Реферат: Учебное пособие Рекомендовано учебно-методическим советом угаэс уфа-2008

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО

УФИМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА


ХАСАНОВ В.Х., БИКМУХАМЕТОВ И.Х., КОЛГАНОВ Е.А.


ИНФОРМАТИКА


КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ


Учебное пособие


Рекомендовано учебно-методическим советом УГАЭС





УФА-2008
УДК 681.3

ББК 65.39

Х 24


Рецензенты:

Хамидуллин Я.Н. д-р физ.-мат. наук, профессор

зав. кафедрой «Информатика и математика» Уфимского института Российского государственного торгово-экономического университета,

^ Мискактин Н.И. канд. техн. наук, доцент Российского государственного торгово-экономического университета

Исхаков З.Ф. канд. техн. наук, начальник научно-исследовательского сектора Уфимской государственной академии экономики и сервиса


^ Хасанов В.Х., Бикмухаметов И.Х., Колганов Е.А.

Х 24 Компьютерные сети: Учебное пособие / В.Х. Хасанов, И.Х. Бикмухаметов, Е.А. Колганов – Уфа: Уфимск. гос. академия экономики и сервиса, 2008. – 249 с.

ISBN 978-5-88469-375-3


В учебном пособии «Информатика. Компьютерные сети» рассматриваются основные вопросы из курса «Информатика», предусмотренные Федеральным государственным образовательным стандартом. Это – компьютерные сети, их классификация, беспроводные компьютерные сети.

Рассматриваются вопросы организации сетевых архитектур, типы, топология, методы доступа, среда передачи, аппаратные компоненты компьютерных сетей, а также методы пакетной передачи данных. Описываются локальные сети.

Особое внимание уделено современным информационным и коммуникационным технологиям. Достаточно подробно рассмотрена технология Wi-Fi. Излагается вопрос о безопасности компьютерных сетей. Раскрываются важные понятия и термины, а также даются ответы на актуальные вопросы.

Учебный материал включает содержательные схемы и рисунки, способствующие систематизированному восприятию, пониманию и запоминанию. Учебное пособие изложено простым и ясным языком, позволяющим эффективно усваивать сложный раздел курса и максимально облегчающим подготовку к экзамену.

Пособие предназначено для студентов всех форм обучения изучающих курс «Информатика» и преподавателей, ведущих данный курс.


ISBN 978-5-88469-375-3 © Хасанов В.Х., Бикмухаметов И.Х., Колганов Е.А., 2008

© Уфимская государственная академия экономики и сервиса, 2008

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ……………………………………………………………………..

4

ГЛАВА 1. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ ……….

7

1.1.

Основные определения и термины. Классификация сетей и их архитектура …………………………………………………………...


7

1.2.

Семиуровневая модель OSI …………………………………………

14

1.3.

Топология вычислительной сети и методы доступа ………………

39

1.4.

ЛВС и компоненты ЛВС …………………………………………….

48

1.5.

Физическая среда передачи данных ………………………………..

53

1.6.

Структура сетевой операционной системы ………………………...

60

1.7.

Семейство сетевых ОС Windows NT ……………………………….

67

1.8.

Сетевое оборудование ……………………………………………….

82

^ ГЛАВА 2. БЕСПРОВОДНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ.

ТЕХНОЛОГИЯ WI-FI ……………………………………………………….


95

2.1.

Технология Wi-Fi …………………………………………………….

96

2.2.

Сигналы для передачи информации ………………………………..

99

2.3.

Передача данных ……………………………………………………..

102

2.4.

Методы доступа к среде в беспроводных сетях …………………...

107

2.5.

Кодирование и защита от ошибок …………………………………..

114

2.6.

Режимы и особенности организации технологии Wi-Fi …………..

118

2.7.

Организация и планирование беспроводных сетей ………………..

134

2.8.

Беспроводная технология WiMAX …………………………………

142

2.9.

Угрозы и риски безопасности беспроводных сетей ……………….

151

2.10.

Протоколы безопасности беспроводных сетей …………………….

162

2.11.

Аутентификация в беспроводных сетях ……………………………

172

2.12.

Технологии целостности и конфиденциальности передаваемых данных ………………………………………………………………...


198

2.13.

Антенны ………………………………………………………………

207

2.14.

Отношение «сигнал-шум» в цифровых системах связи …………..

216

Заключение …………………………………………………………………..

229

Список литературы………………………………………………………...

232

Глоссарий …………………………………………………………………….

234



ВВЕДЕНИЕ

Сегодня мир переживает новую информационную революцию, способную принципиально изменить жизнь людей - их работу, досуг, способы объединения в сообщества и даже отношение к самим себе. В отличие от предыдущих технологических революций, основанных на материи и энергии, это фундаментальное изменение затрагивает наше понимание времени, пространства, расстояния и знания. В основе информационной революции лежит взрывное развитие информационных технологий, разнообразие и возможность применения которых лимитированы лишь изобретательностью самого человека.

В последние десятилетия существенно возросло общественное и экономическое значение информации и информационных технологий. Как считают многие исследователи, в настоящее время формируется и развивается информационное общество. Информационное общество характеризуется тем, что каждый гражданин может получить любую информацию в любое время и в любом месте. Если определенные слои граждан, в силу тех или иных причин, не будут иметь широкого доступа к информации и средствам коммуникации, то неизбежно возникнут категории «информационно богатых» и «информационно бедных».

Возможностями доступа и обработки информации, которые предоставляет современная электронная техника, могут пользоваться лишь те, кто в состоянии получить высшее образование и оплачивать необходимые расходы. В подавляющем большинстве это представители хорошо обеспеченных слоев общества, получающие ряд экономических, политических и моральных преимуществ перед остальными членами общества. Информатизация порождает новое расслоение членов общества, связанное с возможностями доступа к информации.

В связи с этим представляется весьма важным обучение сетевым информационным технологиям в учебных заведениях всех форм и уровней подготовки, начиная с простейших навыков компьютерной грамотности.

Концепция вычислительных сетей является логическим результатом эволюции компьютерной технологии. Первые компьютеры 50-х годов – большие, громоздкие и дорогие – предназначались для очень небольшого числа избранных пользователей. Часто эти монстры занимали целые здания. Такие компьютеры не были предназначены для интерактивной работы пользователя, а использовались в режиме пакетной обработки.

В начале 60-х годов, при удешевлении процессоров, появились новые способы организации вычислительного процесса, которые позволили учесть интересы пользователей. Начали развиваться интерактивные многотерминальные системы разделения времени. В них компьютер отдавался в распоряжение сразу нескольким пользователям. Каждый пользователь получал в свое распоряжение терминал, с помощью которого он мог вести диалог с компьютером. Причем время реакции вычислительной системы было мало для того, чтобы пользователю была не заметна параллельная работа с компьютером и других пользователей.

Терминалы смогли выйти за пределы вычислительного центра и рассредоточились по всему предприятию. При этом вычислительная мощность оставалась полностью централизованной, а некоторые функции – такие как ввод и вывод данных – стали распределенными. Такие многотерминальные централизованные системы становились очень похожи на локальные вычислительные сети.

Таким образом, многотерминальные системы, работающие в режиме разделения времени, стали первым шагом на пути создания локальных вычислительных сетей. Но до появления локальных сетей нужно было пройти еще большой путь, так как многотерминальные системы, хотя и имели внешние черты распределенных систем, все еще сохраняли централизованный характер обработки данных.

Тем не менее потребность в соединении компьютеров, находящихся на большом расстоянии друг от друга назрела. Началось все с решения более простой задачи - доступа к компьютеру с терминалов, удаленных от него на многие сотни, а то и тысячи километров. Терминалы соединялись с компьютерами через телефонные сети с помощью модемов позволяя многочисленным пользователям получать удаленный доступ к ресурсам нескольких компьютеров. Компьютеры получили возможность обмениваться данными в автоматическом режиме, что и является базовым механизмом любой вычислительной сети. Используя этот механизм, в первых сетях были реализованы службы обмена файлами, синхронизации баз данных, электронной почты и другие, ставшие теперь традиционными сетевые службы.

Таким образом, сначала первыми появились глобальные вычислительные сети. Именно при построении глобальных сетей были впервые предложены и отработаны многие основные идеи и концепции современных вычислительных сетей.

В начале 70-х годов появились большие интегральные схемы. Их невысокая стоимость и высокие функциональные возможности привели к созданию мини-компьютеров, которые стали реальными конкурентами мэйнфреймов. Стоимость миникомпьютерной системы была меньше. Небольшие предприятия получили возможность покупать для себя компьютеры. Мини-компьютеры выполняли задачи управления технологическим оборудованием, складом и другие задачи уровня подразделения предприятия. Появилась концепция распределения компьютерных ресурсов по всему предприятию. Однако при этом все компьютеры продолжали работать автономно.

Потребности пользователей вычислительной техники росли, появилась потребность получить возможность обмена данными с другими компьютерами. В ответ на эту потребность предприятия и организации стали соединять свои мини-компьютеры вместе и разрабатывать программное обеспечение, необходимое для их взаимодействия. В результате появились первые локальные вычислительные. Они во многом отличались от современных локальных сетей, в первую очередь – своими устройствами сопряжения. В начале для соединения компьютеров друг с другом использовались нестандартные устройства со своим способом представления данных на линиях связи, своими типами кабелей и т.п. Такие устройства могли соединять только те типы компьютеров, для которых были разработаны, - например компьютеры «Наири» с компьютерами «Днепр».

Изучение трафика (потоков данных) в развивающихся сетях показало смещение акцентов с распределенных вычислений на обмен информацией — доступ к удаленным базам данных, обмен сообщениями по электронной почте и пр. Вырисовываются, таким образом, информационные сети.

Наконец, в 80-90-е годы широко распространяется технология TCP/IP, обеспечивая рост и развитие «сети сетей» — Internet, которая представляет собой глобальную информационно-вычислительную сеть.

Настоящее учебное пособие посвящается проблемам коммуникационных сетей и технологий доступа к распределенным информационным ресурсам.

В этой книге подробно и последовательно изложены основные концепции, определяющие современное состояние и тенденции развития компьютерных сетей.

Компьютерные сети, как и вся вычислительная техника, есть сплав «железа» (оборудования) и «софта» (программного обеспечения). В учебном пособии основное внимание уделяется оборудованию, то есть материальной базе сетевых технологий. Эта база в основном и определяет главные характеристики сети: производительность, надежность, срок службы и стоимость (первоначальные и эксплуатационные затраты).

Настоящее учебное пособие не претендует на полное и исчерпывающее изложение всех материалов данной предметной области. Целью авторов являлось, скорее, охватить как можно более широкий круг вопросов, связанных с компьютерными сетями, включая использование сетей для доступа к мировым информационным ресурсам.

Продумывая структуру настоящего пособия, мы исходили из того, что сети не должны рассматриваться как самоцель, а только в контексте всех инфраструктур кооперативного использования информационных ресурсов.

Авторы подробнейшим образом объясняют устройство и принципы работы аппаратного и программного обеспечения, рассматривают все аспекты и уровни организации сетей, от физического до уровня прикладных программ. Изложение теоретических принципов дополняется яркими, показательными примерами функционирования Интернета, сетей ATM и беспроводных сетей.

В учебном пособии использованы материалы, накопленные авторами в процессе практической, а также преподавательской деятельности. Авторы выражают благодарность рецензентам, принявшим участие в обсуждении материала: Я.Н. Хамидуллину, Т.А. Акрамову (УИ(ф)РГЭУ), З.Ф. Исхакову (УГАЭС) и предоставленные дополнительные материалы.
^ ГЛАВА 1. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ Основные определения и термины. Классификация сетей и их архитектура

Основные определения и термины. Сеть – это совокупность объектов, образуемых устройствами передачи и обработки данных. Международная организация по стандартизации определила вычислительную сеть как последовательную бит-ориентированную передачу информации между связанными друг с другом независимыми устройствами. Сети по территориальному признаку разделяются на:

Локальные вычислительные сети (ЛВС) или Local Area Network (LAN), расположенные в одном или нескольких близко расположенных зданиях. ЛВС обычно размещаются в рамках какой-либо организации (корпорации, учреждения), поэтому их называют корпоративными.

Распределенные компьютерные сети, глобальные или Wide Area Network (WAN), расположенные в разных зданиях, городах и странах, которые бывают территориальными, смешанными и глобальными. Глобальные сети бывают четырех основных видов: городские, региональные, национальные и транснациональные, мировыми. В качестве примеров распределенных сетей очень большого масштаба можно назвать: Internet, EUNET, Relcom, FIDO.

В состав сети в общем случае включается следующие элементы:

сетевые компьютеры (оснащенные сетевым адаптером);

каналы связи (кабельные, спутниковые, телефонные, цифровые, волоконно-оптические, радиоканалы и др.);

преобразователи сигналов;

сетевое оборудование.

Различают два вида сетей: коммуникационная сеть и информационная сеть. ^ Коммуникационная сеть предназначена для передачи данных. Она также решает задачи, связанные с преобразованием данных. Коммуникационные сети различаются по типу используемых физических средств соединения.

^ Информационная сеть предназначена для хранения информации и состоит из информационных систем. На базе коммуникационной сети может быть построена группа информационных сетей. Под информационной системой понимается объект, способный осуществлять хранение, обработку и передачу информация. В состав информационной системы входят: компьютеры, программы, пользователи и другие составляющие, предназначенные для процесса обработки и передачи данных. Информационная система, предназначенная для решения задач пользователя называется рабочей станцией (client). Рабочая станция в сети отличается от обычного персонального компьютера (ПК) наличием сетевой карты (сетевого адаптера), канала для передачи данных, сетевого и профессионального программного обеспечения.

Под каналом связи следует понимать путь или средство, по которому передаются сигналы. Средство передачи сигналов называют абонентским, или физическим, каналом. Каналы связи (data link) создаются по линиям связи при помощи сетевого оборудования и физических средств связи. Физические средства связи построены на основе витых пар, коаксиальных кабелей, оптических каналов или эфира. Между взаимодействующими информационными системами через физические каналы коммуникационной сети и узлы коммутации устанавливаются логические каналы.

^ Логический канал – это путь для передачи данных от одной системы к другой. Логический канал прокладывается по маршруту в одном или нескольких физических каналах. Логический канал можно охарактеризовать, как маршрут, проложенный через физические каналы и узлы коммутации.

Информация в сети передается блоками данных по процедурам обмена между объектами. Эти процедуры называют протоколами передачи данных.

Протокол – это совокупность правил, устанавливающих формат и процедуры обмена информацией между двумя или несколькими устройствами.

Загрузка сети характеризуется параметром, называемым трафиком. Трафик (traffic) – это поток сообщений в сети передачи данных. Под ним понимают количественное измерение в выбранных точках сети числа проходящих блоков данных и их длины, выраженное в битах в секунду. Существенное влияние на характеристику сети оказывает метод доступа. Метод доступа – это способ определения того, какая из рабочих станций сможет следующей использовать канал связи и как управлять доступом к каналу связи.

В сети все рабочие станции физически соединены между собою каналами связи по определенной структуре, называемой топологией. Топология – это описание физических соединений в сети, указывающее какие рабочие станции могут связываться между собой. Тип топологии определяет производительность, работоспособность и надежность эксплуатации рабочих станций, а также время обращения к файловому серверу. В зависимости от топологии сети используется тот или иной метод доступа.

Состав основных элементов в сети зависит от ее архитектуры. Архитектура – 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.

В основном выделяют три вида архитектур: архитектура терминал - главный компьютер, архитектура клиент - сервер и одноранговая архитектура.

Современные сети можно классифицировать по различным признакам: по удаленности компьютеров, топологии, назначению, перечню предоставляемых услуг, принципам управления (централизованные и децентрализованные), методам коммутации, методам доступа, видам среды передачи, скоростям передачи данных и т. д.

^ Преимущества использования сетей. Компьютерные сети представляют собой вариант сотрудничества людей и компьютеров, обеспечивающий ускорение обработки и доставки информации. Соединенные в сеть компьютеры обмениваются информацией и совместно используют: периферийное оборудование; устройства хранения информации; ресурсы друг друга и т.д. Она позволяет работать с многопользовательскими программами, обеспечивающими одновременный доступ пользователей к общим базам данных с блокировкой файлов и записей, обеспечивающей целостность данных.

Совместное использование ресурсов обеспечит экономию средств и времени. Например, можно коллективно использовать один лазерный принтер вместо покупки принтера каждому сотруднику. Можно использовать ЛВС как почтовую службу и рассылать служебные записки, доклады и сообщения другим пользователям.

^ Архитектура сетей. Архитектура сети определяет основные элементы сети, характеризует ее общую логическую организацию, техническое обеспечение, программное обеспечение, описывает методы кодирования. Архитектура также определяет принципы функционирования и интерфейс пользователя. Рассмотрим следующие три вида архитектур:

архитектура терминал - главный компьютер;

одноранговая архитектура;

архитектура клиент - сервер.

Архитектура терминал - главный компьютер. Архитектура терминал – главный компьютер (terminal – host computer architecture) – это концепция информационной сети, в которой вся обработка данных осуществляется одним или группой главных компьютеров. Рассматриваемая архитектура предполагает два типа оборудования:

Главный компьютер, где осуществляется управление сетью, хранение и обработка данных.

Терминалы, предназначенные для передачи главному компьютеру команд на организацию сеансов и выполнения заданий, ввода данных для выполнения заданий и получения результатов.

Главный компьютер через мультиплексоры передачи данных (МПД)

взаимодействуют с терминалами, как представлено на рис. 1.1.



Рис. 1.1. Архитектура терминал – главный компьютер


Классический пример архитектуры сети с главными компьютерами – системная сетевая архитектура (System Network Architecture – SNA).

^ Одноранговая архитектура. Одноранговая архитектура (peer-to-peer architecture) - это концепция информационной сети, в которой ее ресурсы рассредоточены по всем системам. Данная архитектура характеризуется тем, что в ней все системы равноправны. К одноранговым сетям относятся малые сети, где любая рабочая станция может выполнять одновременно функции файлового сервера и рабочей станции. В одноранговых ЛВС дисковое пространство и файлы на любом компьютере могут быть общими. Чтобы ресурс стал общим, его необходимо отдать в общее пользование, используя службы удаленного доступа сетевых одноранговых операционных систем. В зависимости от того, как будет установлена защита данных, другие пользователи смогут пользоваться файлами сразу же после их создания. ЛВС достаточно хороши только для небольших рабочих групп. Одноранговые ЛВС являются наиболее легким и дешевым типом сетей для установки. При соединении компьютеров, пользователи могут предоставлять ресурсы и информацию в совместное пользование. Они имеют следующие преимущества:

простота установки и настройки;

ПК не зависят от выделенного сервера;

возможность пользователей контролировать свои ресурсы;



Рис. 1.2. Одноранговая архитектура


малая стоимость и простота эксплуатации;

минимум оборудования и программного обеспечения;

нет необходимости в администраторе;

хорошо подходят для сетей с количеством пользователей, не превышающим десяти.

Проблемой одноранговой архитектуры является ситуация, когда компьютеры отключаются от сети. В этих случаях из сети исчезают виды сервиса, которые они предоставляли. Сетевую безопасность одновременно можно применить только к одному ресурсу, и пользователь должен помнить столько паролей, сколько сетевых ресурсов. При получении доступа к разделяемому ресурсу происходит падение производительности компьютера. Существенным недостатком одноранговых сетей является отсутствие централизованного администрирования. Использование одноранговой архитектуры не исключает применения в той же сети также архитектуры «терминал - главный компьютер» или архитектуры «клиент - сервер».

^ Архитектура клиент - сервер (client-server architecture) - это концепция информационной сети, в которой основная часть ее ресурсов сосредоточена в серверах, обслуживающих своих клиентов (рис. 1.3). Рассматриваемая архитектура определяет два типа компонентов: серверы и клиенты.

^ Сервер - это компьютер, предоставляющий сервис другим компьютерам сети по их запросам. Сервис - это процесс обслуживания клиентов.



^ Рис. 1.3. Архитектура клиент – сервер


Сервер работает по заданиям клиентов и управляет выполнением их заданий. После выполнения задания сервер посылает полученные результаты клиенту. Сервисная функция в архитектуре клиент - сервер обеспечивается комплексом прикладных программ сетевого обслуживания клиентов. На рис. 1.4 приведен перечень сервисов в архитектуре клиент сервер. Клиенты - это рабочие станции или места, использующие ресурсы сервера и предоставляющие удобные интерфейсы пользователя. Интерфейсы пользователя это процедуры взаимодействия пользователя с системой или сетью. Клиент является инициатором и использует сервисы сервера. Он запрашивает вид обслуживания, устанавливает сеанс, получает нужные ему результаты и сообщает об окончании работы. На сервере устанавливается сетевая серверная операционная система. Наиболее распространенными сетевыми серверными операционными системами на сегодняшний день являются:

Microsoft Windows NT Server;

Microsoft Windows 2003 Server;

UNIX фирмы AT&T;

Linux.




Рис. 1.4. Сервисы архитектуры клиент сервер


Помимо сетевой операционной системы необходимы сетевые прикладные программы, реализующие преимущества, предоставляемые сетью. Сети на базе серверов имеют лучшие характеристики и повышенную надежность. Сервер владеет главными ресурсами сети, к которым обращаются остальные рабочие станции. Сети клиент - серверной архитектуры имеют следующие преимущества:

организация сетей с большим количеством рабочих станций;

централизованное управление учетными записями пользователей;

администрирование доступа пользователей к сети путем назначения паролей;

эффективное управление сетевыми информационными ресурсами и т.д.

Наряду с преимуществами сети клиент - серверной архитектуры имеют и ряд недостатков:

неисправность сервера может сделать сеть неработоспособной, как минимум потерю сетевых ресурсов;

требуют квалифицированного персонала для администрирования;

имеют более высокую стоимость сетей и сетевого оборудования.

Выбор архитектуры сети. Выбор архитектуры сети зависит от назначения сети, количества необходимых рабочих станций. Одноранговую организацию сети следует выбирать, если:

количество пользователей не превышает десяти;

небольшие финансовые возможности;

нет необходимости в специализированном сервере: сервере баз данных; в файл-сервере; в Web-сервере; в почтовом сервере и т.д.;

нет необходимости в централизованном администрировании доступа.

Клиент серверная организация сети необходима, если:

количество пользователей превышает десяти;

требуется централизованное управление безопасностью информационных ресурсов;

совместное использование периферийного оборудования экономически выгодно;

требуется управление доступом к глобальной сети Internet (рис. 1.5);

необходимо разделение ресурсов сети на уровне пользователей.




Рис. 1.5. Управление доступом к глобальной сети Internet

^ 1.2. Семиуровневая модель OSI

Для единого представления данных в сетях с неоднородными устройствами и программным обеспечением международная организация по стандартам ISO (International Standardization Organization) разработала базовую модель связи открытых систем OSI (Open System Interconnection). Эта модель описывает правила и процедуры передачи данных в различных сетевых средах при организации сеанса связи. Основными элементами модели являются уровни, прикладные процессы и физические средства соединения. На рис. 1.6 представлена структура базовой модели. Каждый уровень модели OSI выполняет определенную задачу в процессе передачи данных по сети. Базовая модель является основой для разработки сетевых протоколов. OSI разделяет коммуникационные функции в сети на семь уровней, каждый из которых обслуживает различные части процесса области взаимодействия открытых систем.



Рис. 1.6. Модель OSI


Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, не касаясь приложений конечных пользователей. Приложения реализуют свои собственные протоколы взаимодействия, обращаясь к системным средствам. Если приложение может взять на себя функции некоторых верхних уровней модели OSI, то для обмена данными оно обращается напрямую к системным средствам, выполняющим функции оставшихся нижних уровней модели OSI.

^ Взаимодействие уровней модели OSI. Модель OSI, как показано на рис. 1.7, можно разделить на две составляющие:

горизонтальную модель на базе протоколов, обеспечивающую механизм взаимодействия программ и процессов на различных машинах;

вертикальную модель на основе услуг, обеспечиваемых соседними уровнями друг другу на одной машине.



Рис. 1.7. Разновидности модели OSI


Каждый уровень компьютера-отправителя взаимодействует с таким же уровнем компьютера-получателя, как будто он связан напрямую. Такая связь называется логической или виртуальной связью. В действительности взаимодействие осуществляется между смежными уровнями одного компьютера. Итак, информация на компьютере-отправителе должна пройти через все уровни. Затем она передается по физической среде до компьютера-получателя и опять проходит сквозь все слои, пока не доходит до того же уровня, с которого она была послана на компьютере-отправителе. В горизонтальной модели двум программам требуется общий протокол для обмена данными. В вертикальной модели соседние уровни обмениваются данными с использованием интерфейсов прикладных программ API (Application Programming Interface). Перед подачей в сеть данные разбиваются на пакеты. Пакет (packet) - это единица информации, передаваемая между станциями сети. При отправке данных пакет проходит последовательно через все уровни программного обеспечения. На каждом уровне к пакету добавляется управляющая информация данного уровня (заголовок), которая необходима для успешной передачи данных по сети, как это показано на рис. 1.8, где «Заг» - заголовок пакета, «Кон» - конец пакета. На принимающей стороне пакет проходит через все уровни в обратном порядке. Протокол каждого уровня читает информацию пакета, затем удаляет информацию, добавленную к пакету на этом же уровне отправляющей стороной, и передает пакет следующему уровню. Когда пакет дойдет до прикладного уровня, вся управляющая информация будет удалена из пакета, и данные примут свой первоначальный вид.




Рис. 1.8. Формирование пакета каждого уровня семиуровневой модели


Каждый уровень модели выполняет свою функцию. Чем выше уровень, тем более сложную задачу он решает. Уровни модели OSI удобно рассматривать как группы программ, предназначенных для выполнения конкретных функций. Один уровень, к примеру, отвечает за обеспечение преобразования данных из ASCII в EBCDIC и содержит программы необходимые для выполнения этой задачи. Предыдущий уровень обеспечивает сервис для вышестоящего уровня, запрашивая сервис у нижестоящего уровня. Верхние уровни запрашивают сервис почти одинаково. Это требование маршрутизации данных из одной сети в другую. Практическая реализация принципов адресации данных возложена на нижние уровни.

Рассматриваемая модель определяет взаимодействие открытых систем разных производителей в одной сети. Поэтому она выполняет для них согласующие действия по:

взаимодействию прикладных процессов;

формам представления данных;

единообразному хранению данных;

управлению сетевыми ресурсами;

безопасности данных и защите информации;

диагностике программ и технических средств.

Описание функций всех уровней приведено на рис. 1.9.




Рис. 1.9. Функции уровней


Прикладной уровень (Application layer). Прикладной уровень обеспечивает прикладным процессам средства доступа к области взаимодействия, является верхним (седьмым) уровнем и непосредственно примыкает к прикладным процессам. В действительности прикладной уровень - это набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например с помощью протокола электронной почты. Специальные элементы прикладного сервиса обеспечивают сервис для конкретных прикладных программ, таких как программы пересылки файлов и эмуляции терминалов. Если, например программе необходимо переслать файлы, то обязательно будет использован протокол передачи, доступа и управления файлами FTAM (File Transfer, Access, and Management). В модели OSI прикладная программа, которой нужно выполнить конкретную задачу (например, обновить базу данных на компьютере), посылает конкретные данные в виде дейтаграммы на прикладной уровень. Одна из основных задач этого уровня - определить, как следует обрабатывать запрос прикладной программы, другими словами, какой вид должен принять данный запрос. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением (message).

Прикладной уровень выполняет следующие функции:

Описание форм и методов взаимодействия прикладных процессов.

Выполнение следующих видов работ:

передача файлов;

управление заданиями;

управление системой и т.д.

Идентификация пользователей по их паролям, адресам, электронным подписям.

Определение функционирующих абонентов и возможности доступа к новым прикладным процессам.

Определение достаточности имеющихся ресурсов.

Организация запросов на соединение с другими прикладными процессами.

Передача заявок представительскому уровню на необходимые методы описания информации.

Выбор процедур планируемого диалога процессов.

Управление данными, которыми обмениваются прикладные процессы и синхронизация взаимодействия прикладных процессов.

Определение качества обслуживания (время доставки блоков данных, допустимой частоты ошибок).

Соглашение об исправлении ошибок и определении достоверности данных.

Согласование ограничений, накладываемых на синтаксис (наборы символов, структура данных).

Указанные функции определяют виды сервиса, которые прикладной уровень предоставляет прикладным процессам. Кроме этого, прикладной уровень передает прикладным процессам сервис, предоставляемый физическим, канальным, сетевым, транспортным, сеансовым и представительским уровнями. На прикладном уровне необходимо предоставить в распоряжение пользователей уже переработанную информацию. С этим может справиться системное и пользовательское программное обеспечение. Прикладной уровень отвечает за доступ приложений в сеть. Задачами этого уровня является перенос файлов, обмен почтовыми сообщениями и управление сетью. Наиболее распространенными протоколами верхних трех уровней являются:

FTP (File Transfer Protocol) протокол передачи файлов;

TFTP (Trivial File Transfer Protocol) простейший протокол пересылки файлов;

X.400 электронная почта;

Telnet работа с удаленным терминалом;

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) простой протокол почтового обмена;

CMIP (Common Management Information Protocol) общий протокол управления информацией;

SLIP (Serial Line IP) IP для последовательных линий. Протокол последовательной посимвольной передачи данных;

SNMP (Simple Network Management Protocol) простой протокол сетевого управления;

FTAM (File Transfer, Access, and Management) протокол передачи, доступа и управления файлами.

^ Уровень представления данных (Presentation layer). Уровень представления данных или представительский уровень представляет данные, передаваемые между прикладными процессами, в нужной форме данные. Этот уровень обеспечивает то, что информация, передаваемая прикладным уровнем, будет понятна прикладному уровню в другой системе. В случае необходимости уровень представления в момент передачи информации выполняет преобразование форматов данных в некоторый общий формат представления, а в момент приема, соответственно, выполняет обратное преобразование. Таким образом, прикладные уровни могут преодолеть, например, синтаксические различия в представлении данных. Такая ситуация может возникнуть в ЛВС с неоднотипными компьютерами (IBM PC и Macintosh), которым необходимо обмениваться данными. Так, в полях баз данных информация должна быть представлена в виде букв и цифр, а зачастую и в виде графического изображения. Обрабатывать же эти данные нужно, например, как числа с плавающей запятой.

В основу общего представления данных положена единая для всех уровней модели си