Для определения начала и конца пакетов используются управляющие служебные поля пакета с информацией о длине данных, фиксированная длина кадра или битстаффинг (включение 0 после каждой последовательности из 6 единиц, в том числе после заголовка и конца кадра).
Физический уровень определяет физические характеристики используемой среды передачи данных (коаксиальный кабель, витые пары, оптоволокно), организованной с помощью различных топологий. Он описывает также коммуникации с помощью радиосвязи и инфракрасных лучей (беспроводные сети), оптоволоконные кабели и кабель RS-232, используемый для подключения модемов к компьютерам.
Канальный уровень определяет правила совместного использования узлами сети физического уровня. Протоколы этого уровня определяют, каким образом биты информации организуются в логические последовательности (кадры, фреймы), и расположение и вид контрольной информации (заголовки и концевики). Этот уровень структурирован по двум подуровням: управлению доступом к среде - MAC (Media Access Control) и управлению логической связью - LLC (Logical Link Control).
МАС-подуровень поддерживает множественный доступ к каналу связи, осуществляет прием и передачу информационных и управляющих кадров, обнаруживает ошибки по проверочной последовательности кадров либо по его длине. Физический MAC-адрес сетевой карты помещается в заголовок кадра и используется для идентификации приемника и/или источника.
На подуровне LLC определяется класс обслуживания, осуществляется контроль ошибок передачи, синхронизация кадров.
Сетевой уровень определяет, как передаются данные (пакеты). Как правило, протоколы этого уровня дейтаграммные, но обеспечивающие высокую производительность сети. Прежде всего, они используются для получения служебной информации, такой как адреса для маршрутизации сообщений в многосегментной ЛВС, так как маршрутизаторы работают на сетевом уровне.
Транспортный уровень обеспечивает наивысший уровень управления процессом перемещения данных из одной системы в другую. С помощью обнаружения и коррекции ошибок транспортный уровень обеспечивает качественную и точную доставку. Этот уровень обеспечивает получение всех данных и правильную очередность следования пакетов. На этом уровне между системами устанавливается виртуальная связь. Во время сеанса передачи две системы сами поддерживают передачу данных.
Уровень сеанса координирует обмен информацией между системами. Этот уровень называется так по устанавливаемому и завершаемому сеансу коммуникации. Если одна система работает медленнее другой или пакеты передаются не в том порядке, то требуется координация. На уровне сеанса к пакетам добавляется информация, которую используют коммуникационные протоколы и которая служит для поддержания сеанса до завершения передачи.
Уровень представления. Протоколы на уровне представления являются частью операционной системы и приложений, которые пользователь выполняет на компьютере. На этом уровне информация форматируется для вывода на экран и печати, также происходит кодирование данных, форматирование, сжатие и т. д. Прикладной уровень обслуживает запросы пользователей сети на совместно используемые услуги (электронная почта, файлы и печать, базы данных и т. д.), организует санкционированный доступ к запрашиваемым ресурсам, защищает сеть от вторжения нарушителей. Пользователи дают команды запроса на сетевые устройства, которые оформляются в пакеты и передаются по сети с помощью протоколов более низкого уровня.
Стандарт IEEE 802
Расширяя физический и канальный уровень, стандарт сетевых коммуникаций Института инженеров в области электротехники и электроники IEEE 802, разработанный для физических компонентов сети, определяет, каким образом сетевой адаптер получает доступ к сетевому кабелю и как он передает данные. В описание стандарта входят интерфейсные платы, мосты, маршрутизаторы и другие компоненты, используемые для создания сетей с применением коаксиального кабеля или "витой пары". Сюда включаются также глобальные сети, использующие общие носители, такие, как телефонная система.
Стандарт 802 объединяет 16 компонентов, нас интересуют следующие: 802.3 – локальные сети CSMA/CD - множественный доступ с определением несущей и определением конфликтов (фактически Ethernet);
802.6 – региональные сети MAN (Metropolitan Area Network);
802.8 – техническая консультационная группа по оптоволоконным сетям;
802.11 – беспроводные сети;
802.16 – беспроводной широкополосный доступ.
Стандарты 802.3-802.7 позволяют компьютерам и устройствам многих независимых поставщиков логически связываться друг с другом с помощью "витой пары", коаксиального кабеля или других типов носителя.
| ПРИКЛАДНОЙ | ||||||
| ПРЕДСТАВИТЕЛЬСКИЙ | ||||||
| 802.10 | СЕАНСОВЫЙ | |||||
| 802.1 | ТРАНСПОРТНЫЙ | |||||
| СЕТЕВОЙ | ||||||
| 802.2 | КАНАЛЬНЫЙ | |||||
| 802.3 | 802.4 | 802.5 | 802.6 | 802.9 | 802.11 | 802.12 |
| ФИЗИЧЕСКИЙ | ||||||
| 802.7, 802.8 | ||||||
Таблица 2. Сравнение OSI и IIEE 802
На каждом из выше перечисленных уровней модели OSI работают свои протоколы, владение которыми и составляет работу администратора сети. Понимание взаимодействия протокола с сетью позволяет вам создавать сети, начиная с домашней ЛВС, заканчивая большими сетями с гибридной топологией. Для этого требуется не только умение настраивать протоколы, но и умение на физическом уровне соединять сегменты сети.
Протоколы WAN
Протоколы ГВС позволяют связывать между собой на больших расстояниях не только отдельные компьютеры, но и ЛВС.
SLIP. Протокол для последовательных линий SLIP был спроектирован для обеспечения связи с сетями ТСР/IP через публичную телефонную сеть. В настоящее время этот протокол используется для связи по телефону с Интернет-провайдером в Unix-системах.
SLIP действует на физическом уровне модели OSI. Несмотря на простоту реализации, этот протокол обладает рядом недостатков:
поддерживает только IP в качестве транспорта;
не поддерживает согласование IP-адресов;
не обеспечивает аутентификацию.
РРР. Протокол соединения РРР точка-точка используется как альтернатива SLIP. Он обладает рядом возможностей физического и канального уровней. К его достоинствам относятся:
контроль ошибок;
поддержка транспортов TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS;
согласование адреса IP поддержкой протокола динамической конфигурации узла DHCP;
пароль для регистрации входа.
Протокол РРР наиболее популярен для телефонного доступа в Интернет.
Х.25. Протоколы Х.25, предназначенные только для передачи данных, описывают взаимодействие на физическом, канальном и сетевом уровнях, отличаются повышенной надежностью и используются, в основном, в банковских сетях.
Frame Relay. Сеть с ретрансляцией кадров Frame Relay использует установление постоянного виртуального канала PVC между конечными точками для переноса данных. Сеть действует на скоростях от 56 Кбит/с до 1,544 Мбит/с.
Линии T1 и ТЗ. Цифровая линия Т1 представляет собой двухточечную технологию передачи, которая состоит из 24 каналов по 64 Кбит/с каждый, т. е. 1,5 Мбит/с общей пропускной способностью. Более быстрая линия называется ТЗ и представляет собой эквивалент 28 линий Т1 с общей скоростью передачи данных и голоса 44,736 Мбит/с. Расходы по ежемесячному обслуживанию таких линий достаточно высоки, поэтому возможна аренда только части полосы пропускания в виде нескольких каналов.
ISDN. Интегрированные службы цифровых сетей ISDN предназначены для комбинированной передачи голоса и данных через цифровые телефонные линии и специальные ISDN-модемы. ISDN описывает взаимодействие на физическом, канальном и сетевом уровнях и использует мультиплексирование с разделением времени (TDM) для преобразования аналоговых сигналов в цифровые.
ATM. Технология асинхронной передачи ATM использует протокол коммутации пакетов, который пересылает данные в локальных и глобальных сетях фрагментами (cells) по 53 байта со скоростью до 622 Мбит/с.
Стеки протоколов
Как уже упоминалось, многие разработчики не следуют точно стеку протоколов OSI. Они применяют свои стеки протоколов, близко напоминающие модель OSI и совместимые с ней. Напрямую могут «общаться» только сети одних протоколов. TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) был одним из первых стеков сетевых протоколов. IP-составляющая обеспечивает одно из лучших на сегодня определений межсетевой связи и применяется многими разработчиками в качестве метода взаимодействия продуктов в ЛВС и ГВС. Протоколы NetBEUI/NetBIOS фирмы Microsoft представляют собой транспортный и сетевой протоколы, не поддерживающие маршрутизацию. Обладают хорошими временными характеристиками, защитой от ошибок, легко реализуются. Протокол NetWare SPX/IPX - это "родной" протокол фирмы Novell для сетей NetWare, который сейчас практически не используется. Протоколы AppleTalk были определены фирмой Apple Computer в качестве способа взаимодействия систем Apple Macintosh.
Сетевое оборудование
Одна из самых распространенных на данный момент в мире сетей – это Ethernet? Который позволяет достичь наивысшего КПД пропускной способности канала – 93%. Для построения сетей этого типа используется неэкранированная (UTP) и экранированная (STP) «витая пара», коаксиал и оптоволокно. Самой дешевой и быстрой в построении сети считается «витая пара». Но эта среда передачи имеет значительное ограничение – максимальная длина сегмента 100-150 м. Но протоколы сетевого уровня позволяют соединить несколько сегментов через повторители, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы. Количество сегментов должно быть не больше пяти.