Иерархическая система информационного взаимодействия

Организация взаимодействия между устройствами в сети является сложной проблемой, она включает множество аспектов, начиная с согласования уровней электрических сигналов, и заканчивая вопросами аутентификации приложений. Решение этой сложной задачи осуществляется путём ее разбиения на несколько частных, более простых задач. Средства решения отдельных задач упорядочены в виде иерархии уровней. Для решения задачи некоторого уровня могут быть использованы средства непосредственно примыкающего нижележащего уровня. С другой стороны, результаты работы средств некоторого уровня могут быть переданы только средствам соседнего вышележащего уровня. Многоуровневое представление средств сетевого взаимодействия имеет свою специфику, связанную с тем, что в процессе обмена сообщениями участвуют два компьютера, т.е. в данном случае необходимо организовать согласованную работу двух «иерархий».

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколом. Модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с чётко определёнными правилами и с помощью стандартизованных форматов сообщений. Эти правила принято называть интерфейсом. Интерфейс определяет услуги, предоставляемые данным уровнем соседнему уровню.

В сущности, протокол и интерфейс выражают одно и то же понятие, но традиционно в сетях за ними закрепили разные области действия: протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы – модулей соседних уровней в одном узле.

Средства каждого уровня должны отрабатывать, во-первых, свой собственный протокол, а во-вторых интерфейсы с соседними уровнями.

Иерархически организованных набор протоколов, достаточных для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов. Например, стек протоколов TCP/IP.

Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы высших уровней, как правило, чисто программными средствами.

В начале 80-х г.г. ряд международных организаций по стандартизации – ISO, ITU-T ряд других – разработали модель, которая сыграла значительную роль в развитии сетей. Эта модель называется моделью взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) или OSI. Модель OSI определяют различные уровни взаимодействия систем, даёт им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень.

В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительский, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень имеет дело с одним определённым аспектом взаимодействия сетевых устройств.

Физический уровень определяет физические аспекты передачи данных по каналам данных, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель. На этом уровне обеспечивается физическая передача электрических сигналов, кодирующих биты информации. Примером протокола физического уровня может служить спецификация 10Base-T технологии Ethernet, которая определяет в качестве используемого кабеля неэкранированную витую пару категории 3 с волновым сопротивлением 100 Om, разъём RJ-45, максимальную длину физического сегмента 100 метров, манчестерский код для представления данных в кабеле, а также некоторые другие характеристики среды и электрических сигналов.

Канальный уровень обеспечивает безошибочную передачу данных. Для этого биты группируются в наборы, называемые кадры (frames). В начало и конец каждого кадра помещается специальная последовательность бит, а также вычисляется контрольная сумма, при обработке кадра.

Сетевой уровень обеспечивает маршрутизацию и буферизацию пакетов в сети. Сети соединяются между собой специальными устройствами, называемыми маршрутизаторами. Маршрутизатор – это устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на ее основании передает пакеты сетевого уровня в сеть назначения. Для того чтобы передать сообщения сетевого уровня нужно совершить некоторое количество транзитных передач между сетями. Таким образом, маршрут представляет собой последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет. Проблема выбора наилучшего пути, называется маршрутизацией и её решение является одной из главных задач сетевого уровня. Примером протокола сетевого взаимодействия является протокол межсетевого взаимодействия IP стека протоколов TCP/IP.

Транспортный уровень регламентирует пересылку данных между процессами, выполняемыми на компьютерах сети. Этот уровень контролирует прохождение потока данных, адрес их доставки, целостность блоков и порядок их связывания. Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше реализуются программными средствами конечных узлов сети – компонентами их сетевых операционных систем. Примерами транспортных протоколов являются протоколы TCP и UDP стека протоколов TCP/IP.

Сеансовый уровень отвечает за инициализацию, поддержание и окончание сеанса.

Представительский уровень имеет дело с формой представления передаваемой информации, не меняя при этом ее содержания. За счет уровня представления информации, передаваемая прикладным уровнем одной системы, всего будет понятна прикладному уровню в другой системе. С помощью средств данного уровня протоколы прикладных уровней могут преодолеть синтаксические различия в представлении данных или же различия кодов символов, например кодов ASCII и EBCDIC. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных служб. Примером такого протокола является протокол Secure Socket Layer (SSL), который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протокола прикладного уровня стека TCP/IP.

Прикладной уровень – это набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением (message). Прикладной уровень должен определить, в каком узле находятся данные, сформировать запрос, послать его через сеть и получить нужные данные, сделав их доступными для требуемого узла. Существует большое разнообразие служб сетевого уровня. Приведем в качестве примеров протоколов прикладного уровня протоколы FTP, SMTP, входящие в стек протоколов TCP/IP.

TCP/IP

Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) — это промышленный стандарт стека протоколов, разработанный для глобальных сетей.

TCP/IP был разработан до появления модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI. Хотя TCP/IP также имеет многоуровневую структуру, соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно. Стек TCP/IP, в отличие от OSI, делится на 4 уровня. В таблице ниже приведено примерное соответствие уровней TCP/IP уровням модели OSI.

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: