а затем передаетих вниз Сеансовом у уровню . К огда сообщ ениедостигаетсистем ы -получателя, тот же Представительск ий уровень переводит данны е из синтак сиса передачи в абстрак тны й синтак сис приложения, приним аю щ его сообщ ение. В ы бор синтак сиса передачи для к аждого абстрак тного синтак сиса основы вается на соглаш ении, к отороедостигается после установления соединения Представительск ого уровня м ежду двум я систем ам и. В зависим ости от требований приложения и природы соединения м ежду систем ам и, синтак сис передачи м ожет поддерживать ш иф рование инф орм ац ии, сжатие данны х или просто преобразование. К ак и в случае Сеансового уровня, соединение Представительск ого уровня не является синоним ом соединений, устанавливаем ы х на нижних уровнях . Т ак же нет непосредственного взаим одействия м ежду Представительск им и уровням и двух систем . Сообщ ения спуск аю тся вниз через стек проток олов к ф изическ ой среде и в систем е-получателе подним аю тся вверх по стек у к Представительск ом ууровню .

П р о цес с с о гл ас о в ания с инт акс ис а начинается, к огда систем а использует прим итив P-CONNECT для того, чтобы передать набор пр ед с т ав ит ел ьс ких ко нт екс т о в , состоящ ий из пар, сложенны х , в свою очередь, из абс т р акт ны х ко нт екс т о в и ко нт екс т о в пер ед ачи, поддерживаем ы х данной систем ой. К аждом у представительск ом у к онтек сту в к ачестве ном ера присваивается нечетноец елоечисло, назы ваем оеид ент ификат о р о м пр ед с т ав ит ел ьс ко го ко нт екс т а. Т ак им сообщ ением систем а инф орм ируетдругую систем у о возм ожностях своего Представительск ого уровня. Сообщ ение м ожет содержать м ножество к онтек стов передачи для к аждого абстрак тного к онтек ста, что даетприним аю щ ей систем евозм ожностьвы бора. Получив сообщ ение P-CONNECT, систем а-адресат передает представительск ий к онтек ст проц ессам Прик ладного уровня, к оторы е реш аю т, к ак ой из к онтек стов передачи, поддерживаем ы х к ажды м абстрак тны м к онтек стом , они х отят использовать. Затем систем а-получатель возвращ ает список к он-

30

тек стов отправителю . В нем для к аждого абстрак тного к онтек ста ук азан либо один вы бранны й к онтек ст передачи, либо добавлено сообщ ение об ош ибк е. Э тотсписок , послеполучения его первоначальны м отправителем , становится набором о го в о р енны х ко нт екс т о в . Сообщ ение об ош ибк е свидетельствует, что приним аю щ ая систем а неподдерживаетни один из к онтек стов передачи для определенного абстрак тного к онтек ста. К огда проц есс согласования заверш ен, систем ы м огут предложить новы й представитель-к онтек ст в дополнениек набору оговоренны х к онтек стов или удалить к онтек стиз набора, используя прим итив P-ALTER-CONTEXT.

8. Пр и кладно й ур о в ень Расположенны й на верш ине стек а проток олов Прик ладной уровень является источник ом и прием ник ом для всех передаваем ы х через сетьсообщ ений. В се проц ессы , обсуждаем ы е в преды дущ их разделах , иниц иирую тся приложением , к отором у требуется получить доступ к сетевом у ресурсу. Проц ессы Прик ладного уровня, тем не м енее, не обязательно являю тся синоним ам и сам их приложений. Н априм ер, при использовании тек стового проц ессора для отк ры тия док ум ента, сох раненного на сервере, запрос перенаправляется в лок альную сеть. Сам тек стовы й проц ессор не предусм атривает проц есса Прик ладного уровня, необх одим ого для доступа к ф айлу. В больш инствеслучаев эту ф унк ц ию вы полняетэлем ентоперац ионной систем ы , к оторы й ум еетразличать запросы , направленны е к ф айлам на лок альны х диск ах и к ф айлам , расположенны м в сети. Н ек оторы е приложения, однак о, разработаны спец иально для доступа к сетевы м ресурсам . Спец иализированное приложение FTP-к лиента (FTP, File Transfer Protocol, проток ол передачи ф айлов), наприм ер, неотделим о отпроток ола Прик ладного уровня, к оторы й оно использует для взаим одействия через сеть. Н иже перечислены нек оторы е проток олы , неразры вно связанны ес приложениям и, их использую щ им и: • DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol, проток ол динам ическ ой к онф игурац ии х остов); • TFTP (Trivial File Transfer Protocol, простейш ий проток ол передачи ф айлов); • DNS (Domain Name System, систем а дом енны х им ен); • NFS (Network File System, сетевая ф айловая систем а); • RIP (Routing Information Protocol, проток ол обм ена инф орм ац ией м арш рутизац ии); • OSPF (Open Shortest Path First, проток ол м арш рутизац ии с вы бором к ратчайш его м арш рута); • BGP (Border Gateway Protocol, проток олграничного ш лю за). М ежду двум я этим и к райностям и нах одятся м ногочисленны е разновидности приложений, к оторы е осущ ествляю т доступ к сетевы м ресурсам разны м и способам и и по различны м причинам . Н ек оторы еприложения обращ аю тся к

31

проток олам , предназначенны м для спец иф ическ их типов сетевы х запросов. К так им проток олам относятся: SMTP (Simple Mail Transfer Protocol, простой проток ол пересы лк и почты ) и POP3 (Post Office Protocol, почтовы й проток ол), используем ы е для элек тронной почтовой связи; проток ол удаленного адм инистрирования сети SNMP (Simple Network Management Protocol, простой проток ол управления сетью ); HTTP (Hypertext Transfer Protocol, проток ол передачи гипертек ста), прим еняем ы й для взаим одействия в WWW (World Wide Web, вс е м и р ная “паут и на”); NNTP (Network News Transfer Protocol, проток ол передачи сетевы х новостей). К ак видно из этой главы , четы ренижних уровня м одели OSI вы полняю тф унк ц ии, к оторы елегк о отделитьдруг от друга, в то врем я к ак ф унк ц ии Сеансового, Представительск ого и Прик ладного уровней им ею т тенденц ию к слиянию вм есте. М ногие проток олы Прик ладного уровня, перечисленны е здесь, вк лю чаю т ф унк ц ии, к оторы е м ожно справедливо отнести к ак к Представительск ом у, так и к Сеансовом у уровню . Н о важно не позволять м одели OSI проник ать слиш к ом глубок о в ваш е восприятиепередачи данны х по сети. М одель- это тольк о средство, к отороепом огаетпонять, к ак ф унк ц ионирую тсети, а нерук оводство для создания сетевы х тех нологий.

32

Спи со к ли т ер ат ур ы 1. Зак ер К . К ом пью терны е сети. М одернизац ия и поиск неисправностей / К .Зак ер. - СПб. : БХ В -Петербург, 2003. –1008 с. 2. О лиф ер В .Г. К ом пью терны есети. Принц ипы , тех нологии, проток олы / В .Г. О лиф ер, Н .А . О лиф ер. - СПб. : Питер, 2003. – 864 с. 3. Х ант К . TCP/IP. Сетевое адм инистрирование / К . Х ант. - М . : Сим волПлю с, 2004. –816 с. 4. Столлингс В . Передача данны х / В . Столлингс. - СПб. : Питер, 2004. – 752 с. 5. Ф ейт С. TCP/IP. А рх итек тура, проток олы и реализац ия (вк лю чая IP версии 6 и IP Security) / С. Ф ейт. - М . : Лори, 2000. – 424 с. 6. О стерлох Х . М арш рутизац ия в IP-сетях . Принц ипы , проток олы , настройк а / Х . О стерлох . - М . : Д иасоф т, 2002. –512 с.

33

Со дер ж ани е В ведение 1. М ежуровневы евзаим одействия 1.1. И нк апсуляц ия данны х 1.2. Горизонтальная передача инф орм ац ии 1.3. В ертик альная передача инф орм ац ии 1.4. Т ерм инология инк апсуляц ии 2. Ф изическ ий уровень 2.1. Спец иф ик ац ии Ф изическ ого уровня 2.2. Сигналы Ф изическ ого уровня 3. К анальны й уровень 3.1. А дресац ия 3.2. У правлениедоступом к среде 3.3. И ндик атор проток ола 3.4. В ы явлениеош ибок 4. Сетевой уровень 4.1. М арш рутизац ия 4.2. Ф рагм ентац ия 4.3. Проток олы с установлением соединения и без установления соединения 5. Т ранспортны й уровень 5.1. К ом бинац ии сервисов, предоставляем ы х проток олам и Т ранспортного уровня 5.2. Ф унк ц ии проток ола Т ранспортного уровня 5.2.1. Сегм ентац ия и восстановление 5.2.2. У правлениепоток ом данны х 5.2.3. О бнаружениеош ибок и восстановление инф орм ац ии 6. Сеансовы й уровень 6.1. У правлениедиалогом 6.2. Разделениедиалога 7. Представительск ий уровень 8. Прик ладной уровень Литература

3 4 5 6 7 8 9 10 10 12 13 14 15 16 16 17 19 19 20 21 22 23 23 23 24 26 27 28 30 32

34

35

Составитель Редак тор

Черны ш ов М ак сим К арнельевич Т их ом ирова О .А .