Сетевые протоколы и стандарты

Чтобы упростить проектирование сетей, анализ взаимо­действия и реализацию обмена сообщениями между пользователями и сетевыми узлами, применяют формализованные правила, определяющие последовательность и формат сооб­щений на данном уровне эталонной модели ВОС, которые называют протоколами обмена сообщениями. Соответствующим образом иерархически организованную совокупность протоколов называют стеком коммуникационных протоколов. Протоколы соседних уровней модели ВОС на одном узле взаимодействуют друг с другом также в соответствии с четко опреде­ленными правилами, определяющими формат сообщений, которые принято называть ин­терфейсами. Интерфейс определяет набор и формат услуг, которые может предоставлять ниже лежащий уровень вышележащему уровню. В эталонной модели ВOC различают два основных вида протоколов: с установлением соединения и без предварительного установления соединения. Последние протоколы называют также дейтаграммными протоколами. Рассмотрим основные протоколы и стандарты в рамках архитектуры ВОС.

Протоколы физического уровня. Физический уровень в архитектуре открытых систем является нижним и обеспечивает взаимодействие со средой передачи, связывающей системы между собой. В соответствии с архитектурой открытых систем физический уровень должен предос­тавлять (канальному уровню) следующие услуги;

• реализовывать физическое соединение между двумя или большим числом компонен­тов канального уровня дня передачи данных;
• передавать по соединению некоторые определенные для физического уровня единицы данных физического уровня, например биты при последовательной передаче или бай­ты при параллельной передаче;
• предоставлять канальному уровню оконечные точки доступа к соединению физиче­ского уровня, через которые передаются единицы данных физического уровня;
• идентифицировать цепи (или пути) передачи данных между компонентами физиче­ского уровня;
• обеспечивать требуемые параметры качества обслуживания.

В настоящее время известны несколько типов интерфейсов, разработанных в рекомен­дациях ITU-T и ISO, и относящиеся к физическому уровню. Первые из них разрабатывались в 60-х годах, когда эталонной модели ВОС еще не существовало. Примером таких интерфейсов являются стыки между терминалом и модемом, пред­ставленные в Рек. V.24 ITU-T, которая впервые была опубликована в 1964 г. Этот стандарт определяет порядок передачи данных через выделенный телефонный (аналоговый) канал. Не все рекомендуемые интерфейсом V.24 функции относятся к физическому уровню. Про­цедуры расширены стандартом X.21 bis на подключение абонентов через телефонный канал к цифровым сетям коммутации, который позволяет устанавливать соединение через комму­тируемые каналы для доступа к цифровым сетям. Порядок передачи данных через цифро­вые каналы определяется стандартом Х.21, который шире используется в вычислительных сетях и рассматривается в качестве интерфейса, определяющего порядок сопряжения або­нента с цифровым каналом передачи данных.

Протоколы канального уровня должны обеспечивать взаимосвязь между сетевым и физическим уровнями, предоставляя сетевому более широкий набор услуг по сравнению с физическим. Основное назначение физического уровня - это передача битов, канального уровня - передача некоторых завершенных блоков данных или кадров.

В рамках архитектуры ВОС на канальный уровень возлагаются следующие функции:

· инициализация - обмен между взаимодействующими станциями служебными сооб­щениями, подтверждающими готовность к передаче данных;

· идентификация - обмен между взаимодействующими станциями служебной инфор­мацией, подтверждающей правильность соединения;

· синхронизация - выделение в последовательности передаваемых битов границ знаков;

· сегментация - формирование кадров для их передачи по каналу;

· обеспечение прозрачности - предоставление расположенному выше уровню возмож­ности передачи произвольной последовательности битов или знаков;

· управление потоком - обеспечение согласования скоростей передачи и приема;

· контроль ошибок и управление последовательностью передачи - обнаружение оши­бок в передаваемых кадрах и запроса повторной передачи искаженных кадров, обес­печение соответствия последовательности кадров на входе и выходе канала;

· выход из сбойных ситуаций - обнаружение нарушений нормальной передачи кадров и реализация процедур выхода из таких ситуаций;

· управление каналом - обеспечение возможности контроля работы канала, выявление отказов, восстановление, сбор статистики о работе канала;

· завершение работы канала ликвидация логического соединения, образованного при инициализации канала.

Протоколы канального уровня: протокол установления соединения, передачи данных и ликвидации соединения HDLC (High-Level Data Link Control) и протокол Х.25, определяющий доступ к сетям передачи данных с ком­мутацией пакетов.

В рамках архитектуры ВОС протокол Х.25 дает средства для взаимодействия пользова­теля с сетью передачи данных и коммутацией пакетов - PSDN (Packet Switching Data Net­work) и определяется Рек. Х.25 ITU-T, разработанной и применяемой в качестве стандарта управления на сетевом уровне. Протокол Х.25 обеспечивает строгое управление потоком пакетов и существенные услуги управления данными пользователя. Основное преиму­щество метода коммутации пакетов состоит в том, что один и тот же физический канал мо­жет одновременно использоваться несколькими абонентами. Метод разделения физическо­го канала между пользователями сети передачи данных Х.25 называют логическим или статистическим мультиплексированием. В отличие от временного разделения каналов TDM (Time Division Multiplexing) здесь нет жесткой привязки к заранее заданным времен­ным интервалам для каждого пользователя (абонента). Протокол Х.25 базируется на средствах информационного канала, определяемого про­токолом HDLC. Последний устанавливает способ исключения искажения пакетов и их по­следовательностей, передаваемых по физическому каналу, подверженному воздействию помех. Он определяет процедуры сетевого уровня управления передачей пакетов, обеспечи­вающие организацию виртуальных каналов между абонентами и передачу по каналам по­следовательностей пакетов и позволяет организовать взаимодействие между сетевыми службами систем через совокупность логических каналов. Логические каналы используют для организации постоянных виртуальных каналов и временных коммутируемых виртуаль­ных - виртуальных соединений.

Транспортный протокол. Основные функции этого протокола - создавать соединения между портами систем и передавать сообщения через них. Функции транспортного прото­кола двояки. С одной стороны, он определяет средства, необходимые для взаимодействия систем с сетью, построенной по правилам, определяемым сетевым протоколом. В этой части транспортный протокол в дополнение к средствам, предоставляемым сетью, обеспе­чивает работу и восстановление систем при сбоях и отказах сети, приводящих к потере па­кетов и самопроизвольному разъединению виртуальных каналов. С другой стороны, дан­ные, которыми обмениваются системы, передаются в форме сообщений, которые являются целостными объектами, не связываемыми с пакетным способом передачи данных. Поэтому транспортный протокол должен предусматривать деление сообщений на пакеты и сборку из пакетов принимаемых сообщений. Транспортный протокол, занимая более высокий уро­вень, чем сетевой, избавляет систему от необходимости ориентироваться на специфику ра­боты сети. Наряду с этими функциями транспортный протокол должен предоставлять воз­можность вводить приоритеты для некоторых видов обслуживания и т. п.

Структура сообщений. Данные между системами передаются через транспортный ин­терфейс в форме сообщений - последовательности байтов. Сообщение идентифицируется адресом порта узла (компьютера), которому посылается сообщение, порядковым номером сообщения в сеансе связи и характеризуется длиной в байтах. Эти сведения указываются в заголовке сообщения, формируемом и обрабатываемом транспортными службами сети.

Средства управления передачей данных транспортного уровня делят сообщения на па­кеты, которые вводятся в сеть передачи данных последовательно и передаются по сети под управлением средств сетевого уровня. Принимая последовательность пакетов удаленная транспортная служба собирает сообщения из полей данных, переносимых в пакетах, и по­ставляет их в порт в виде, совпадающем с отправленными сообщениями.

Протоколы высокого уровня. Транспортная сеть делает возможным доступ к средст­вам передачи данных для любых систем, связанных с программами и терминалами, сосре­доточенными в одном компьютере или распределенными по различным в ЛВС. На основе процедур транспортного интерфейса строят протоколы взаимодействия систем, позволяю­щие реализовать различные прикладные функции. Указанные протоколы, базирующиеся на использовании транспортного интерфейса, называют протоколами высокого уровня. Эти протоколы устанавливают стандартные для сети способы (процедуры) выполнения при­кладных функций. Необходимость стандартизации способов вызвана неоднородностью ЛВС из-за разнотипности используемых компьютеров, операционных систем и терминалов. Реализация соответствующих протоколов в отношении организации и логического подклю­чения портов терминалов для однородных систем возлагается на средства сеансового уров­ня управления, а в отношении сопряжения разнородных систем на средства уровня пред­ставления - службу представления данных. Важнейшая функция службы представления данных - обеспечить возможность сопряжения разнотипных терминалов с программами. Одной из главных функций этой службы является шифрование данных.

Протоколы и стандарты глобальных сетей. В рамках модели ВОС рассмотрим взаимосвязь некоторых других протоколов и стандартов, имеющих прямое отношение к сетевым технологиям для построения глобальных сетей и некоторых типов крупных ЛВС.

Протоколы SLIP (Serial Line Internet Protocol) и PPP (Point-to-Point Protocol), кото­рые входят в состав стека протоко­лов TCP/IP и применяются в Интернет для соединения по телефонным линиям. Если под­ключиться к Интернету с домашнего компьютера, то, скорее всего, используется один из этих протоколов. Протокол SLIP был разработан первым и является простейшим. Он функ­ционирует только на физическом уровне и не предусматривает контроля ошибок и защиты. Несмотря на эти недостатки он остается популярным для доступа в Интернет. Большинство пользователей не нуждается в защищенном соединении, а применяемые высокоскоростные модемы, как правило, обеспечивают собственный контроль ошибок. Хотя SLIP функциони­рует на физическом уровне модели BOC/OSI, его часто называют коммуникационным про­токолом канального уровня.

Протокол РРР (Point-to-Point Protocol) был разработан как усовершенствование SLIP. Реализуемые им функции охватывают физический и канальный уровни. Дополнительные функции РРР включают контроль ошибок, защиту, динамическую адресацию IР и поддержку нескольких протоколов. Протоколы РРР и SLIP имеют двухточечное соединение. Протокол РРР предусматривает адресацию физических устройств на подуровне MAC и контроль ошибок LLC-уровня. В табл. 3.1 показано отображение различных протоколов в модели BOC/OSI.

Протокол FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - стандарт для локальных и средних сетей передачи данных, основанный на использовании ОК в топологии «кольцо» или «звез­да». Его, как правило, применяют в сетях комплекса зданий или еще для более крупных се­тевых структур. В протоколе FDDI используется метод доступа к среде с помощью переда­чи маркера, он охватывает физический уровень и подуровень MAC модели BOC70SI.

Протокол FDD1 имеет достаточно высокую пропускную способность - 100 Мбит/с, что делает его подходящим для таких приложений, как мультимедиа и видео. Он имеет высо­кую отказоустойчивость, так как кольцо FDDI можно образовать из двух колец с передачей маркеров в двух противоположных направлениях. При этом пользователи (станции, компьютеры) в кольце FDD1 могут быть с одинарным и двойным подключением к обоим коль­цам. В случае отказа ОК для станций с двойным подключением кольцо автоматически реконфигурируется, и маркер направляется в обход обрыва ОК.

Таблица 3.5 Отображение различных сетевых протоколов и технологий в модели BOC/OSI

.

Протокол Х.25 является стандартом глобальных сетей передачи данных и функцио­нирует на сетевом уровне (табл.9.3.1). Обычно он взаимодействует с протоколом канального уровня под названием LAPB (Link Access Procedures - Balanced), который, в свою очередь, работает поверх протоколов X.2I или Х.2Ibis или V.32. Протокол Х.25 реализует постоян­ные или коммутируемые виртуальные каналы, подразумевающие надежное обслуживание и сквозное управление потоком, хотя используемые в нем скорости невысоки и не позволяют обеспечить в глобальной сети работу приложений ЛВС. На физическом уровне протокол Х.21 позволяет использовать гибридную ячеистую (сотовую) топологию и соединение типа «точка-точка». Протокол LAPB представляет собой протокол канального уровня, который обеспечивает управление потоком данных уровня LLC и контроль ошибок.

Протокол Frame Relay (протокол ретрансляции кадров) - технология коммутации пакетов. Он аналогичен протоколу Х.25 и использует виртуальные каналы. Как и протокол Х.25. Frame Relay применяют в глобальных сетях. В сетях Frame Relay предполагается, что определенные функции мониторинга и контроля ошибок выполняются протоколами более высокого уровня. Это позволяет Frame Relay работать быстрее протокола Х.25. Frame Relay функционирует на физическом и канальном уровнях модели BOC/OSI (табл. 3.5). На физическом уровне Frame Relay реализует двухточечные соединения в сети с ячеистыми (сотовыми) топологиями. На подуровне LLC канального уровня ретрансляция кадров поддерживает обнаружение (но не исправление) ошибок

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: