Загальні основи побудови комп'ютерних мереж (стр. 3 из 6)

Кожен рівень використовує різні одиниці виміру кількості даних. Рівні додатка (прикладний рівень), представлення, сеансовий, транспортний,— використовують термін «повідомлення» як одиницю виміру. Мережевий рівень трактує дані як «пакети», а рівень з'єднання— як «кадр». Фізичний рівень використовує біти— послідовністі нулів і одиниць.

Рис. __. Мережеві рівні моделі ISO/OSI

Рис. Взаємодія мережених рівнів моделі ISO/OSI

Розробники поділяють мережу на рівні з метою одержати набір добре визначених, функціональних модулів, кожен рівень виконує тільки визначену для цього рівня задачу. У книзі Ендрю Таненбаума «Комп'ютерні мережі» наводиться п'ять основних принципів, що застосовуються при розробці мережевих рівнів і, відповідно, моделей взаємодії відкритих систем.

1. Новий мережевий рівень вводиться, якщо програмне забезпечення вимагає нового рівня абстракції.

2. Кожен рівень повинний виконувати чітко визначену функцію.

3. Набір функцій, виконуваних мережевим рівнем, приводиться у відповідність із загальноприйнятими міжнародними стандартами.

4. Межі рівня вибираються таким чином, щоб зробити потік даних через них мінімальним.

Кількість мережевих рівнів вибирається достатньою, щоб розміщати різні функції на одному рівні. Навпаки, занадто велика кількість рівнів приводить до неосяжності мережевої архітектури.

Модель ISO/OSI не є стандартом— це просто рекомендація для розробників, але кожну сучасну мережу найпростіше описати і зрозуміти в термінах моделі ISO/OSI.

Призначення мережевих рівнів моделі (моделлю ISO/OSI)

Фізичний рівень

Фізичний рівень складається з фізичних елементів (hardware), що безпосередньо ля передають інформацію через мережеві канали зв'язку. Лінії зв'язку— кабелі, що з'єднують комп'ютери,— відносяться до фізичного рівня, до нього ж відносяться і методи електричного перетворення сигналів. Різні мережні технології, такі як Ethernet, ARCNET, або token ring, відносяться до фізичного рівня як пристрої що задають параметри перетворення сигналів для передачі по мережі.

Рівень з'єднання

Задача рівня з'єднання— передати дані від фізичного рівня до мережевого і навпаки. Мережева карта у комп'ютері— приклад реалізації рівня з'єднання. Як правило, рівень з'єднання відповідає за збереженням даних, переданих фізичним рівнем.

Мережевий рівень

Мережевий рівень визначає шлях проходження даних у мережі, дозволяючи їм знайти одержувача. Це значить, що він відповідає за контроль можливого зіткнення (congestion) даних і швидкість передачі у мережі та за контроль цілісності даних.

Мережевий рівень можна розглядати як службу доставки, протокол Інтернет (IP) виконує усі функції мережевого рівня.

Рис. Доставка даних мережевим та транспортним рівнями

Транспортний рівень

Так само, як мережевий рівень доставляє пакети через мережу, транспортний рівень доставляє (транспортує) дані між самими комп'ютерами. Як тільки мережевий рівень доставить дані комп'ютеру-одержувачу, у роботу вступає транспортний протокол, доставляючи дані до прикладного процесу.

Сеансовий рівень

Сеансовий рівень виступає у якості користувальницького мережевого інтерфейсу, вирішує задачі опрацювання з'єднань між процесами і додатками на різних комп'ютерах: опрацювання імен, паролів і прав доступу.

У багатьох мережах перед тим, як одержати доступ до додатка, необхідно зареєструватися у системі, тобто увести своє ім'я (ідентифікатор користувача) і пароль. У багатьох випадках у мережу можна «ввійти» кілька разів, відкривши кілька сеансів одночасно. Завжди, відкриваючи новий сеанс, ваш комп'ютер домовляється з віддаленим про можливість з'єднання ще до того, як відбудеться саме з'єднання.

Рівень представлення

Рівень представлення поєднує в собі загальні мережеві функції, що неодноразово використовуються при мережевих з'єднаннях. Рівень представлення є мережевим інтерфейсом до пристроїв комп'ютера, таких як принтери, монітори, файли. Іншими словами рівень представлення визначає, як мережа виглядає з з програмного забезпечення й обладнання мережевого комп'ютера.

Рівень додатків

На цьому рівні сконцентровані функції, що відносяться до загальномережевих додатків, ці функції особливо важливі для розробників мереж. Прикладні програми такі як електронна пошти або розподілені бази даних— зразок використання функцій рівня додатка. Програми, що функціонують у середовищі Інтернет, є частиною мережевого рівня додатків, також як і всі додатки, написані для кінцевих користувачів.

Комунікаційні технології локальних комп'ютерних мереж

При роботі у мереженому середовищі виникає проблема забезпечення черговості передавання даних, якщо дві станції почнуть одночасну передачу даних, зрозуміло, що результуючий сигнал буде спотворений внаслідок накладання. Для уникнення подібних ситуацій використовують спеціальні алгоритми управління черговістю учасників мережі доступу до середовища обміну.

Спосіб організації черговості використання станцією мережі середовища обміну даними називається методом доступу.

Найбільшого поширення набули методи доступу CSMA/CD (колективний доступ із контролем несучої і виявленням колізій) запропонований фірмою XEROX і метод доступу з маркером запропонований фірмою IBM.

Колективний доступ із контролем несучої і виявленням колізій — CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Метод CSMA/CD ґрунтується на наданні всім станціям рівних прав на використання каналу. Більшу частину часу кожна станція знаходиться в стані “прослуховування” каналу, визначаючи, чи не для неї призначені передані по ньому дані. Коли станція хоче передати повідомлення, вона робить це переконавшись, що канал ніким не зайнятий. У випадку коли кілька станцій починають передачу повідомлень одночасно, виникає конфліктна ситуація колізія. Конфліктуючі станції припиняють передачу і починають процедуру вирішення колізії — відновлюють передачу через певний інтервал часу, що задається випадковою величиною.

Маркерний доступ — побудований на почерговому наданні кожній робочій станції можливості розпочати передачу. Черговість передачі визначається центральною станцією шляхом передачі спеціального повідомлення –— маркера. При побудові мереж такого типу не обов’язково об’єднувати робочі станції на фізичному рівні по колу, дуже часто використовується логічне кільце коли центральний комп’ютер почергово передає спеціальний сигнал, маркер, кожному учаснику мережі.

Мережеві технологій (Eternet, Fast Ethernet, FDDI, ATM)

Ethernet. Ця мережа з високою продуктивністю і низькою вартістю, не складна в установці й експлуатації, для якої розроблений широкий спектр обладнання. Вона має вже 20-літню історію. Початкова версія Ethernet була розроблена в середині 70-х років фірмою Xerox, їй і належить ця назва. На початку 80-х років фірми Digital Equipment, Intel і Xerox спільно підготували й опублікували специфікації Ethernet (іменовані стандартом DIX по перших буквах назв фірм), у яких використовувався метод доступу CSMA/CD. Стандартна швидкість при передачі даних — 10 Мбит/сек. Відповідно до цих специфікацій багато з фірм почали випускати мережене обладнання, тим самим давши поштовх упровадженню локальних мереж. Накопичений досвід у 1985 році був узагальнений у міжнародному стандарті IEEE 802.3.

Саме наявність у мережі колізій, накладає обмеження на максимальну кількість робочих станцій в одному сегменті мережі, змушує великі мережі розділяти на менші мережі і об’єднувати їх у одне ціле за допомогою спеціального обладнання.

Fast Ethernet. Fast Ethernet подібний на свого попередника. Основа Ethernet залишилася без змін, і тільки частота тактування сигналу збільшилася в 10 разів. Формат пакета, довжина, метод контролю помилок, управляючої інформації - залишається без змін для обох стандартів. Тому IEEE охарактеризував Fast Ethernet як “справжній” Ethernet і визначив його в підкомітет 802.3.

З огляду на вищесказане, не дивовижно, що майже усі фірми перейшли на випуск обладнання для Fast Ethernet: 3Com, Bay Networks, Cabletron, Cray Communication, DEC, Lannet, NEC і ін.

При переході на Fast Ethernet необхідно змінити всі плати і концентратори (для побудови мережі на витій парі потрібно концентратор), і врахувати, що для Fast Ethernet - обмежений діаметр мережі, хоча відстань від робочого місця до концентратора залишається такою ж - 100 м. Але це обмеження, як і у випадку традиційного Ethernet, легко усувається за допомогою додаткових пристроїв - мостів, комутаторів і т.д.

На даний час устаткування Fast Ethernet, вартість плат і концентраторів у порівнянні з таким же устаткуванням для традиційного Ethernet є ненабагато вищою. Мережі Fast Ethernet мають кілька стандартів — найбільш поширений 100Base-TX.

Сучасні технології Ethernet розраховані на швидкість 100 Мбит/сек.

FDDI. Fiber Distributed Data Interface є стандартом, підтримуваним значною кількістю виробників, і широко використовується як магістральний канал при об'єднанні декількох ЛВС або навантажених ділянок ЛВС. FDDI з'явився як рішення для створення оптоволоконних магістральних каналів, а також підключення робочих груп або станцій із високими вимогами до смуги пропускання.

Стандарт дозволяє підключити до 500 станцій, на відстані до 2 км, при загальній протяжності мережі до 100 км.

Серед головних переваг FDDI насамперед необхідно назвати високу відказостійкість, вмонтовані засоби управління мережею, можливість задання смуги пропускання і забезпечення гарантованого доступу. Названі властивості роблять FDDI хорошим вибором при необхідності роботи з критичними задачами, для яких потрібна широка смуга пропускання. Тому організація серверних груп (централізованого кластера серверів), магістральних каналів, груп високопродуктивних робочих станцій - є основною сфера застосування FDDI.