Сетевые протоколы и уровни.

Протокол - стандарт, определяющий поведение функциональных блоков при передаче данных.

Протокол является набором правил взаимодействия функциональных блоков, расположенных на одном уровне. Обычно протокол описывает:

· синтаксис сообщения, являющийся способом идентификации данных при их передаче. Например, порядок, в котором отображаются адрес назначения и элементы данных;

· имена элементов данных, что позволяет обеспечивать интерпретацию передаваемой информации;

· операции управления и состояния. Они сводятся к динамичному согласованию фаз функционирования, связанного с передачей данных. Для случаев появления отказов в сети предусматривается порядок выхода из этих состояний.

Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем определяет семь уровней области Взаимодействия Открытых Систем (ВОС). Соответственно этому вводится в рассмотрение семь групп протоколов. Они именуются так же, как и уровни. Протоколы, располагаясь друг над другом, образуют штабель. В зависимости от задачи, поставленной перед системой, ее штабель может содержать все уровни области взаимодействия либо только часть из них. Так абонентская система определяется штабелем из семи уровней, а ретрансляционная система для целей коммутации чаще всего имеет штабель из двух-трех уровней.

На каждом уровне в сети может работать один либо несколько различных независимых друг от друга протоколов. Каждый протокол N-уровня обеспечивает взаимодействие объектов того же уровня, расположенных в различных системах сети. Любой протокол не знает о существовании других протоколов. Но он получает сервис от протоколов, расположенных на соседнем снизу уровне. Абстрактное описание взаимодействия через точку доступа к сервису называется примитивом. В базовой эталонной модели определены четыре типа примитивов: запрос, признак, ответ и подтверждение.

В информационной сети выделяют два типа протоколов, определяемых точками их приложения (рис.181)

Протоколы P-типа обеспечивают непосредственное взаимодействие объектов абонентских систем либо административных систем на соответствующем уровне. Что же касается протоколов К-типа, то они описывают взаимодействие пар смежных систем. Эти протоколы описывают характеристики коммуникационной сети.

В зависимости от наборов уровней, на которых располагаются протоколы, выделяются четыре класса сети: (рис.182)

Три последние класса сетей образуют сети с маршрутизацией данных. В соответствии со сказанным, например, в сети коммутации пакетов к К-типу относятся (рис.183) протоколы уровней 1-3, а к P-типу - протоколы уровней 4-7. Здесь в роли ретрансляционной системы выступает трехуровневый узел коммутации пакетов.

Протокол реализуется устройствами, или программами. В обоих случаях говорят о протокольных реализациях. Естественно, что различные производители и программисты создают разные протокольные реализации одного и того же протокола. Поэтому возникает проблема корректной конформности - отображения языка стандарта в язык программирования. Корректность работы реализации определяется ее тестированием на предмет соответствия протоколу. Тестирование должно проводиться независимой организацией, не участвовавшей в создании устройства либо программы.

Для обеспечения гарантии того, что данный протокол выполняет указанные требования, он подвергается верификации и сертификации.

Сетевые службы.

Сетевая служба - вид сервиса, предоставляемого сетью.

Сервис - процесс обслуживания объектов. Сервис предоставляется пользователям, программам, системам, уровням, функциональным блокам и другим объектам сети. Наиболее распространенными видами сервиса являются:

· хранение данных и поиск информации;

· передача сообщений и блоков данных;

· электронная почта и речевая почта;

· организация и управление диалогом партнеров;

· предоставление соединений;

· проведение сеансов взаимодействия прикладных процессов.

Сервис осуществляют сетевые службы. В последние годы особенно быстро развивается видеосервис: видеодиалог, видеоконференции, видеобиблиотеки, видеопочта, телевидение. В телефонии предоставляется так называемый дополнительный сервис.

В базовой эталонной модели взаимодействия открытых систем объекты N-уровня предоставляют сервис объектам N+1 уровня. Он осуществляется благодаря передаче между уровнями специальных блоков данных, именуемых сервисными примитивами. Благодаря этому, прикладные процессы в своем взаимодействии используют суммарный сервис, предоставляемый всеми семью уровнями области взаимодействия.

Сетевая служба может располагаться на сеансовом уровне, представительном уровне, прикладном уровне и предоставлять сервис пользователям и прикладным процессам. Современная сетевая служба, как правило, располагается на прикладном уровне. Вместе с этим, нередко она охватывает также представительный уровень. Во всех случаях сетевая служба не зависит от типа используемой коммуникационной сети.

Любая сетевая служба, используя сервис, предоставляемый областью взаимодействия, обеспечивает связь прикладных процессов, расположенных в различных абонентских системах сети. В свою очередь, служба выполняет сервис, который необходим для прикладных процессов. Например управление файлами, сообщениями. Поэтому сетевые службы являются платформами, на которых располагаются прикладные процессы. Это позволяет создавать Базы Данных, Базы Знаний, другие разнообразные службы, например, службы коммерческой информации.

В сети работает значительное число различных служб. Все большее их число определяется стандартами Международной Организации Стандартов (МОС), появились также сетевые службы, определяемые фирменными стандартами.

Особыми видами служб являются электронная библиотека, телетекст, видеотекст, факсимильная связь.

 

Сетевая служба DS*

Сетевая служба DS* - сетевая служба справочной информации.

Сетевая служба DS* является вспомогательной, ибо предназначена для создания сетевой службы каталогов, выдачи справок и отображения адресов сетевых объектов (служб, Баз Данных (БД), прикладных процессов,...) в физические.

Она имеет базу данных, которая расположена в одной либо нескольких абонентских системах. В последнем случае информационная база состоит из группы агентов сервиса, расположенных в различных системах и взаимодействующих друг с другом в соответствии со специальным протоколом.

 

Сетевая служба EDI

Сетевая служба EDI - сетевая служба обмена электронными данными.

Технология EDI, именуемая также Сервисом электронных писем ELS, представляет собой стандартный и не зависимый от платформ способ обмена деловыми документами (письмами, предложениями на поставку, заказами, счетами, накладными и т.д.) между предприятиями, фирмами, учреждениями. Она является важным направлением в электронном маркетинге, ибо обеспечивает возможность заключения сделок с помощью компьютеров и отслеживания поставок товаров.

Средой, в которой используется EDI, часто является сетевая служба MHS/MOTIS. Между тем, EDI не зависит от MHS /MOTIS и может использовать любую другую среду передачи сообщений. EDI работает не только с текстами, но и с неподвижными изображениями, видеофильмами и фрагментами звука.

Предприятия, фирмы, корпорации часто используют свои стандарты на электронный обмен данными. В этих случаях Программное Обеспечение (ПО) EDI осуществляет преобразование фирменных форматов и синтаксис в стандартные и, наоборот.

Из технологии обработки заказов EDI превратилась в комплексный универсальный элемент управления бизнесом. На основе EDI создаются даже автоматизированные электронные биржи.

 

Сетевая служба FTAM

Сетевая служба FTAM - сетевая служба, обеспечивающая управление файлами и доступ к ним.

Располагается FTAM на верхнем подуровне прикладного уровня. FTAM обеспечивает взаимодействие в информационной сети разнотипных абонентских систем, которые имеют различные виды файлов, их форматы и состав операций с ними. Протокол FTAM основан на модели виртуальной Базы Данных (БД), определяемой стандартными процедурами и характеристиками.

Пользователю виртуального файлохранилища FTAM предоставляет четыре вида сервиса:

· создание ассоциации взаимодействующих прикладных процессов;

· поиск и выбор файла;

· доступ к содержимому файла;

· пересылка файла из одной системы в другую.

 

Сетевая служба JTM

Сетевая служба JTM - сетевая служба передачи заданий и управления их выполнением.

JTM оперирует с так называемыми виртуальными заданиями. Виртуальные задания, т.е. задания, удовлетворяющие принятыми в JTM требованиям, выполняются во всех работающих со службой абонентских системах. В этом смысле служба выступает в роли компонента Сетевой Операционной Системы (СОС), выполняющего задания пользователей.

Служба следит за выполняемой работой и ликвидирует возникающие отказы (прекращение взаимодействия, перегрузки, тупиковые ситуации). Эти действия осуществляются специальной подслужбой, называемой "Целостность, одновременность, восстановление" CCR.

Выполняемое задание делится на части. Задание может ветвиться и распространяться по информационной сети. Благодаря этому, JTM обеспечивает выполнение в сети любых прикладных процессов. Задания, в случае необходимости, могут передаваться из одной абонентской системы в другую. Данные, полученные в результате выполнения задания, направляются в указанную пользователем абонентскую систему.

 

Сетевая служба MHS/MOTIS

Сетевая служба MHS/MOTIS - сетевая служба, обеспечивающая работу электронной почты.

Задачей Системы управления сообщениями MHS является хранение, копирование, передача и выдача адресатам самых разнообразных сообщений. При этом пользователь имеет возможность не только формировать и отправлять по необходимому ему адресу сообщение, но также выбирать вариант его доставки, устанавливать уровень защиты данных. О доставке сообщения пользователь получает подтверждение.

MHS/MOTIS выполняет для пользователей различные виды сервиса:

· редактирование сообщений;

· передача сообщений одному либо группе адресатов;

· вручение адресату сообщения в заранее указанное отправителем время;

· регистрация времени представления отправителем и получения адресатом сообщения;

· оповещение отправителя о доставке либо невозможности доставки сообщения;

· создание копий сообщения;

· обеспечение секретности содержимого сообщения;

· информация об изменении адресов, о появлении новых абонентов;

· ведение справочника пользователей (абонентов), их почтовых ящиков.

 

Сетевая служба NMS

Сетевая служба NMS - сетевая служба, выполняющая процессы управления сетью.

NMS располагается на прикладном уровне. Обеспечивая управление информационной сетью, эта служба определяет:

· функции управления;

· виды сервиса, предоставляемые для управления;

· структуру управляющей информации (термины и категории);

· протоколы, определяющие транспортировку управляющей информации.

Основная работа, связанная с управлением сетью, осуществляется Объектами административного управления, расположенными на всех уровнях области Взаимодействия Открытых Систем.

Каждый уровень осуществляет собственное управление. Для этого объект административного управления получает всю необходимую ему информацию о работе своего уровня. Она содержит сведения о функционировании протоколов уровня, передаче сообщений, появляющихся ошибках, изменениях состояний, потоках данных.

NMS обеспечивает работу Управляющих прикладных процессов, которые выполняют пять функций: определение неисправностей и ликвидация ошибок, поддержание высокой производительности, обеспечение безопасности данных, управление конфигурацией сети, учет работы сети и составление отчетов.

NMS обеспечивает управление не только сетью, но и входящими в нее системами. Для этого выполняются функции:

· формирование и модификация логической структуры систем;

· контроль за работой систем;

· сбор, обработка и регистрация сообщений о происходящих ошибках;

· анализ и локализация неисправностей;

· подключение при неисправностях альтернативных компонентов сети: каналов, процессоров,...;

· регистрация сведений, характеризующих работу систем;

· передача сведений персоналу сети.

Сетевая служба NMS может быть предназначена не только для управления одной сетью, но и обеспечения интегрального сетевого управления смешанными сетями. Служба располагается в административной системе, предназначенной для управления сетью. Агенты управления находятся во всех абонентских системах.

 

Сетевая служба ODA

Сетевая служба ODA - сетевая служба, обеспечивающая обработку и передачу документов.

ODA располагается на прикладном уровне и определяет обмен документами (письмами, служебными записками, отчетами), которые могут содержать тексты, таблицы, изображения, речь. Документы могут редактироваться и их формат изменяться.

Архитектура документа определяет:

· взаимоотношение различных видов данных;

· информационную структуру документа (редактирование, форматирование, размещение в файле, ключевые слова, расположение столбцом,...);

· взаимосвязь документов: их группировка в зависимости от темы, адреса отправления либо назначения и т.д.

Содержание документа может быть представлено в следующих формах:

· символьный текст;

· растровые изображения;

· диаграммы (геометрическая графика);

· вычисляемые таблицы;

· звук (речевые аннотации).

Сетевая служба ODA достаточно сложна. Поэтому в ней определяются подмножества, именуемые прикладными профилями документов. Важное значение для ODA имеют цветное изображение документов и их аудио-содержание (речевые аннотации). Новые возможности предоставляет динамическая графика, которая обеспечивает создание и обработку видеофильмов.

В прикладной платформе сетевая служба ODA расположена на верхнем подуровне прикладного уровня.

 

Сетевая служба VT

Сетевая служба VT - сетевая служба, обеспечивающая стандартные формы работы терминалов в информационной сети.

Сетевая служба VT заменяет собой большое множество программ эмуляции многочисленных терминалов, выпускаемых различными производителями.

В службе используется понятие виртуального терминала. В соответствии с этим, реальные терминалы, используемые в информационной сети, должны быть отображены в виртуальный терминал. Вследствие того, что реальные терминалы имеют различные характеристики - экран, клавиатуру, набор и последовательность команд, в абонентской системе должен быть функциональный блок, преобразующий эти характеристики в те, которые приняты в сетевой службе VT.

Эталонная модель OSI.

Эталонная модель OSI показана на рисунке. Эта модель основана на разработке Международной организации по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO) и является первым шагом к международной стандартизации протоколов, используемых на различных уровнях. Называется эта структура эталонной моделью взаимодействия открытых систем ISO OSI (Open System Interconnection). Для краткости «Модель OSI».

Модель имеет семь уровней, такая структура была обусловлена следующими соображениями:

1) Уровень должен создаваться по мере необходимости отдельного уровня абстракции.

2) Каждый уровень должен выполнять строго определенную функцию.

3) Выбор функций для каждого уровня должен осуществляться с учетом создания стандартизированных международных протоколов.

4) Границы между уровнями должны выбираться так, чтобы поток данных между интерфейсами был минимальным.

5) Количество уровней должно быть достаточно большим, чтобы различные функции не объединялись в одном уровне без необходимости, но не слишком высоким, чтобы архитектура не становилась громоздкой.

Физический уровень занимается реальной передачей необработанных битов по каналу связи. При разработке сети необходимо убедиться, что когда одна сторона передает единицу. То принимающая сторона также получит единицу. Принципиальными вопросами здесь являются следующие: какое напряжение должно использоваться для отображения единицы, а какое – для нуля; сколько микросекунд длится бит; может ли передача производиться одновременно в двух направлениях; как устанавливается начальная связь и как она прекращается; из какого количества проводов должен состоять кабель и какова функция каждого провода.

Основная задача уровня передачи данных – быть способным передавать «сырые» данные физического уровня по надежности линии связи, свободной от необнаруженных ошибок с точки зрения вышестоящего сетевого уровня. Уровень выполняет эту задачу при помощи разбиения входных данных на кадры, обычный размер которых колеблется от нескольких сотен до нескольких тысяч байт. Кадры данных передаются последовательно с обработкой кадров подтверждения, отсылаемых обратно получателем. Здесь есть одна проблема – как не допустить ситуации, когда быстрый передатчик заваливает приемник данными. Создается механизм, который информирует передатчик о свободном месте в буфере приемника на текущий момент.

Сетевой уровень занимается управлением операциями подсети. Важнейшим моментом здесь является определение маршрутов пересылки пакетов от источника к пункту назначения. Маршруты могут быть жестко заданы в виде таблиц и редко меняться, либо быть в высокой степени динамическими, то есть вычисляемыми заново для каждого пакета с учетом текущей загруженности сети. Если в сети одновременно присутствует слишком большое количество пакетов, то они могут закрыть дорогу друг другу, образуя заторы в узких местах. Недопущение подобной закупорки также является задачей сетевого уровня.

Основная функция транспортного уровня – принять данные от сеансового уровня, разбить их при необходимости на небольшие части, передавать их сетевому уровню и гарантировать, что эти части в правильном виде прибудут по назначению. Транспортный уровень должен определять тип сервиса, предоставляемого сеансовому уровню и, в конечном счете, пользователям сети. Наиболее популярной разновидностью транспортного соединения является защищенный от ошибок канал между двумя узлами, представляющий сообщения или байты в том порядке, в каком они были отправлены. Однако есть еще и другие сервисы на данном уровне, например, пересылка отдельных сообщений без гарантии соблюдения порядка их доставки или одновременную отправку сообщения разным адресатам по принципу широковещания. Тип сервиса всегда определяется при установке соединения.

Сеансовый уровень позволяет пользователям различных компьютеров устанавливать сеансы связи друг с другом. При этом предоставляются различные типы сервисов, среди которых управление диалогом (отслеживание очередности передачи данных), управление маркерами (предотвращение одновременного выполнения критической операции несколькими системами) и синхронизация (установка служебных меток внутри длинных сообщений, позволяющих после установления ошибки продолжить передачу с того места, на котором она обрабатывалась).

В отличии от более низких уровней, задача которых – достоверная передача битов и байтов, уровень представления занимается синтаксисом и семантикой передаваемой информации. Чтобы было возможно общение компьютеров, с различными представлениями данных, необходимо преобразовывать форматы данных друг в друга, передавая их по сети в некотором стандартизированном виде. Уровень представления занимается этими преобразованиями (например, записи базы данных формируются в виде набора пакетов.

Прикладной уровень содержит набор популярных протоколов, необходимых пользователям. Самый распространенный HTTP (Hyper Text Transfer Protocol). Когда браузер запрашивает веб-страницу, он передает ее адрес и рассчитывает на то, что сервер будет использовать HTTP. Сервер в ответ отсылает страницу.

10) Эталонная модель TCP/IP.

Интернет-уровень.

Все эти требования обусловили выбор модели сети с коммутацией пакетов, в основе которой лежал не имеющий соединений межсетевой уровень. Этот уровень, называемый интернет-уровнем или межсетевым уровнем, является основой всей архитектуры. Его задача заключается в обеспечении возможности для каждого хоста посылать в любую сеть пакеты, которые будут независимо двигаться к пункту назначения. Они могут пребывать не в том порядке, в котором были отправлены. Если требуется соблюдение порядка отправления, эту задачу выполняют верхние уровни.

Межсетевой уровень определяет официальный формат пакета и протокол, называемый IP (Internet Protocol). Задачей межсетевого протокола является доставка IP-пакетов к пунктам назначения. Основными аспектами здесь являются выбор маршрута пакета и недопущения закупорки транспортных артерий. Здесь есть сходство с сетевым уровнем модели OSI.

Транспортный уровень создан для того, чтобы одноранговые сущности на приемных и принимающих хостах могли поддерживать связь. На этом уровне описаны два сквозных протокола. Первый TCP (Transmission Control protocol – протокол управления передачей), является надежным протоколом с установлением соединения, позволяющий без ошибок доставлять байтовый поток. Он разбивает входной поток байтов на отдельные сообщения и передает их межсетевому уровню. В пункте назначения получающий TCP-процесс собирает из полученных сообщений выходной поток. Кроме того, TCP осуществляет управление потоком, чтобы быстрый отправитель не завалил информацией медленного получателя.

Второй протокол этого уровня, UDP (User Data Protocol – пользовательский протокол данных), является ненадежным протоколом без установления соединения. Он используется в одноранговых клиент-серверных запросах и приложениях, в которых оперативность важнее аккуратности (речь, видео).

Прикладной уровень. В модели TCP/IP нет сеансового и уровня представления.

Этот уровень содержит протоколы высокого уровня. К старым протоколам относятся протокол виртуального терминала (TELNET), протокол переноса файлов (FTP) и протокол электронной почты (SMTP). Протокол виртуального терминала позволяет пользователю регистрироваться на удаленном сервере и работать на нем. Протокол переноса файлов предоставляет эффективный способ перемещения информации с машины на машину. С годами было добавлено много других протоколов. Таких как DNS (Domain Name Service – служба имен и доменов), позволяющая преобразовывать имена хостов в сетевые адреса, NNTP (Network news Transfer Protocol – сетевой протокол передачи новостей), HTTP, протокол, используемый для создания страниц на WWW.