Протоколы.Интерфейсы. Заголовки. Назначение уровней

1. Протоколы.Интерфейсы. Заголовки. Назначение уровней

ПРОТОКОЛЫ.ИНТЕРФЕЙСЫ.
ЗАГОЛОВКИ.
НАЗНАЧЕНИЕ УРОВНЕЙ
И М А Н К УЛ О В А А К Ы Л Ж А Н

2. Эталонная модель OSI

ЭТАЛОННАЯ МОДЕЛЬ OSI
Для согласованной работы двух разных устройств необходимо иметь
соглашение, требованиям которого будет удовлетворять работа каждого
устройства. Соглашение, как правило, оформляется в виде стандарта.
Взаимодействие устройств в вычислительной сети является сложным
процессом, реализация которого требует решения многих взаимосвязанных
проблем и задач. Обычно сложная проблема разделяется на отдельные
части. Решение каждой отдельной части представляет собой относительно
простую задачу. Решение всех частей в сумме дает решение поставленной
проблемы. Рассматриваемая ниже модель была разработана, исходя именно
из этого принципа.
В начале 80-х годов международная организация по стандартизации ISO
при поддержке других организаций по стандартизации разработала модель
взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI),
модель OSI. Схема модели приведена на рис. 1.

3.

4.

Модель OSI очень быстро стала одной из основных моделей,
описывающих процесс передачи данных между компьютерами.
Модель OSI описывает системные средства взаимодействия,
реализуемые операционной системой, системными утилитами,
системными аппаратными средствами. Модель не описывает
взаимодействия приложений с конечным пользователем.
Модель OSI разделяет средства взаимодействия на семь
уровней:
• Прикладной уровень.
• Представительский уровень.
• Сеансовый уровень.
• Транспортный уровень.
• Сетевой уровень.
• Канальный уровень.
• Физический уровень.

5. Интерфейс

ИНТЕРФЕЙС
Каждый уровень относительно независим. Модули реализации каждого
уровня могут быть легко заменены без внесения изменений в модули других
уровней. Каждый уровень описывает строго определенные функции
взаимодействия сетевых устройств. Все уровни образуют иерархическую
систему, в которой запрос, вырабатываемый на каком-либо уровне,
передается на исполнение нижележащему уровню. Результаты обработки
запроса передаются на вышележащий уровень. Прикладной уровень получает
запрос от приложения, работающего на компьютере, в виде сообщения,
которое нужно передать на другой компьютер. Физический уровень
занимается собственно пересылкой подготовленных данных по физическим
линиям. Для описания взаимосвязей между двумя уровнями устанавливаются
правила или соглашения, которые называются интерфейсом.

6.

Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемый уровнем
соседнему уровню.
В процессе обмена данными участвуют два компьютера. Процесс
взаимодействия компьютеров может быть представлен как набор
взаимодействий одинаковых уровней. Правила, определяющие формат
сообщений между одинаковыми уровнями, называются протоколом. В
модели OSI различаются протоколы двух типов. Протокол с
установлением соединения предполагает, что перед началом обмена
данными между компьютерами должно быть установлена связь с
определенными параметрами. По дейтаграммному протоколу
сообщение передается в сеть без предварительного установления
соединения.
Средства каждого уровня отрабатывают протокол своего уровня и
интерфейсы с соседними уровнями. Набор протоколов, достаточный
для организации взаимодействия в сети, называется стеком
коммуникационных протоколов.

7. Заголовки

ЗАГОЛОВКИ
Блоки информации, передаваемые между уровнями, имеют
стандартный формат: заголовок, служебная информация, данные,
завершающая информация. Каждый уровень при передаче блока
информации нижележащему уровню снабжает его своими
заголовками. Заголовки вышележащих уровней воспринимаются
нижележащими уровнями как данные блока информации. На каждом
уровне информация обрабатывается в соответствии с назначенными
функциями, например, данные шифруются.
При получении блока информации от нижележащего уровня заголовки
и другая служебная информация текущего уровня отбрасываются.
Данные обрабатываются, например, данные дешифруются. Данные,
поступающие на вышележащий уровень, уже имеют его заголовки.

8. Физический уровень

ФИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ
На физическом уровне определяются характеристики
электрических сигналов, передающих данные, физического
канала связи, типы разъемов с назначением каждого контакта.
Физический уровень описывает передачу битов информации по
физическим каналам связи.
Функции физического уровня на компьютере выполняются
сетевым адаптером.

9. Канальный уровень

КАНАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ
Канальный уровень решает две задачи. Первая задача - определение
доступности среды передачи данных. Эта задача решается в сетях с разделяемой
средой передачи данных, когда в конкретный момент времени канал связи занят
только одной парой компьютеров. Вторая задача - определение механизма
обнаружения и коррекции ошибок. Обмен данными осуществляется
определенными порциями, которые называются кадрами. В каждый кадр
добавляются определенные последовательности бит в начало и конец для
выделения кадра, адрес компьютера-отправителя, адрес компьютера-получателя.
Кроме того, в каждый кадр добавляется вычисляемая контрольная сумма, которая
необходима для проверки корректности передачи кадра. Исправление
обнаруженной ошибки возможно за счет повторной передачи кадра.
В компьютерах протоколы канального уровня реализуются сетевыми адаптерами и
их драйверами.
Протоколы канального уровня, используемые в локальных сетях, разрабатываются
для сетей с определенной топологией.

10.

11. Сетевой уровень

СЕТЕВОЙ УРОВЕНЬ
На сетевом уровне решаются вопросы объединения сетей с
разными топологиями, с разными принципами передачи данных между
конечными узлами для образования единой транспортной системы.
Здесь сеть является не просто объединением компьютеров, но
соединением по одной из типовых технологий, использующих для
передачи данных один из протоколов канального уровня. Сетевой
уровень решает вопросы обмена данными между сетями. Обмен
данными осуществляется порциями, которые называются пакетами.
Каждый пакет, кроме адреса компьютеру, снабжается адресом сети как
получателя, так и отправителя.
Для соединения сетей используется маршрутизатор, который собирает
информацию о топологии межсетевых соединений. Для пути передачи
пакета между Конечными узлами, находящимися в разных сетях,
возможно, находятся другие промежуточные сети, через которые
необходимо сделать транзитные передачи. Таким образом, пакет
проходит через несколько маршрутизаторов, которые образуют
маршрут. Таких маршрутов может быть несколько.

12.

Проблема выбора наилучшего маршрута является главной задачей
сетевого уровня, решение которой возлагается на маршрутазатор.
Критерии выбора могут быть следующими: время передачи пакета,
надежность передачи. На сетевом уровне решаются вопросы
согласования разных технологий, оптимизации информационных
потоков между сетями.
На сетевом уровне выделяются два вида протоколов. Это сетевые
протоколы, с помощью которых осуществляется продвижение пакетов
через сеть. К ним можно отнести и так называемые протоколы
маршрутизации, с помощью которых маршрутизаторы обмениваются
маршрутной информацией. Второй вид протокола - протокол
разрешения адресов, который отвечает за преобразование адреса узла,
используемого на сетевом уровне, в локальный адрес сети.

13. Транспортный уровень

ТРАНСПОРТНЫЙ УРОВЕНЬ
На транспортном уровне решаются вопросы обеспечения надежности
передачи данных, обнаружения и исправления ошибок передачи
(искажение, потеря и дублирование пакетов). Модель OSI определяет пять
классов сервиса, которые определяются качеством предоставляемых
услуг по надежности. Задача выбора класса сервиса решается не только
приложениями и протоколами более высоких уровней, но и зависит от
уровня надежности, который обеспечивается более низкими уровнями
(сетевым, канальным, физическим). Если качество каналов связи,
например, отечественных телефонных линий, оставляет желать лучшего,
то разумно использовать более развитый сервис транспортного уровня по
обеспечению надежности передачи данных.
Протоколы транспортного уровня и выше реализуются программными
средствами узлов сети, компонентами сетевых систем.

14. Сеансовый уровень

СЕАНСОВЫЙ УРОВЕНЬ
На сеансовом уровне реализуются средства синхронизации, при
помощи которых в длинных передачах устанавливаются специальные
контрольные точки для возможного отката в случае сбоя не в начало, а
на последнюю контрольную точку. Сеансовый уровень обеспечивает
управление диалогом между конечными узлами.
Отдельные протоколы сеансового уровня обычно не используются. Его
функции реализуются в протоколах прикладного уровня.

15.

16. Представительский уровень

ПРЕДСТАВИТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ
Функции уровня представления заключаются в
преобразовании формы представления данных, полученных от
прикладного уровня одной системы, в форму, необходимую для
восприятия прикладным уровнем другой системы. На этом
уровне преодолеваются синтаксические различия в
представлении и кодировке данных На уровне представления
также обеспечивается секретность обмена данными для всех
служб прикладного уровня.

17. Прикладной уровень

ПРИКЛАДНОЙ УРОВЕНЬ
Протоколы прикладного уровня обеспечивают
доступ пользователей к разделяемым ресурсам сети
(файлы, принтеры, факсы, сканеры, гипертекстовые
страницы) К ним относятся протоколы электронной
почты и другие протоколы совместной работы. В
качестве единицы информации протоколы этого
уровня используют сообщение.

18.

19. Протоколы

ПРОТОКОЛЫ
Протоколы (protocols) - это набор правил и
процедур, регулирующих порядок
осуществления Взаимодействия. Протоколы - это
правила и технические процедуры, позволяющие
нескольким компьютерам при объединении в
сеть общаться друг с другом. Существует
множество протоколов. И хотя все они участвуют
в реализации связи каждый протокол имеет
различные цели, выполняет различные задачи,
обладает своими преимуществами и
ограничениями.

20.

Протоколы работают на разных уровнях модели OSI. Функции
протокола определяются уровнем, на котором он работает. Если,
например, какой-то протокол работает на Физическом уровне, то это
означает что он обеспечивает прохождение пакетов через плату
сетевого адаптера и их поступление в сетевой кабель. Несколько
протоколов могут работать совместно. Это так называемый стек, или
набор, протоколов. Как сетевые функции распределены по всем
уровням модели OST, так и протоколы совместно работают на
различных уровнях стека протоколов. Уровни в стеке протоколов
соответствуют уровням модели OSI. В совокупности протоколы дают
полную характеристику функциям и возможностям стека.

21. Работа протоколов

РАБОТА ПРОТОКОЛОВ
Передача данных по сети, с технической точки зрения, должна
быть разбита на ряд последовательных шагов, каждому из которых
соответствуют свои правила и процедуры, или протокол. Таким
образом, сохраняется строгая очередность в выполнении
определенных действий. Кроме того, эти действия должны
выполняться в одной и той же последовательности на каждом сетевом
компьютере. На компьютере-отправителе эти действия выполняются в
направлении сверху вниз, а на компьютере-получателе снизу вверх.

22. Компьютер-отправитель

КОМПЬЮТЕР-ОТПРАВИТЕЛЬ
Компьютер-отправитель в соответствии с протоколом выполняет
следующие действия:
• разбивает данные на небольшие блоки, называемые пакетами, с
которыми может работать протокол;
• добавляет к пакетам адресную информацию, чтобы компьютерполучатель мог определить, что эти данные предназначены именно
ему;
• подготавливает данные к передаче через плату сетевого адаптера и
далее - по сетевому кабелю.

23. Компьютер-получатель

КОМПЬЮТЕР-ПОЛУЧАТЕЛЬ
Компьютер-получатель в соответствии с протоколом выполняет те же действия, только в
обратном порядке:
принимает пакеты данных из сетевого кабеля;
через плату сетевого адаптера передает пакеты в компьютер;
удаляет из пакета всю служебную информацию, добавленную компьютеромотправителем;
копирует данные из пакетов в буфер для их объединения в исходный блок данных;
передает приложению этот блок данных в том формате, который оно использует.
И компьютеру-отправителю, и компьютеру-получателю необходимо выполнить каждое
действие одинаковым способом, с тем чтобы пришедшие по сети данные совпадали с
отправленными. Если, например, два протокола будут по-разному разбивать данные
на пакеты, добавлять информацию (о последовательности пакетов, синхронизации и
для проверки ошибок), тогда компьютер, использующий один из этих протоколов, не
сможет успешно связаться с компьютером, на котором работает другой протокол.

24. Маршрутизируемые и немаршрутизируемые протоколы

МАРШРУТИЗИРУЕМЫЕ И
НЕМАРШРУТИЗИРУЕМЫЕ ПРОТОКОЛЫ
До середины 80-х годов большинство локальных сетей были
изолированными. Они обслуживали один отдел или одну компанию и
редко объединялись в крупные системы. Однако, когда локальные сети
достигли высокого уровня развития и объем передаваемой ими
коммерческой информации возрос, ЛВС стали компонентами больших
сетей.
Данные, передаваемые из одной локальной сети в другую по одному из
возможных маршрутов, называются маршрутизированными. Протоколы,
которые поддерживают передачу данных между сетями по нескольким
маршрутам, называются маршрутизируемыми (routable) протоколами. Так
как маршрутизируемые протоколы могут использоваться для объединения
нескольких локальных сетей в глобальную сеть, их роль постоянно
возрастает.

25.

Так же как и уровни в модели OSI, нижние уровни
стека описывают правила взаимодействия
оборудования, изготовленного разными
производителями. А верхние уровни описывают
правила для проведения сеансов связи и
интерпретации приложений. Чем выше уровень, тем
сложнее становятся решаемые им задачи и связанные
с этими задачами протоколы.

26. Привязка

ПРИВЯЗКА
Процесс, который называется привязка, позволяет с достаточной
гибкостью настраивать сеть, т.е. сочетать протоколы и платы сетевых
адаптеров, как того требует ситуация. Например, 2 стека протоколов,
IPX/SPX и TCP/IP, могут быть привязаны к одной плате сетевого
адаптера. Если на компьютере более одной платы сетевого адаптера, то
стек проколов может быть привязан как к одной, так и к нескольким
платам сетевого адаптера.
Порядок привязки определяет очередность, с которой
операционная система выполняет протоколы. Если с одной платой
сетевого адаптера связано несколько протоколов, порядок привязки
определяет очередность, с которой будут использоваться протоколы
при попытках установить соединение.

27.

Обычно привязку выполняют сразу при установке операционной
системы или протокола.
Например, если TCP/IP первый протокол в списке привязки, то
именно он будет использоваться при попытке установить связь. Если
попытка неудачна, компьютер попытается установить соединение
используя следующий по порядку протокол в списке привязки.
Привязка (binding) не ограничивается установкой соответствия стека
протоколов и платы сетевого адаптера. Стек протоколов должен быть
привязан (или ассоцииров к компонентам, уровни которых и выше, и
ниже его уровня. Так, TCP/IP может быть привязан к Сеансовому
уровню NetBIOS, а внизу - к драйверу пл сетевого адаптера. Драйвер, в
свою очередь, привязан к плате сетевого адаптера.

28. Стандартные стеки

СТАНДАРТНЫЕ СТЕКИ
В компьютерной промышленности в качестве стандартных моделей
протоколов разработано несколько стеков. Вот наиболее важные из
них:
• набор протоколов ISO/OSI;
• IBM System Network Architecture (SNA);
• Digital DECnet;
• Novell NetWare;
• Apple AppleTalk;
• набор протоколов Интернета, TCP/IP.

29.

Протоколы этих стеков выполняют работу,
специфичную для своего уровня.
Коммуникационные задачи, которые возложены на
сеть, приводят к разделению протоколов на три
типа:
• прикладной;
• транспортный;
• сетевой.

30. Прикладные протоколы

ПРИКЛАДНЫЕ ПРОТОКОЛЫ
Прикладные протоколы работают на верхнем уровне модели OSI.
Они обеспечивают взаимодействие приложений и обмен данными
между ними. К наиболее популярным прикладным протоколам
относятся:
FTAM
(File Transfer Access and Management) - протокол OSI доступа к
файлам;
X.400
протокол CCITT для международного обмена электронной почтой;
Х.500
протокол CCITT служб файлов и каталогов на нескольких
системах;
SMTP
(Simple Mail Transfer Protocol) - протокол Интернета для обмена
электронной почтой;
FTP
(File Transfer Protocol) - протокол Интернета для передачи файлов;

31.

Telnet
протокол Интернета для регистрации на удаленных
хостах и обработки данных на них;
SMBs
(Server Message Blocks, блоки сообщений сервера) и
клиентские оболочки или редиректоры;
NCP
(Novell NetWare Core Protocol) и клиентские оболочки
или редиректоры фирмы Novell;
AppleTalk набор сетевых протоколов фирмы Apple;
и Apple
Share
AFP
(AppleTalk Filling Protocol) - протокол удаленного
доступа к файлам фирмы Apple;
DAP
(Data Access Protocol) © протокол доступа к файлам
сетей DECnet.

32. Транспортные протоколы

ТРАНСПОРТНЫЕ ПРОТОКОЛЫ
Транспортные протоколы поддерживают сеансы связи между
компьютерами и обеспечивают надежный обмен данными между
ними. К популярным транспортным протоколам относятся:
TCP
АТР,
NBP
(Transmission Control Protocol) TCP/I Р-протокол для
гарантированной доставки
данных, разбитых на
последовательность фрагментов;
(AppleTalk Transaction Protocol),
(Name Binding Protocol) -©
протоколы сеансов связи и
транспортировки данных фирмы
Apple.

33. Сетевые протоколы

СЕТЕВЫЕ ПРОТОКОЛЫ
Сетевые протоколы обеспечивают услуги связи. Эти протоколы
управляют несколькими типами данных: адресацией, маршрутизацией,
проверкой ошибок и запросами на повторную передачу. Сетевые
протоколы, кроме того, определяют правила для осуществления связи
в конкретных сетевых средах, например Ethernet или Token Ring.
К наиболее популярным сетевым протоколам относятся:
IP
(Internet Protocol) - TCP/IPпротокол для передачи пакетов;
IPX
(Internetwork Packet Exchange) протокол фирмы NetWare для
передачи и маршрутизации
пакетов;

34. Стандарты протоколов

СТАНДАРТЫ ПРОТОКОЛОВ
Модель OSI помогает определить, какие
протоколы нужно использовать на каждом
уровне. Продукты от разных производителей,
которые соответствуют этой модели могут
вполне корректно взаимодействовать друг с
другом.

35.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ