ПП. 20. Назвіть протоколи передачі даних в комп’ютерних мережах. Охарактеризуйте рівні протоколів міжнародної організації стандартизації. Ієрархія протоколів сім’ї tcp/IP
| Вид материала | Документы |
- План історія виникнення Інтернету Неофіційна версія виникнення Інтернету Друге народження, 173.37kb.
- Тср-ір розділ: Комп'ютерні науки Дослідження протоколів тср-ір, 301.23kb.
- Дослідження проблемних питань організації інформаційних систем діагностування, 73.32kb.
- Розділ: Комп'ютерні науки ipsecurity, 484.6kb.
- ПП. 50,51 Охарактеризуйте призначення та концепції побудови комп’ютерних мереж. Назвіть, 171.97kb.
- Міністерство охорони здоров’я україни уніфікована методика з розробки клінічних настанов,, 2963.02kb.
- Прикладні програми для роботи в комп’ютерних мережах. Www та Internet, 151.42kb.
- Назва модуля: Технології проектування комп’ютерних систем Код модуля, 19.17kb.
- Розробка І реалізація моделі підготовки інженера-педагога спеціальності „професійне, 203.96kb.
- 4. Лінії зв'язку І канали передачі даних Тема Лінії зв'язку І канали передачі даних, 126.5kb.
ПП.20. Назвіть протоколи передачі даних в комп’ютерних мережах. Охарактеризуйте рівні протоколів міжнародної організації стандартизації. Ієрархія протоколів сім’ї TCP/IP.
Управління таким складним, таким, що використовує численну і різноманітну апаратуру процесом, як передача і обробка даних в розгалуженій мережі, вимагає формалізації і стандартизації процедур:
- виділення і звільнення ресурсів комп'ютерів і системи телекомунікації;
- встановлення і роз'єднання з'єднань;
- маршрутизації, узгодження, перетворення і передачі даних;
- контролю правильності передачі;
- виправлення помилок і т.д.
Необхідність стандартизації протоколів важлива і для розуміння мережами один одного при їх взаємодії.
Вказані завдання вирішуються за допомогою системи протоколів і стандартів, що регламентують нормалізовані процедури взаємодії елементів мережі при встановленні зв'язку і передачі даних.
Протокол — це набір правив і методів взаємодії об'єктів обчислювальної мережі, що охоплює основні процедури, алгоритми і формати взаємодії, що забезпечують коректність узгодження, перетворення і передачі даних в мережі. Реалізацією протокольних процедур зазвичай управляють спеціальні програми, рідше — апаратні засоби.
Протоколи для мереж — те ж саме, що мова для людей. Кажучи на різних мовах, люди можуть не розуміти один одного, — так само поводяться і мережі, що використовують різні протоколи. Але і усередині мережі протоколи забезпечують різні варіанти поводження з інформацією, різні види сервісу при роботі з нею. Від ефективності цих сервісів, їх надійності, простоти, зручності і поширеності залежить те, наскільки ефективна і комфортна взагалі робота людини в мережі.
Міжнародною організацією по стандартизації (ISO — International Organization for Standardization) розроблена система стандартних протоколів, що отримала назву моделі взаємодії відкритих систем (Open System Interconnection — OSI), часто звана також еталонною семирівневою логічною моделлю відкритих систем.
Відкрита система — система, доступна для взаємодії з іншими системами відповідно до прийнятих стандартів.
Ця система протоколів базується на технології «розділяй і володарюй», тобто на розділенні всіх процедур взаємодії на окремі дрібні функціональні рівні, для кожного з яких легше створити стандартні алгоритми їх побудови.
Модель OSI є найзагальнішими рекомендаціями для побудови стандартів сумісних мережевих програмних продуктів, вона ж служить базою для виробників при розробці сумісного мережевого устаткування, тобто ці рекомендації повинні бути реалізовані як в апаратурі, так і в програмних засобах обчислювальних мереж. В даний час модель взаємодії відкритих систем є найбільш популярною мережевою архітектурною моделлю. Модель регламентує загальні функції, а не спеціальні рішення, тому реальні мережі мають достатньо простору для маневру. Отже, для впорядкування функцій управління і протоколів обчислювальної мережі вводяться функціональні рівні. У загальному випадку мережа повинна мати 7 функціональних рівнів (табл.1).
Таблиця 11.1. Рівні управління моделі OSI
| Рівень OSI | Призначення | Приклади протоколів |
| 7 – прикладний | Забезпечує прикладним процесам користувача засобу доступу до мережевих ресурсів; є інтерфейсом між програмами користувача і мережею. Має інтерфейс з користувачем | Х.400, NCP, HTTP, SMTP, FTP, FTAM, SAP, DNS, Telnet і т.д. |
| 6 – відображення (зображення) | Встановлює стандартні способи представлення даних, які зручні для всіх взаємодіючих об'єктів прикладного рівня. Має інтерфейс з прикладними програмами | X.226 |
| 5 — сеансовий | Забезпечує засоби, необхідні мережевим об'єктам для організації, синхронізації і адміністративного управління обміном даних між ними | X.225, RPC, NETBEUI і т.д. |
| 4 — транспортний | Забезпечує надійну, економічну і «прозору» передачу даних між взаємодіючими об'єктами сеансового рівня | Х.224, TCP, UDP, NSP, SPX, SPP, RH і т.д. |
| 3 — мережевою | Забезпечує маршрутизацію передачі даних в мережі, встановлює логічний канал між об'єктами для реалізації протоколів транспортного рівня | X.25, X.75, IP, IPX, IDP, TH, DNA-4 і т.д. |
| 2 — канальний | Забезпечує безпосередній зв'язок об'єктів мережевого рівня, функціональні і процедурні засоби її підтримки для ефективної реалізації протоколів мережевого рівня | LAP-B, HDLC, SNAP, SDLC, IEEE 802.2 і т.д. |
| 1 — фізичний | Формує фізичне середовище передачі даних, встановлює з'єднання об'єктів мережі з цим середовищем | Ethernet, ARCNet, Token Ring, IEEE 802.3,5 |
Стисло пояснимо призначення рівнів моделі OSI.
Прикладний рівень (рівень додатків, application) — управління терміналами мережі і прикладними процесами, які є джерелами і споживачами інформації, що передається в мережі. Відає запуском програм користувача, їх виконанням, введенням-висновком даних, управлінням терміналами, адміністративним управлінням мережею. На цьому рівні забезпечується надання користувачам різних послуг, пов'язаних із запуском його програм, починаючи від простій передачі даних і до формування технології віртуальної реальності. На цьому рівні функціонують технології, що є як би надбудовою над інфраструктурою власне передачі даних: електронної пошти, теле- і відеоконференцій, видаленого доступу до ресурсів, роботи в середовищі усесвітньої інформаційної павутини і т.д.
Рівень уявлення (presentation) — інтерпретація і перетворення передаваних в мережі даних до вигляду, зручного для прикладних процесів. Забезпечує представлення даних в узгоджених форматах і синтаксисі, трансляцію і інтерпретацію програм з різних мов, шифрування даних. На практиці багато функцій цього рівня задіяно на прикладному рівні, тому протоколи рівня уявлень не отримали розвитку і в багатьох мережах практично не використовуються.
Сеансовий рівень (session) — організація і проведення сеансів зв'язку між прикладними процесами (ініціалізація і підтримка сеансу між абонентами мережі, управління черговістю і режимами передачі даних: симплекс, напівдуплекс, дуплекс, наприклад). Багато функцій цього рівня в частині встановлення з'єднання і підтримки впорядкованого обміну даними на практиці реалізуються на транспортному рівні, тому протоколи сеансового рівня мають обмежене застосування.
Транспортний рівень (transport) — управління сегментацією даних (сегмент — блок даних транспортного рівня) і крізною передачею (транспортуванням) даних від джерела до споживача (обмін інформацією, що управляє, і встановлення між абонентами логічного каналу, забезпечення якості передачі даних). На цьому рівні оптимізується використання послуг, що надаються на мережевому рівні, в частині забезпечення максимальної пропускної спроможності при мінімальних витратах. Протоколи транспортного рівня розвинені дуже широко і інтенсивно використовуються на практиці. Велика увага на цьому рівні приділена контролю достовірності передаваної інформації.
Мережевий рівень (network) — управління логічним каналом передачі даних в мережі (адресація і маршрутизація даних, комутація каналів, повідомлень, пакетів і мультиплексування). На цьому рівні реалізується головна телекомунікаційна функція мереж — забезпечення зв'язку її користувачів. Кожен користувач мережі обов'язково використовує протоколи цього рівня і має свою унікальну мережеву адресу, використовувану протоколами мережевого рівня. На цьому рівні виконується структуризація даних — розбиття їх на пакети і привласнення пакетам мережевих адрес (пакет — блок даних мережевого рівня).
Канальний рівень (data-link) — формування і управління фізичним каналом передачі даних між об'єктами мережевого рівня (встановлення, підтримка і роз'єднання логічних каналів), забезпечення прозорості (кодонезависимое™) фізичних з'єднань, контролю і виправлення помилок передачі. Протоколи цього рівня вельми численні і істотно відрізняються один від одного своїми функціональними можливостями. На цьому рівні діють, наприклад, протоколи доступу до моноканалу. Управління виконується на рівні кадрів (кадр — блок даних на канальному рівні).
Фізичний рівень (physical) — встановлення, підтримка і розірвання з'єднань з фізичним каналом мережі (забезпечення потрібними фізичними реквізитами підключення до фізичного каналу). Управління виконується на рівні бітів цифрових (імпульси, їх амплітуда, форма) і аналогових (амплітуда, частота, фаза безперервного сигналу).
Блоки інформації, що передаються між рівнями, мають стандартний формат: заголовок (header), службова інформація, дані, кінцевик. Кожен рівень при передачі блоку інформації нижчестоячому рівню забезпечує його своїм заголовком. Заголовок вищестоящого рівня сприймається нижчестоячим як передавані дані. На малюнку 11.6 показана структура передачі даних моделі OSI з доданими заголовками.
Мал. 11.6. Структура передачі даних моделі OSI
Засоби кожного рівня відпрацьовують протокол свого рівня і інтерфейси з сусідніми рівнями. Нижчестоячі рівні забезпечують можливість функціонування вищестоящих; при цьому кожен рівень має інтерфейс тільки з сусідніми рівнями і на кожному рівні управління обмовляється:
- специфікація послуг (що робить рівень?);
- специфікація протоколів (як це робиться?).
Набір протоколів, достатній для організації взаємодії в мережі, називається стеком комунікаційних протоколів.
Вказані рівні управління можна за різними ознаками об'єднувати в групи:
- рівні 1, 2 і, частково, 3 реалізуються в більшій частині за рахунок апаратних засобів; верхні рівні з 4 по 7 і, частково, 3 забезпечуються програмними засобами;
- рівні 1 і 2 обслуговують абонентську підмережу, рівні 3 і 4 — комунікаційну підмережу, рівні 5-7 обслуговують прикладні процеси, що виконуються в мережі;
- рівні 1 і 2 відповідальні за фізичні з'єднання; рівні 3-6 зайняті організацією передачі, передачею і перетворенням інформації в зрозумілу для абонентської апаратури форму; рівень 7 забезпечує виконання прикладних програм користувача.
Стечи протоколовнаиболее поширених мереж — мережі Х.25, глобальній мережі Інтернет і локальній обчислювальній мережі Novell NetWare — показані на мал. 11.7.
Протоколи спілкування комп'ютерів в мережі
Мережа Інтернет об'єднує десятки мільйонів комп'ютерів самих різних типів:
від персональних комп'ютерів різних моделей і фасонів до величезних великих і надвеликих комп'ютерів — мейнфреймів. Порозумітися спілкування таких «різношерстих» машин один з одним — вельми складне завдання. Вона вирішується завдяки використанню створеної для цієї мережі системи протоколів спілкування комп'ютерів.
Мал. 13.1. Структура фрагмента мережі Інтернет
Основу цієї системи складають два головні протоколи:
- Internet Protocol (IP) — міжмережевий протокол, виконує функції мережевого рівня моделі OSI;
- Transmission Control Protocol (TCP) — протокол управління передачею, виконує функції транспортного рівня моделі OSI.
Протокол IP організовує розбиття повідомлень на електронні пакети (IP-дейтаграммы1), маршрутизирует пакети, що відправляються, і обробляє отримувані.
TCP є типовим протоколом транспортного рівня: він управляє потоком даних, обробляє помилки і гарантує, що інформаційні пакети отримані все і зібрані в потрібному порядке2.
Послідовність процедур використання цих протоколів наступна. Інформація для передачі упаковується засобами прикладної програми в блоки певного формату. Протокол IP розділяє ці блоки на пакети, кожний з яких отримує номер, щоб можна було перевірити потім повноту отриманої інформації, і заголовок.
Механізм роботи міжмережевих протоколів TCP/IP подібний до дій поштової служби:
- письмові повідомлення, що пересилаються по звичайній пошті, упаковуються в конверти (листи), на яких повинні стояти адреси відправника і одержувача.
Так само діють і комп'ютери: розділяють і упаковують інформаційні блоки в електронні пакети (сегменти) і передають їх оптимальним шляхом від одного комп'ютера до іншого. У цих електронних інформаційних пакетів, як і у поштових, є стандартна оболонка: текст інформаційного повідомлення запакується в кодовий конверт, що формується із спеціальних символів почала і кінця і заголовка повідомлення, в якому указуються адреси відправника і одержувача (так звані IP-адреси). Такий кодовий конверт забезпечує цілісність повідомлення і служить його провідником в мережі;
У після того, як лист відправлений, воно знаходиться у розпорядженні поштової служби. Кожне поштове відділення читає адреса одержувача, визначає, через які інші поштові відділення слід відправити лист одержувачеві оптимальним чином, і посилає лист до наступного вибраного відділення зв'язку. Приблизно такий же алгоритм пересилки електронних пакетів реалізований і в мережі Інтернет. Роль поштових відділень виконують комп'ютери-маршрутизатори, об'єднуючі окремі ділянки мережі між собою. Електронні пакети мають стандартний розмір: одне довге повідомлення може розміщуватися в декількох пакетах, і навпаки, в один пакет можуть бути поміщені декілька коротких повідомлень, якщо у них однакова адреса одержувача.
Кожен пакет доставляється адресатові незалежно від всіх інших по оптимальному на даний момент маршруту. Інакше кажучи, взаємозв'язані пакети і пакети від одного комп'ютера до іншого можуть передаватися різними шляхами. При цьому по одному каналу можуть передаватися пакети, що прямують в абсолютно різні частини мережі. Це дозволяє найефективніше використовувати ресурси системи телекомунікацій і обходити пошкоджені її ділянки.
На приймальному кінці у одержувача: перевіряється якість кожного пакету (чи не відбулося спотворення інформації при передачі), що поступив, всі пакети одного довгого повідомлення збираються разом, перевіряється наявність всіх пакетів цього повідомлення і, у разі повноти і достовірності пакетів, вони об'єднуються в єдине повідомлення. Якщо пакет інформації загубився або спотворився, запрошується його копія. Оскільки повідомлення відновлюється тільки після отримання всіх неспотворених пакетів, послідовність їх отримання значення не має.
Протоколи IP і TCP настільки тісно зв'язані, що їх часто приводять під однією назвою — протоколи TCP/IP.
У каліфорнійському технологічному інституті (США) розроблений новий протокол — FASTTCP, що забезпечує передачу пакетів даних розміром 1500 байтів по мережі Інтернет з швидкістю що у декілька разів перевищує швидкість, яка переважно реалізується протоколом TCP.
На основі протоколів IP і TCP розроблено багато мережевих прикладних сервісних протоколів, серед яких слід зазначити:
- File Transfer Protocol (FTP) — протокол передачі файлів;
- Telnet — протокол видаленого доступу, тобто дистанційного виконання команд на видаленому комп'ютері;
- Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) — простій протокол пересилки електронної пошти;
- HyperText Transfer Protocol (HTTP) — протокол передачі гіпертексту (використовується при передачі повідомлень в World Wide Web;
- Network News Transfer Protocol (NNTP) — протокол передачі новин (телеконференцій).
Ці протоколи формують в мережі відповідні їм прикладні процеси, а завдання протоколу TCP — забезпечити передачу даних між цими процесами. Одночасно в мережі може виконуватися декілька процесів, і щоб протокол TCP міг їх пізнати, вони ідентифікуються номерами, що носять
назва номерів порту. За деякими процесами номера порту жорстко закріплені, наприклад порт 21 — процес передачі файлів FTP, порт 23 — процес видаленого доступу по протоколу Telnet і т: д.
Номер порту і IP-адреса (іноді такий набір називають сонетом) однозначно визначають процес, що виконується в мережі.
Спілкування користувачів з системою здійснюється або на базі операційної системи UNIX, часто використовуючи текстовою інтерфейс, або, що дуже поширені зараз, в середовищі MS Windows, для якого існують прикладні програми роботи зі всіма технологіями і сервісами Інтернету, що мають простій і зручний графічний інтерфейс. У середовищі UNIX для внутрішньомережевого кодування інформації використовуються коди KOI-8, а в середовищі Windows — коди в стандарті ANSI.