No Image

Эталонная модель tcp ip

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
22 января 2020

В 1982 году Международной организацией по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO) при поддержке ITU-T был начат новый проект в области сетевых технологий, который был назван Open System Intercommunication (OSI). Эта модель является первым ша­гом к международной стандартизации протоколов, используемых на различных уровнях (Day и Zimmerman, 1983). Затем она была пересмотрена в 1995 году (Day, 1995). Открытым называется взаимодействие, которое может поддерживаться в неоднородных средах, содержащих системы разных поставщиков. Модель OSI устанавливает глобальный стандарт, определяющий состав функциональных уровней при открытом взаимодействии между компьютерами.

У моделей OSI и TCP имеется много общих черт. Обе модели основаны на концепции стека независимых протоколов. Функциональность уровней также во многом схожа. Например, в каждой модели уровни, начиная с транспортного и выше, предоставляют сквозную, не зависящую от сети транспортную службу для процессов, желающих обмениваться информацией. Эти уровни образуют поставщика транспорта. Также в каждой модели уровни выше транспортного являются прикладными потребителями транспортной службы.

Прикладной уровень

Обеспечивает преобразование данных, специфичных для каждого приложения. Отвечает за доступ приложений в сеть.

Протоколы

HTTP, gopher, Telnet, DNS, SMTP, SNMP, CMIP, FTP, TFTP, SSH, IRC, AIM, NFS, NNTP, NTP, SNTP, XMPP, FTAM, APPC, X.400, X.500, AFP, LDAP, SIP, ITMS, ModbusTCP, BACnetIP, IMAP, POP3, SMB, MFTP, BitTorrent, eD2k, PROFIBUS

Уровень представления

Осуществляет преобразование данных общего характера (кодирование, компрессия и т.п.) прикладного уровня в поток информации для транспортного уровня. Отвечает за возможность диалога между приложениями на разных машинах.

Протоколы

HTTP, ASN.1, XML-RPC, TDI, XDR, SNMP, FTP, Telnet, SMTP, NCP, AFP

Сеансовый уровень

Добавляет транспортной функции удобства обращения, управляет диалогом на протяжении установленной сессии связи. Отвечает за организацию сеансов обмена данными между оконечными машинами.

Протоколы

ASP, ADSP, DLC, Named Pipes, NBT, NetBIOS, NWLink, Printer Access Protocol, Zone Information Protocol, SSL, TLS, SOCKS

Транспортный уровень

Выполняет свободную от ошибок, ориентированную на работу с сообщениями сквозную передачу. Делит потоки информации на достаточно малые фрагменты (пакеты) для передачи их на сетевой уровень.

Протоколы

TCP, UDP, NetBEUI, AEP, ATP, IL, NBP, RTMP, SMB, SPX, SCTP, DCCP, RTP, TFTP

Сетевой уровень

Обеспечивает маршрутизацию, и управление загрузкой канала передачи, предоставляет необработанный маршрут передачи, состоящий лишь из конечных точек. Отвечает за деление пользователей на группы. На этом уровне происходит маршрутизация пакетов на основе преобразования MAC-адресов в сетевые адреса. Сетевой уровень обеспечивает также прозрачную передачу пакетов на транспортный уровень.

Протоколы

IP, IPv6, ICMP, IGMP, IPX, NWLink, NetBEUI, DDP, IPSec, ARP, RARP, DHCP, BootP, SKIP, RIP

Канальный уровень

Осуществляет свободную от ошибок передачу по отдельному каналу связи. Обеспечивает создание, передачу и прием кадров данных. Этот уровень обслуживает запросы сетевого уровня и использует сервис физического уровня для приема и передачи пакетов. Спецификации IEEE 802.x делят канальный уровень на два подуровня: управление логическим каналом (LLC) и управление доступом к среде (MAC). LLC обеспечивает обслуживание сетевого уровня, а подуровень MAC регулирует доступ к разделяемой физической среде.

Протоколы

ARCnet, ATM, DTM, SLIP, SMDS, Ethernet, FDDI, Frame Relay, LocalTalk, Token ring, StarLan, WiFi, L2F, L2TP, PPTP, PPP, PPPoE, PROFIBUS,STP

Физический уровнь

Выполняет реальную физическую передачу бит данных. Получает пакеты данных от вышележащего канального уровня и преобразует их в оптические или электрические сигналы, соответствующие 0 и 1 бинарного потока. Эти сигналы посылаются через среду передачи на приемный узел. Механические и электрические/оптические свойства среды передачи определяются на физическом уровне и включают:

  • Тип кабелей и разъемов
  • Разводку контактов в разъемах
  • Схему кодирования сигналов для значений 0 и 1

Протоколы

RS-232, RS-422, RS-423, RS-449, RS-485, ITU-T, xDSL, ISDN, T-carrier (T1, E1), модификации стандарта Ethernet: 10BASE-T, 10BASE2, 10BASE5, 100BASE-T (включает 100BASE-TX, 100BASE-T4, 100BASE-FX), 1000BASE-T, 1000BASE-TX, 1000BASE-SX

Cтек TCP/IP

Модель TCP/IP называют также моделью DARPA (сокращение от Defense Advanced Research Projects Agency, организация, в которой в свое время разрабатывались сетевые проекты, в том числе протокол TCP/IP, и которая стояла у истоков сети Интернет) или моделью Министерства обороны CША (модель DoD, Department of Defense, проект DARPA работал по заказу этого ведомства).

Модель TCP/IP разрабатывалась для описания стека протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Она была разработана значительно раньше, чем модель OSI — в 1970 г. был разработан необходимый набор стандартов, а к 1978 году окончательно оформилось то, что сегодня мы называем TCP/IP. Позже стек адаптировали для использования в локальных сетях. В начале 1980 г. протокол стал составной частью ОС UNIX. В том же году появилась объединенная сеть Internet..

Стек протоколов TCP/IP — набор сетевых протоколов, на которых базируется интернет. Обычно в стеке TCP/IP верхние 3 уровня (прикладной, представительный и сеансовый) модели OSI объединяют в один — прикладной. Поскольку в таком стеке не предусматривается унифицированный протокол передачи данных, функции по определению типа данных передаются приложению.

В отличие от эталонной модели OSI, модель ТСР/IP в большей степени ориентируется на обеспечение сетевых взаимодействий, нежели на жесткое разделение функциональных уровней. Для этой цели она признает важность иерархической структуры функций, но предоставляет проектировщикам протоколов достаточную гибкость в реализации. Соответственно, эталонная модель OSI гораздо лучше подходит для объяснения механики межкомпьютерных взаимодействий, но протокол TCP/IP стал основным межсетевым протоколом.

Читайте также:  Удобный телефон для женщины

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Стек протоколов TCP/IP – это альфа и омега Интернета, и нужно не только знать, но также понимать модель и принцип работы стека.

Мы разобрались с классификацией, стандартами сетей и моделью OSI. Теперь поговорим о стеке, на базе которого построена всемирная система объединенных компьютерных сетей Интернет.

Изначально данный стек создавался для объединения больших компьютеров в университетах по телефонным линиям связи соединения «точка-точка». Но когда появились новые технологии, широковещательные (Ethernet) и спутниковые, возникла необходимость адаптировать TCP/IP, что оказалось непростой задачей. Именно поэтому наряду с OSI появилась модель TCP/IP.

Через модель описывается, как необходимо строить сети на базе различных технологий, чтобы в них работал стек протоколов TCP/IP.

В таблице представлено сравнение моделей OSI и TCP/IP. Последняя включает в себя 4 уровня:

  1. Самый нижний, уровень сетевых интерфейсов, обеспечивает взаимодействие с сетевыми технологиями (Ethernet, Wi-Fi и т. д.). Это объединение функций канального и физического уровней OSI.
  2. Уровень интернет стоит выше, и по задачам перекликается с сетевым уровнем модели OSI. Он обеспечивает поиск оптимального маршрута, включая выявление неполадок в сети. Именно на этом уровне работает маршрутизатор.
  3. Транспортный отвечает за связь между процессами на разных компьютерах, а также за доставку переданной информации без дублирования, потерь и ошибок, в необходимой последовательности.
  4. Прикладной объединил в себе 3 уровня модели OSI: сеансовый, представления и прикладной. То есть он выполняет такие функции, как поддержка сеанса связи, преобразование протоколов и информации, а также взаимодействие пользователя и сети.

Иногда специалисты пытаются объединить обе модели в нечто общее. Например, ниже приведено пятиуровневое представление симбиоза от авторов «Компьютерные сети» Э. Таненбаума и Д. Уэзеролла:

Модель OSI обладает хорошей теоретической проработкой, но протоколы не используются. С моделью TCP/IP все иначе: протоколы широко используются, но модель подходит исключительно для описания сетей на базе TCP/IP.

  • TCP/IP – это стек протоколов, представляющий собой основу Интернета.
  • Модель OSI (Базовая Эталонная Модель Взаимодействия Открытых Систем) подходит для описания самых разных сетей.

Рассмотрим каждый уровень более подробно.

Нижний уровень сетевых интерфейсов включает в себя Ethernet, Wi-Fi и DSL (модем). Данные сетевые технологии формально не входят в состав стека, но крайне важны в работе интернета в целом.

Основной протокол сетевого уровня – IP (Internet Protocol). Это маршрутизированный протокол, частью которого является адресация сети (IP-адрес). Здесь также работают такие дополнительные протоколы, как ICMP, ARRP и DHCP. Они обеспечивают работу сетей.

На транспортной уровне расположились TCP – протокол, обеспечивающий передачу данных с гарантией доставки, и UDP – протокол для быстрой передачи данных, но уже без гарантии.

Прикладной уровень – это HTTP (для web), SMTP (передача почты), DNS (назначение IP-адресам понятных доменных имен), FTP (передача файлов). Протоколов на прикладном уровне стека TCP/IP больше, но приведенные можно назвать самыми значимыми для рассмотрения.

Помните, что стек протоколов TCP/IP задает стандарты связи между устройствами и содержит соглашения о межсетевом взаимодействии и маршрутизации.

В настоящее время основным используемым стеком протоколов является TCP/IP, он был разработан ещё до принятия модели OSI и вне связи с ней. Название TCP/IP происходит из двух наиважнейших протоколов семейства – Transmission Control Protocol (TCP) и Internet Protocol (IP), которые были разработаны и описаны первыми в данном стандарте. Также изредка упоминается как модель DOD в связи с историческим происхождением от сети ARPANET из 1970 годов (под управлением DARPA, Министерства обороны США).

ARPANET была исследовательской сетью, финансируемой Министерством обороны США. В конце концов она объединила сотни университетов и правительственных зданий при помощи выделенных телефонных линий. Когда впоследствии появились спутниковые сети и радиосети, возникли большие проблемы при объединении с ними других сетей с помощью имеющихся протоколов. Понадобилась новая эталонная архитектура. Таким образом, возможность объединять различные сети в единое целое являлась одной из главных целей с самого начала. Позднее эта архитектура получила название эталонной модели TCP/IP в соответствии со своими двумя основными протоколами.

Поскольку Министерство обороны беспокоилось, что ценные хосты, маршрутизаторы и межсетевые шлюзы могут быть мгновенно уничтожены, другая важная задача состояла в том, чтобы добиться способности сети сохранять работоспособность при возможных потерях подсетевого оборудования, так, чтобы при этом связь не прерывалась. Другими словами, Министерство обороны требовало, чтобы соединение не прерывалось, пока функционируют приемная и передающая машины, даже если некоторые промежуточные машины или линии связи внезапно вышли из строя. Кроме того, от архитектуры нужна была определенная гибкость, поскольку предполагалось использовать приложения с различными требованиями, от переноса файлов до передачи речи в реальном времени.

В стеке TCP/IP определены 4 уровня. Эти уровни выполняют те же функции, что и семь уровней модели OSI . Примерное соответствие уровней двух моделей приведено на рисунке.

Рис. 6 – Эталонная модель TCP/IP

Читайте также:  Список эпизодов во все тяжкие

3. Методы передачи данных по каналам связи. Коммутация каналов, сообщений, пакетов

Каналом связи называют физическую среду и аппаратурные средства, осуществляющие передачу информации от одного узда коммутации к другому либо к абоненту связи. Под физической средой понимается пространство иди материал, обеспечивающие распространение сигналов: проводная воздушная или кабельная линия, скрученная пара проводов, коаксиальный кабель, световодная (стекловолоконная) линия, эфир.

В технике связи используются телеграфные и телефонные каналы связи. По телеграфным каналам информация передается в дискретной форме, что облегчает их сопряжение с ЭВМ. Однако скорость передачи информации по телеграфным каналам невелика и составляет всего 50 – 200 бит/с. По телефонным каналам информация (речь) передается в аналоговой форме, и поэтому значительно усложняется сопряжение этих каналов с ЭВМ. Однако эти каналы позволяют при использовании соответствующей дополнительной аппаратуры производить передачу двоично-кодированной информации с большей скоростью.

В настоящее время в технике вычислительных "сетей и телеобработки для передачи данных используют главным образом аналоговые каналы связи. При этом требуется специальная аппаратура передачи данных (АПД), осуществляющая необходимые для сопряжения аналоговых каналов с ЭВМ преобразования форм представления передаваемой информации, а также некоторые другие операции.

Канал связи, оснащенный аппаратурой для передачи дискретной информации, называется каналом передачи данных.

По возможным направлениям передачи информации различают каналы:

1) симплексные, позволяющие передавать данные только в одном направлении;

2) полудуплексные, передающие данные в обоих направлениях, но не одновременно;

3) дуплексные, позволяющие передавать одновременно данные в обоих направлениях.

Каналы передачи данных в зависимости от скорости передачи делятся на низкоскоростные со скоростью передачи 50, 75, 100, 200 бит/с (по телеграфным линиям связи), среднескоростные со скоростью передачи 600, 1200, 2400, 4800 и 9600 бит/с (по телефонным каналам), высокоскоростные со скоростью 24000, 48000, 96000 бит/с (по ВЧ-каналам).

Передача дискретной (двоично-кодированной) информации по аналоговым каналам связи осуществляется путем модуляции в передающем пункте колебаний несущей частоты (значение частоты зависит от скорости передачи данных; наименьшая из употребляемых частот (500 Гц) двоичными сигналами передаваемого кода с последующей демодуляцией -восстановлением первоначальной формы сообщения в приемном пункте. Операции модуляции и демодуляции выполняются в устройствах, называемы х модемами.

Применяются три основных вида модуляции: амплитудная, частотная и фазовая, которые поясняются на рис. 7.

Рис. 7. Виды модуляции: а – амплитудная; 6 – частотная; в – фазовая

Сама передача данных в канале связи может быть асинхронной и синхронной (рис. 8). При асинхронной передаче символы передаются в свободном темпе независимо друг от друга, причем каждый символ передается со своими сигналами «Старт» и «Стоп», указывающими на начало и конец передачи символа.

При синхронной передаче блок символов передается непрерывно в принудительном темпе, а синхронизация передающего и принимающего устройств достигается посылкой специальных кодовых комбинаций перед каждым блоком данных.

Асинхронная передача позволяет передавать информацию с устройств, которые выдают ее асинхронно во времени (например, ручные клавиатуры печатающих машинок, дисплеев и т. д.). Однако скорость передачи информации при асинхронном методе низка, так как велика ее избыточность из-за большого числа служебных сигналов. Поэтому асинхронная передача используется только при скорости передачи в телефонном канале до 200 бит/с. Синхронный метод обеспечивает большую скорость передачи данных из-за меньшей избыточности информации, но требует более сложной аппаратуры.

Помехи в каналах связи могут вызывать ошибки при передаче информации. Достоверность передачи данных оценивается отношением числа ошибочно принятых символов к общему числу переданных. Для телефонных коммутируемых каналов достоверность передачи составляет 10

3 . Такое низкое значение достоверности передачи заставляет в ряде случаев применять специальные методы (контроль по четности, контрольные суммы, циклические коды) и средства контроля правильности передачи, автоматического повторения передачи при появлении ошибки или автоматической коррекции.

Большую часть стоимости вычислительных сетей и крупных систем телеобработки составляют каналы связи. Это делает необходимым применение уплотнения и концентрации каналов связи.

Уплотнение каналов связи представляет собой статическое разделение канала, при котором определенные полосы частот или периоды времени в уплотняемом канале выделяются в фиксированном, заранее заданном порядке для использования в качестве отдельных каналов.

Рис. 8. Асинхронная (а) и синхронная (б) передачи данных

Концентрация каналов связи в отличие от уплотнения является динамической процедурой распределения меньшего числа более скоростных выходных каналов концентратора в соответствии с имеющимися запросами между большим числом менее скоростных входных каналов.

Передача данных в вычислительных сетях производится следующими методами: коммутацией каналов, коммутацией сообщений и коммутацией пакетов (рис. 9) . Выбор метода зависит от назначения сети и характера передаваемых данных.

Рис. 9 – Фрагмент сети передачи данных (а) и процедуры передачи данных с коммутацией каналов (б), сообщений (в) и пакетов (г)

Коммутация каналов. В 60-х годах основным средством связи были телефонные линии, использующие принцип коммутации каналов. При этом методе в сети передачи данных устанавливается физическое соединение между пунктами отправления и назначения (источником и адресатом) путем образования составного’ канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков. Установление связи между источником и адресатом производится путем посылки пунктом отправления сигнализирующего сообщения, которое, перемещаясь по сети передачи данных от одного узла коммутации каналов к другому и занимая пройденные каналы, прокладывает путь от источника к пункту назначения. Этот путь (составной канал) состоит из физических каналов, имеющих одну и ту же скорость передачи данных. Об установлении физического соединения из пункта назначения в источник посылается сигнал обратной связи. Затем из источника передается сообщение по установленному пути с одновременным использованием всех образующих его каналов, которые оказываются недоступными для других передач, пока источник их не освободит.

Читайте также:  Яндекс деньги кошелек пополнить через банковскую карту

Недостаток: нельзя освободить канал в период простоя. Под каждый сеанс разговора между двумя абонентами выделяется отдельный канал на всем протяжении линии. Он устанавливается в момент соединения и занят, пока есть соединение. Если нет свободных каналов, то линия становится перегруженной.

Основные способы организации каналов, по которым могут разговаривать много пользователей:

частотное мультиплексирование (разделение) – для каналов выделяются частотные поддиапазоны. Например, этот метод используется в технологии X-DSL. По кабелю передаются сигналы различной частоты: телефонный разговор-0,3-3,4 Кгц а для передачи данных используется полоса от 28 до 1300 Кгц.

временное мультиплексирование – используются все частоты, но в определенное время, т.е. канал используется попеременно каждым абонентом. Вся пропускная способность выходного канала предоставляется в течение фиксированных интервалов времени каждому входному каналу. Недостаток: даже если какой-то входной канал не использует для передачи выделенный ему интервал, другие каналы не могут передавать данные в это время.

При коммутации сообщений и пакетов информация передается с запоминанием в промежуточных узлах сети передачи данных без установления физического соединения между пунктами отправления и назначения. Между ними устанавливается виртуальное или логическое соединение.

Коммутация сообщений. При этом методе физическое соединение устанавливается только между соседними узлами сети (называемыми центрами или узлами коммутации сообщений) и только на время передачи сообщения. Каждое сообщение снабжается заголовком и транспортируется по сети как единое целое. Поступившее в узел сообщение запоминается в его буферном ЗУ и в подходящий момент, когда освободится соответствующий канал связи, передается в следующий соседний узел. Сообщение как бы прыгает от одного узла к другому, занимая в каждый момент передачи только канал между соседними узлами. При этом виртуальный канал между источником и адресом может состоять из физических каналов с разной скоростью передачи данных. Коммутация сообщений по сравнению с коммутацией каналов позволяет ценой усложнения аппаратуры узла коммутации уменьшить задержку при передаче данных и повысить общую пропускную способность сети передачи данных.

Рис. 10. Пакетирование сообщений

Коммутация пакетов является развитием метода коммутации сообщений. Она позволяет добиться дальнейшего увеличения пропускной способности сети, скорости и надежности передачи данных.

Поступающее от абонента сообщение подвергается в интерфейсных процессорах пакетированию – разбивается на пакеты, имеющие фиксированную длину, например 1 Кбайт (рис. 10). Пакеты метятся служебной информацией – заголовком, указывающим адрес пункта отправления, адрес пункта назначения и номер пакета в сообщении. Пакеты транспортируются в сети как независимые сообщения и поступают в узел коммутации пакетов, где накапливаются в буферах каналов связи. Затем они передаются в выходной буфер, где вперемежку накапливаются пакеты различных сообщений, которые выдаются на скоростной канал связи для передачи в соседний узел коммутации. В пункте назначения интерфейсный процессор формирует из пакетов исходное сообщение.

Важным достоинством коммутации пакетов является возможность одновременной передачи пакетов одного и того же сообщения разными маршрутами, что уменьшает время и увеличивает надежность передачи сообщения.

При передаче короткими пакетами уменьшаются вероятность появления ошибок и время занятости каналов повторными передачами. Как видно из рис. 9, при коммутации каналов имеется наибольшая задержка в передаче информации, что определяется сравнительно большим временем установления связи из-за ожидания освобождения промежуточных каналов. Монополизация источником на все время связи каналов, образующих путь от него к адресату, снижает общую пропускную способность сети передачи данных. Однако коммутация каналов обладает важной особенностью: если связь источник — адресат установлена, то при передаче сохраняются неизменными временные соотношения между элементами передаваемой информации (временная прозрачность), что имеет значение для систем, работающих в реальном масштабе времени. Если в таких системах недопустимы задержки с установлением связи, то используют сравнительно дорогие некоммутируемые (постоянно выделенные) каналы связи.

Метод коммутации пакетов по сравнению с другими методами обеспечивает наименьшую задержку при передаче данных и наибольшую пропускную способность сети передачи данных, особенно заметную при передаче коротких сообщений, характерных для диалогового режима. Использование коммутации пакетов способствует повышению надежности и живучести сети вследствие того, что облегчается адаптация управления передачей данных к отказам и перегрузкам отдельных участков. Поэтому в настоящее время коммутация пакетов является основным методом передачи данных в вычислительных сетях, но во многих случаях этот метод оказывается непригодным для систем, работающих в реальном времени.

Для выбора маршрута пакета в сети могут использоваться статические процедуры, основанные на наличии таблиц предпочтительных маршрутов в узлах коммутации, и различные варианты адаптивной процедуры. В отказоустойчивых сетях часто используется лавинный метод, согласно которому пакет посылается из каждого исходного узла во все соседние. Если пакет попадает в узел, где он уже был, то пакет уничтожается.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
Adblock detector