Уровни взаимодействия компьютеров и протоколы передачи данных в сетях
Классификация компьютерных сетей
Объединение рассмотренных выше компонент в сеть может производится различными способами и средствами. По составу своих компонент, способам их соединения, сфере использования и другим признакам сети можно разбить на классы таким образом, чтобы принадлежность описываемой сети к тому или иному классу достаточно полно могла характеризовать свойства и качественные параметры сети.
Наибольшее распространение на сегодня получило, разделение компьютерных сетей по признаку территориального размещения. По этому признаку сети делятся на три основных класса:
1. Локальные сети – это коммуникационная система, поддерживающая в пределах здания или некоторой другой ограниченной территории один или несколько высокоскоростных каналов передачи цифровой информации, предоставляемых подключенным устройствам для кратковременного монопольного использования. Территории, охватываемые ЛС, могут существенно различаться. Длина линий связи для некоторых сетей может быть не более 1000 м, другие же ЛС в состоянии обслужить целый город. Обслуживаемыми территориями могут быть как заводы, суда, самолеты, так и учреждения, университеты, колледжи. В качестве передающей среды, как правило, используются коаксиальные кабели, хотя все большее распространение получают сети на витой паре и оптоволокне, а в последнее время также стремительно развивается технология беспроводных локальных сетей, в которых используется один из трех видов излучений: широкополосные радиосигналы, маломощное излучение сверхвысоких частот (СВЧ излучение) и инфракрасные лучи. Небольшие расстояния между узлами сети, используемая передающая среда и связанная с этим малая вероятность появления ошибок в передаваемых данных позволяют поддерживать высокие скорости обмена – от 1 Мбит/с до 100 Мбит/с (в настоящее время уже есть промышленные образцы ЛС со скоростями порядка 1 Гбит/с).
2. Городские сети – охватывают группу зданий и реализуются на оптоволоконных или широкополосных кабелях. По своим характеристикам они являются промежуточными между локальными и глобальными сетями связи с прокладкой высокоскоростных и надежных оптоволоконных кабелей на городских и междугородних участках, а новые перспективные сетевые протоколы, например, ATM (Asynchronous Transfer Mode – режим асинхронной передачи), которые в перспективе могут использоваться как в локальных, так и в глобальных сетях.
3. Глобальные сети – охватывают значительно большие территории и даже большинство регионов земного шара. В настоящее время в качестве передающей среды в глобальных сетях используются аналоговые или цифровые проводные каналы, а также спутниковые каналы связи (обычно для связи между континентами). Ограничения по скорости передачи (до 28,8 Кбит/с на аналоговых каналах и до 64 Кбит/с – на пользовательских участках цифровых каналов) и относительно низкая надежность аналоговых каналов, требующая использования на нижних уровнях протоколов средств обнаружения и исправления ошибок существенно снижают скорость обмена данными в глобальных сетях по сравнению с локальными.
Существуют и другие классификационные признаки компьютерных сетей:
1. по сфере функционирования сети могут быть разделены на:
а) банковские сети,
б) сети научных учреждений,
в) университетские сети;
2. по форме функционирования можно выделить:
а) коммерческие сети,
б) бесплатные сети,
в) корпоративные,
г) сети общего пользования;
3. по характеру реализуемых функций сети подразделяются на:
а) вычислительные, предназначенные для решения задач управления на основе вычислительной обработки исходной информации;
б) информационные, предназначенные для получения справочных данных по запросу пользователей;
в) смешанные, в которых реализуются вычислительные и информационные функции;
4. по способу управления вычислительные сети делятся на:
а) сети с децентрализованным управлением – каждая ЭВМ, входящая в состав сети, включает полный набор программных средств для координации выполняемых сетевых операций, они сложны и достаточно дороги, так как операционные системы отдельных ЭВМ разрабатываются с ориентацией на коллективный доступ к общему полю памяти сети;
б) сети с централизованным управлением – ведется решение задач, обладающих высшим приоритетом и связанных с обработкой больших объемов информации;
в) сети с смешанным управлением;
5. по совместимости программного обеспечения бывают сети:
а) однородные ли гомогенными – стоящие из программно-совместимых компьютеров;
б) неоднородные или гетерогенные – если компьютеры, входящие в сеть, программно несовместимы.
В компьютерной сети существует 7 уровней взаимодействия между компьютерами:
· физический определяет электрические, механические, процедурные и функциональные спецификации и обеспечивает для канального уровня установление, поддержание и разрыв физического соединения между двумя компьютерными системами, непосредственно связанными между собой с помощью передающей среды, например, аналогового телефонного канала, радиоканала или оптоволоконного канала;
· логический управляет передачей данных по каналу связи, основными функциями являются разбиение передаваемых данных на порции, называемые кадрами, выделение данных из потока бит, передаваемых на физическом уровне, для обработки на сетевом уровне, обнаружение ошибок передачи и восстановление неправильно переданных данных;
· сетевой обеспечивает связь между двумя компьютерными системами сети, обменивающихся между собой информацией, другой функцией сетевого уровня является маршрутизация данных (называемых на этом уровне пакетами) в сети и между сетями (межсетевой протокол);
· транспортный обеспечивает надежную передачу (транспортировку) данных между компьютерными системами сети для вышележащих уровней, для этого используются механизмы для установки, поддержки и разрыва виртуальных каналов (аналога выделенных телефонных каналов), определения и исправления ошибок при передаче, управления потоком данных (с целью предотвращения переполнения или потерь данных);
· уровень сеансов связи обеспечивает установление, поддержание и окончание сеанса связи для уровня представлений, а также возобновление аварийно прерванного сеанса;
· представительский обеспечивает преобразование данных из представления, используемого в прикладной программе одной компьютерной системы в представление, используемое в другой компьютерной системе, в функции уровня представлений входит преобразование кодов данных, их шифровка/расшифровка, а также сжатие передаваемых данных;
· прикладной отличается от других уровней модели OSI тем, что он обеспечивает услуги для прикладных задач, определяет доступность прикладных задач и ресурсов для связи, синхронизирует взаимодействующие прикладные задачи, устанавливает соглашения по процедурам восстановления при ошибках и управления целостностью данных. Важными функциями прикладного уровня является управление сетью, а также выполнение наиболее распространенных системных прикладных задач: электронной почты, обмена файлами и других.
Каждый уровень для решения своей подзадачи должен обеспечить выполнение определенных моделью функций данного уровня, действий (услуг) для вышележащего уровня и взаимодействовать с аналогичным уровнем в другой компьютерной системе.
Соответственно каждому уровню взаимодействия соответствует набор протоколов – т.е. правил взаимодействия.
Под протоколом понимается некая совокупность правил, регламентирующих формат и процедуры обмена информацией. В частности, он определяет, как выполняется соединение, преодолевается шум на линии и обеспечивается безошибочная передача данных между модемами.
Стандарт включает в себя общепринятый протокол или набор протоколов. Функционирование сетевого оборудования невозможно без взаимоувязанных стандартов. Согласование стандартов достигается как за счет непротиворечивых технических решений, так и за счет группирования стандартов. Каждой конкретной сети присуща своя базовая совокупность протоколов.