2_04_Понятия_интерфейса_протокола_процесса

Курс Лекций: «Аппаратное и
программное обеспечение ЭВМ и сетей»
Раздел 2. Архитектура и стандартизация сетей
передачи данных. Модель открытых систем OSI
Тема 4.
Понятие интерфейса, протокола, процесса, порта.
Обмен данными между уровнями. Понятия пакета,
сообщения, их структура. Заголовки и концевики пакетов
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Понятия пакета, сообщения, их структура
Компьютерные сети часто называют пакетными сетями или сетями с
пакетной коммутацией
Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адрес узла
назначения.
В конце пакета размещается дополнительное поле, которое называется
концевиком .
Пакеты поступают в сеть без
предварительного
резервирования линий связи и
не с фиксированной наперед
заданной скоростью, как это
делается в сетях с коммутацией
каналов, а в том темпе, в
котором их генерирует источник.
Предполагается, что сеть с
коммутацией пакетов в отличие
от сети с коммутацией каналов
2
всегда готова принять пакет от
конечного узла.
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Понятия пакета, сообщения, их структура
Структура пакетов (типы данных в пакетах).
Пакеты могут содержать несколько типов данных:
1. Пользовательскую информацию (например, сообщения или файлы);
2. Определенные виды данных и команд, управляющих компьютером
(например, запросы к службам);
3. Коды управления сеансом (например, запрос на повторную передачу
для исправления ошибок).
Компоненты пакетов всех типов:
1.адрес источника (source), идентифицирующий компьютер-отправитель;
2.адрес место назначения (destination), идентифицирующий компьютерполучатель;
3.передаваемые данные;
4.инструкции сетевым компонентам о дальнейшем маршруте данных;
5.информация компьютеру-получателю о том, как объединить
передаваемый пакет с остальными, чтобы получить данные в исходном
виде;
6.информация для проверки ошибок, обеспечивающая корректность
передач
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Компоненты пакета группируются в три раздела:
• Заголовок:
•
•
•
•
адрес источника;
адрес места назначения;
информацию, синхронизирующую передачу (идентификатор пакета и
порядковый номер пакета);
сигнал, говорящий о том, что передается пакетом;
• Данные:
•
Эта часть пакета - собственно передаваемые данные. В зависимости от типа
сети её размер может меняться. Но для большинства сетей он составляет от
512 байтов (0,5 Кб) до 4 Кб.
• Трейлер:
•
•
Содержимое трейлера зависит от метода связи, или протокола.
Чаще всего трейлер содержит информацию для проверки ошибок,
называемую циклическим избыточным кодом (Cyclical Redundancy Check,
CRC) или контрольной суммы пакета (FCS – вычисляется по алгоритму
CRC-32).
• CRC - это число, получаемое в результате математических преобразований над
пакетом и исходной информацией.
• Когда пакет достигает место назначения, заново вычисляется CRC. Если
результат совпадает с CRC, с высокой вероятностью можно считать, что пакет
принят без ошибок.
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Иерархия протоколов
Уровни протоколы, интерфейсы
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Понятия протокола, интерфейса
Протокол – это совокупность правил, устанавливающих формат и
процедуры обмена информацией между двумя или несколькими
устройствами (уровнями, модулями)
Интерфейс – формально определенная логическая и (или) физическая
граница между взаимодействующими независимыми объектами.
Интерфейс задает параметры, процедуры и характеристики
взаимодействия объектов.
• Физический интерфейс (называемый также портом) — определяется
набором электрических связей и характеристиками сигналов.
Обычно он представляет собой разъем с набором контактов, каждый
из которых имеет определенное назначение, например, это может
быть группа контактов для передачи данных, контакт синхронизации
данных, и т.п.
• Логический интерфейс — это набор информационных сообщений
определенного формата, которыми обмениваются два узла (
устройства сети, два соседних уровня) или две программы.
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Понятия протокола, интерфейса
Связь между службой и протоколом
Между каждой парой смежных уровней находится интерфейс,
определяющий набор примитивных операций, предоставляемых
7
нижним уровнем верхнему.
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Архитектура сети
Архитектура сети – это концепция, определяющая взаимосвязь,
структуру и функции взаимодействия рабочих станций в сети. Она
предусматривает логическую, функциональную и физическую
организацию технических и программных средств сети.
Архитектура
определяет
принципы
построения
и
функционирования аппаратного и программного обеспечения
элементов сети.
Выделяют три вида архитектур:
• архитектура терминал – главный компьютер,
• архитектура клиент – сервер
• одноранговая архитектура.
Список протоколов, используемых системой (на каждый уровень
по одному протоколу), называется стеком протоколов.
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Стек протоколов
9
Поток информации на уровне 5 (см. файл *.doc).
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Обмен данными в сети. Службы сети.
Служба
Надежный поток
сообщений
Ориентированная на Надежный поток
соединение
байтов
Ненадежное
соединение
Ненадежная
дейтаграмма
Без
Дейтаграмма с
Установления
подтверждением
соединения
Запрос - Ответ
Пример
Последовательность
страниц
Удаленная
регистрация
Цифровая голосовая
связь
Рассылка рекламы
электронной почтой
Заказная
корреспонденция
(письма)
Запрос к базе данных
10
Основные службы сети
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Методы продвижения пакетов
11
Классификация методов коммутации
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Дейтаграммная передача
1) Дейтаграммная передача.
Дейтаграмма (datagram), также датаграмма — блок информации,
посланный как пакет сетевого уровня через передающую среду без
предварительного
установления
соединения
и
создания
виртуального канала.
• Соединение не устанавливается, и все передаваемые пакеты
продвигаются (передаются от одного узла сети другому)
независимо друг от друга на основании одних и тех же правил.
• Процедура обработки пакета определяется только значениями
параметров, которые он несет в себе, и текущим состоянием
сети.
• Информация об уже переданных пакетах сетью не хранится, и в
ходе обработки очередного пакета во внимание не принимается.
• Каждый отдельный пакет рассматривается сетью как
совершенно независимая единица передачи — дейтаграмма.
12
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Дейтаграммная передача
13
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Дейтаграммная передача
Иллюстрация дейтаграммного принципа передачи пакета.
(пакет к узлу N2 идет двумя разными путями)
14
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Передача с установлением логического соединения
2) Передача с установлением логического соединения
распадается на так называемые сеансы, или логические
соединения. Процедура обработки определяется не для отдельного
пакета, а для всего множества пакетов, передаваемых в рамках
каждого соединения.
Для реализации дифференцированного обслуживания пакетов,
принадлежащих разным соединениям, сеть должна:
1) Присвоить каждому соединению идентификатор
2) Запомнить параметры соединения, то есть значения,
определяющие процедуру обработки пакетов в рамках данного
соединения.
Эта информация называется информацией о состоянии
соединения.
Фиксированный маршрут не является обязательным параметром
соединения. Пакеты, принадлежащие одному и тому же соединению,
15
даже имеющие одни и те же адреса отправления и назначения, могут
перемещаться по разным независимым друг от друга маршрутам.
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Передача с установлением логического соединения
Передача без установления соединения (а) и с установлением
соединения (б)
16
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Передача с установлением логического соединения
Клиент
Сервер
(1) Запрос на
соединение
(2) Подтверждение
(3) Запрос Данных
(4) Ответ
(5) Разрыв соединения
(6) Разрыв соединения
Взаимодействие клиента и сервера по сети с установлением
соединения.
17
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Передача с с установлением виртуального канала
3)Виртуальные каналы (virtual circuit, или virtual channel-) — это
устойчивые пути следования трафика. (Х.25, Frame Relay и ATM).
Виртуальные каналы учитывают потоки, а не кадры данных.
Каждый пакет данного потока помечается меткой. Прокладывается
сам виртуальный канал, а именно: с узла–источника посылается
запрос (пакет установления соединения), в котором указывается
адрес назначения и метка потока (виртуального канала). Запрос,
проходя по сети, формирует новую запись в каждом из
коммутаторов, расположенных на пути от отправителя до
получателя.
После прокладки виртуального канала сеть может передавать по
нему соответствующий поток данных. Во всех пакетах, которые
переносят пользовательские данные, адрес назначения уже не
указывается, его роль играет метка виртуального канала.
18
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Передача с с установлением виртуального канала
3)Виртуальные каналы (virtual circuit, или virtual channel-) —
Таблица коммутации в сетях, использующих виртуальные каналы,
содержит записи только о проходящих через коммутатор
виртуальных каналах, а не обо всех возможных адресах
назначения, как это имеет место в сетях с дейтаграммным
алгоритмом продвижения. Обычно в крупной сети количество
проложенных через узел виртуальных каналов существенно
меньше общего количества узлов, поэтому и таблицы коммутации
в этом случае намного короче, а, следовательно, анализ такой
таблицы занимает у коммутатора меньше времени. По этой же
причине метка короче адреса конечного узла, и заголовок пакета
в сетях с виртуальными каналами переносит по сети вместо
длинного адреса компактный идентификатор потока.
19
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Передача с установлением виртуального канала
20
Иллюстрация принципа работы виртуального канала
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Передача с установлением логического соединения
Классификация методов коммутации Рис
21
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Модель ISO
В начале 80-х годов ряд
международных организаций по
стандартизации, в частности
International Organization for
Standardization (ISO), часто
называемая также International
Standards Organization, а также
International Telecommunications
Union (ITU) и некоторые другие,
— разработали стандартную
модель взаимодействия открытых
систем (Open System
Interconnection, OSI). Эта модель
сыграла значительную роль в
развитии компьютерных сетей.
22
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Модель ISO
Пакет
7го уровня
Пакет
6го уровня
Пакет
5го уровня
Пакет
4го уровня
Пакет
3го уровня
Заг 7 Данные Кон 7
7 го уровня
Заг 6 Заг 7
Кон 7 Кон 6
Данные 6 го уровня
Заг 5 Заг 6 Заг 7
Кон 7 Кон 6 Кон 5
Данные 5 го уровня
Заг 4 Заг 5 Заг 6 Заг 7
Кон 7 Кон 6 Кон 5 Кон 4
Данные 4 го уровня
Заг 3 Заг 4 Заг 5 Заг 6 Заг 7
Пакет
2го уровня
Заг 2 Заг 3 Заг 4 Заг 5 Заг 6
Пакет
1го уровня
Заг 1 Заг 2 Заг 3 Заг 4 Заг 5 Заг 6
Кон 7 Кон 6 Кон 5 Кон 4 Кон 3
Данные 3 го уровня
Заг 7
Кон 7 Кон 6 Кон 5 Кон 4 Кон 3 Кон 2
Данные 2 го уровня
Заг 7
Кон 7 Кон 6 Кон 5 Кон 4 Кон 3 Кон 2 Кон 1
Данные 1 го уровня
23
Формирование пакета каждого уровня семиуровневой модели
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Протокольная единица данных ISO
В стандартах ISO для обозначения единиц обмена данными, с которыми имеют
дело протоколы разных уровней, используют общее название протокольная
единица данных. (Protokol Data Unit, PDU). Для обозначения единиц обмена
данными конкретных уровней часто используют специальные названия, в
частности: сообщения, кадр, пакет, дейтаграмма, сегмент.
1 - Заголовок
процесса
2 – Данные
3 – Концевик
процесса
4 – Заголовок
передачи
5 - Концевик
пакета
6 - Заголовок
пакета
7 - Концевик кадра
24
8 - Заголовок
кадра
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Протокольная единица данных ISO
Соответствие функций коммутационного оборудования
модели OSI
25
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Протокольная единица данных ISO
Application
Application
Presentation
Presentation
Session
Session
Transport
Transport
Data Link
Physical
Network
Network
Network
Physical
Concentrator
Data Link
Data Link
Data Link
Physical
Physical
Physical
Switch
Router
Switch
Data Link
Physical
Concentrator
Соответствие функций различных устройств сети
уровням модели OSI
26
Physical
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Тема 4. Протокольная единица данных ISO
27
Соответствие популярных стеков протоколов модели OSI