Общая структура сети

Для организации связи двух компьютеров требуется сначала создать свод правил их взаимодействия, определить язык их общения, т. е. определить, что обозначают посылаемые ими сигналы и т. д. Эти правила и определения называются протоколом.

Современные сети построены по многоуровневому принципу.

Многоуровневая структура спроектирована с целью упорядочить множество протоколов и отношений. В структуре Интернет принята семиуровневая структура организации сетевого взаимодействия. Эта модель известна как «эталонная модель ISO OSI» (Open System Interconnection — связь открытых систем). Она позволяет составлять сетевые системы из модулей программного обеспечения выпущенных различными производителями.

Различают два вида взаимодействия:

реальное;

виртуальное.

Под реальным взаимодействием подразумеваем непосредственное взаимодействие, передачу информации, например, пересылку данных в оперативной памяти из области, отведенной одной программе, в область другой программы. При непосредственной передаче данные остаются неизменными все время.

Под виртуальным взаимодействием мы понимаем опосредованное взаимодействие и передачу данных: здесь данные в процессе передачи могут уже определенным, заранее оговоренным образом видоизменяться.

Модель ISO OSI предписывает очень сильную стандартизацию вертикальных межуровневых взаимодействий. Такая стандартизация гарантирует совместимость продуктов, работающих по стандарту какого-либо уровня, с продуктами, работающими по стандартам соседних уровней, даже в том случае, если они выпущены разными производителями.

Краткий обзор уровней:

Уровень 0 (Physical media) связан с физической средой — передатчиком сигнала и на самом деле не включается в эту схему, но весьма полезен для понимания. Этот почетный уровень представляет посредников, соединяющих конечные устройства: кабели, радиолинии и т. д.

Кабели могут быть:

• — экранированные и неэкранированные витые пары,
• — коаксиальные, на основе оптических волокон и т. д.

Т.к. этот уровень не включен в схему, он ничего и не описывает, только указывает на среду.

Уровень 1 (Physical protocol) — физический. Включает физические аспекты передачи двоичной информации по линии связи. Детально описывает, например, напряжения, частоты, природу передающей среды. Этому уровню вменяется в обязанность поддержание связи и прием-передача битового потока. Безошибочность желательна, но не требуется.

Уровень 2 (DataLink protocol) — канальный. Обеспечивает безошибочную передачу блоков данных (называемых кадрами, frame, или датаграммами) через первый уровень, который при передаче может искажать данные. Этот уровень должен:

определять начало и конец датаграммы в битовом потоке;

формировать из данных, передаваемых физическим уровнем, кадры или последовательности;

включать процедуру проверки наличия ошибок и их исправления.

Этот уровень (и только он) оперирует такими элементами, как битовые последовательности, методы кодирования, маркеры.

В виду его сложности, канальный уровень подразделяется на 2 подуровня:

Управление логической связью, каналом, (LLC — Logical Link Control) который посылает и получает сообщения с данными.

Управление доступом к среде (MACMedium Access Control), управляющий доступом к сети (с передачей маркера в сетях Token Ring или распознаванием конфликтов (столкновений передач) в сетях Ethernet).

Уровень 3 (Network protocol) — сетевой. Основными функциями программного обеспечения на этом уровне являются:

выборка информации из источника;

преобразование информации в пакеты;

правильная передача информации в точку назначения;

обработка адресов и маршрутизация.

Этот уровень пользуется возможностями, предоставляемыми ему уровнем 2, для обеспечения связи двух любых точек в сети. Он осуществляет проводку сообщений по сети, которая может иметь много линий связи, или по множеству совместно работающих сетей, что требует маршрутизации, т. е. определения пути, по которому следует пересылать данные. Маршрутизация производится на этом же уровне.

Есть два принципиально различных способа работы сетевого уровня. Первый — это метод виртуальных каналов. Он состоит в том, что канал связи устанавливается при вызове (начале сеанса (session) связи), по нему передается информация, и по окончании передачи канал закрывается (уничтожается). Передача пакетов происходит с сохранением исходной последовательности, даже если пакеты пересылаются по различным физическим маршрутам, т. е. виртуальный канал динамически перенаправляется. При этом пакеты данных не включают адрес пункта назначения, т.к. он определяется во время установления связи.

Второй — метод дейтаграмм. Дейтаграммы — это независимые пакеты информации, которые включают всю необходимую для их пересылки информацию.

В то время, как первый метод предоставляет следующему уровню (уровню 4) надежный канал передачи данных, свободный от искажений (ошибок) и правильно доставляющий пакеты в пункт назначения, второй метод требует от следующего уровня работы над ошибками и проверки доставки нужному адресату.

Уровень 4 (Transport protocol) — транспортный. Завершает организацию передачи данных: контролирует на сквозной основе поток данных, проходящий по маршруту, определенному третьим уровнем:

правильность передачи блоков данных;

правильность доставки в нужный пункт назначения;

комплектность, сохранность и порядок следования данных;

собирает информацию из блоков в ее прежний вид. Или же оперирует с дейтаграммами, т. е. ожидает отклика-подтверждения приема из пункта назначения, проверяет правильность доставки и адресации, повторяет посылку дейтаграммы, если не пришел отклик.

Этот уровень должен включать развитую и надежную схему адресации для обеспечения связи через множество сетей и шлюзов. Другими словами, задачей данного уровня является «довести до ума» передачу информации из любой точки в любую во всей сети.

Уровень 5 (Session protocol) — сеансовый. Координирует взаимодействие связывающихся пользователей:

устанавливает их связь;

оперирует с ней;

восстанавливает аварийно оконченные сеансы.

Этот же уровень ответственен за картографию сети — он преобразовывает региональные (DNS — доменные) компьютерные имена в числовые адреса, и наоборот. Он координирует не компьютеры и устройства, а процессы в сети, поддерживает их взаимодействие — управляет сеансами связи между процессами прикладного уровня.

Уровень 6 (Presentation protocol) — уровень представления данных. Этот уровень имеет дело с синтаксисом и семантикой передаваемой информации, т. е. здесь устанавливается взаимопонимание двух сообщающихся компьютеров относительно того, как они представляют и понимают по получении передаваемую информацию. Здесь решаются, например, такие задачи, как :

перекодировка текстовой информации и изображений;

сжатие и распаковка;

поддержка сетевых файловых систем (NFS), абстрактных структур данных и т. д.

Уровень 7 (Application protocol) — прикладной. Обеспечивает интерфейс между пользователем и сетью, делает доступными для человека всевозможные услуги. На этом уровне реализуется, по крайней мере, пять прикладных служб: передача файлов, удаленный терминальный доступ, электронная передача сообщений, служба справочника и управление сетью. В конкретной реализации определяется пользователем (программистом) согласно его насущным нуждам и возможностям интеллекта и фантазии. Имеет дело, например, с множеством различных протоколов терминального типа, которых существует более ста.