Лекция 3 Архитектура и стандартизация сетей кафедра ЮНЕСКО по НИТ1. - презентация

1 Лекция 3 Архитектура и стандартизация сетей кафедра ЮНЕСКО по НИТ1

2 Архитектура Представление сети в виде системы элементов: Каждый выполняет определенную функцию; Архитектура сети отражает декомпозицию общей задачи взаимодействия компьютеров на отдельные подзадачи. Протокол – формализованный набор правил взаимодействия узлов сети. кафедра ЮНЕСКО по НИТ2

3 Архитектура Разработка модели взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI), в начале 80-х годов обобщила накопленный опыт. Модель OSI является международным стандартом и определяет способ декомпозиции задачи «по вертикали», поручая эту задачу коммуникационным протоколам семи уровней. Уровни образуют иерархию, известную как стек протоколов, где каждый вышестоящий уровень использует нижестоящий в качестве удобного инструмента для решения своих задач. кафедра ЮНЕСКО по НИТ3

4 Архитектура Пример протоколов: стек TCP/IP состоит из четырех уровней. Архитектура компьютерной сети определяет также распределение протоколов между элементами сети: Конечными узлами (компьютерами): Поддерживают весь стек протоколов, предоставляя информационные услуги; Промежуточными узлами (коммутаторами и маршру тизаторами): Выполняют только транспортные функции стека протоколов, передавая трафик между конечными узлами. кафедра ЮНЕСКО по НИТ4

5 Декомпозиция задачи сетевого взаимодействия Пример декомпозиции задачи. кафедра ЮНЕСКО по НИТ5

6 Многоуровневый подход Многоуровневый подход – создание иерархии задач. кафедра ЮНЕСКО по НИТ6

7 Многоуровневый подход Межуровневый интерфейс – интерфейс услуг, определяет набор функций, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему. кафедра ЮНЕСКО по НИТ7

8 Протокол и стек протоколов кафедра ЮНЕСКО по НИТ8 Узел АУзел В 4А 3А 2А 1А 4В 3В 2В 1В Физическая среда передачи данных Протокол 4А – 4В Протокол 3А – 3В Протокол 2А – 2В Протокол 1А – 1В Интерфейс 3В – 4В Интерфейс 2В – 3В Интерфейс 1В – 2В

9 Протокол и стек протоколов Протокол (protocol) - это интерфейс со средствами взаимодействия между сторонами, расположенными на том же уровне иерархии. Элемент данных протокола (protocol data unit - PDU) или пакет (packet) - форматированный элемент данных, который передается по сети. Стек протоколов (protocol stack) – иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети. Набор протоколов (protocol suite) - семейство протоколов, работающих совместно и связанных между собой. кафедра ЮНЕСКО по НИТ9

10 Модель OSI Международной организации по стандартизации (Inernational Organization for Standardization – ISO, International Telecommunications Union - ITU), разработали стандартную модель Взаимодействия открытых систем (Open System Inerconnection - OSI). кафедра ЮНЕСКО по НИТ10

11 Общая характеристика модели OSI кафедра ЮНЕСКО по НИТ11кафедра ЮНЕСКО по НИТ Физический Канальный Сетевой Транспортный Сеансовый Представительный Прикладной Уровни Bit Frame Packet TPDU SPDU PPDU APDU Уровни Процесс А Процесс Б Сообщение протоколы интерфейсы

12 Общая характеристика модели OSI Вложенность сообщений различных уровней кафедра ЮНЕСКО по НИТ12

13 кафедра ЮНЕСКО по НИТ13 Физический уровень (physical layer) отвечает за передачу последовательности битов через канал связи. На этом уровне решают такие вопросы: каким напряжением надо представлять 1, а каким - 0; сколько микросекунд тратится на передачу одного бита; следует ли поддерживать передачу данных в обоих направлениях одновременно; как устанавливается начальное соединение и как оно разрывается; каково количество контактов на сетевом разъеме, для чего используется каждый контакт.

14 кафедра ЮНЕСКО по НИТ14 Канальный уровень (data link layer) Задача канального уровня - превратить несовершенную среду передачи данных в надежный канал, свободный от ошибок передачи. Установление логического соединения между взаимодействующими узлами; Согласование в рамках соединения скоростей передатчика и приемника информации; Обеспечение надежной передачи, обнаружение и коррекция ошибок.

15 кафедра ЮНЕСКО по НИТ15 Канальный уровень (data link layer) Разбиение данных отправителя на фреймы – кадры (обычно от нескольких сотен до нескольких тысяч байтов), передачей фреймов последовательно и обработкой фреймов уведомления, поступающих от получателя. Канальный уровень помещает пакет в поле данных одного или нескольких кадров и заполняет собственной служебной информацией заголовок кадра.

16 кафедра ЮНЕСКО по НИТ16 Канальный уровень (data link layer) В сетях на основе разделяемой среды физический уровень проверяет доступность разделяемой среды. Подуровень Управление доступом к среде (Medium Access Control, MAC).

17 кафедра ЮНЕСКО по НИТ17 Сетевой уровень (network layer) Сетевой уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, называемой составной сетью или Интернет. Технология, позволяющая соединять в единую сеть множество сетей, в общем случае построенных на основе разных технологий, называется технологией межсетевого взаимодействия (internetworking).

18 кафедра ЮНЕСКО по НИТ18 Сетевой уровень (network layer) Необходимость сетевого уровня.

19 кафедра ЮНЕСКО по НИТ19 Сетевой уровень (network layer) Функции сетевого уровня реализуются: Группой протоколов; Специальными устройствами – маршрутизаторами. Функции маршрутизатора: Физическое соединение сетей.

20 кафедра ЮНЕСКО по НИТ20 Сетевой уровень (network layer) Пример составной сети.

21 кафедра ЮНЕСКО по НИТ21 Сетевой уровень (network layer) Данные вместе с заголовком образуют пакет – PDU сетевого уровня, формат пакета не зависит от формата кадров канального уровня. Узлы в пределах сети должны иметь адреса – сетевые или глобальные.

22 кафедра ЮНЕСКО по НИТ22 Сетевой уровень (network layer) Основная задача сетевого уровня: Определение маршрута. Маршрут описывается последовательность сетей, через которые должны пройти пакет, чтобы попасть к адресату. Маршрутизатор собирает информацию о топологии связей между сетями и на основе этой информации строит таблицы коммутации (таблицы маршрутизации).

23 кафедра ЮНЕСКО по НИТ23 Сетевой уровень (network layer) На сетевом уровне определены два вида протоколов: Маршрутизируемые протоколы – реализуют продвижение пакетов через сеть. Маршрутизирующие протоколы (протоколы маршрутизации) – с помощью данных протоколов маршрутизатор собирает информацию о топологии межсетевых соединений, на основании которой осуществляется выбор маршрута продвижения пакетов.

24 кафедра ЮНЕСКО по НИТ24 Транспортный уровень (transport layer) Транспортный уровень обеспечивает приложениям или верхним уровням стека – прикладному, представительному, сеансовому – передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет пять классов транспортного сервиса от низшего класса 0 до высшего класса 4. Срочность, возможность восстановления прерванной связи, наличие средств мультиплексирования нескольких соединений между различными прикладными протоколами, способность к обнаружению и исправлению ошибок передачи (искажение, потеря, дублирование пакетов).

25 кафедра ЮНЕСКО по НИТ25 Сеансовый уровень (session layer) Сеансовый уровень управляет взаимодействием сторон: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, и предоставляет средства синхронизации сеанса. Сеанс позволяет передавать данные и создавать потоки данных. Потоки данных могут быть разрешены в обоих направлениях одновременно, либо поочередно в одном направлении. Сервис на сеансовом уровне будет управлять направлением передачи.

26 кафедра ЮНЕСКО по НИТ26 Представительный уровень (presentation layer) Уровень представления обеспечивает представление передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. За счет уровня представления: информация, передаваемая прикладным уровнем одной системы, всегда понятна прикладному уровню другой системы. Протоколы прикладных уровней могут преодолеть синтаксические различия в представлении данных или же различия в кодах символов. Пример: SSL (Secure Socket Layer – слой защищенных сокетов).

27 кафедра ЮНЕСКО по НИТ27 Прикладной уровень (application layer) Прикладной уровень – это набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам (файлам, принтерам, гипертекстовым веб страницам, сервисам, например, электронная почта)

28 СТАНДАРТИЗАЦИЯ СЕТЕЙ кафедра ЮНЕСКО по НИТ28

29 кафедра ЮНЕСКО по НИТ29 Стандартизация сетей Суть сети – соединения разного оборудования. Проблема: совместимость. В компьютерных сетях идеологической основой стандартизации является модель взаимодействия открытых систем (OSI).

30 кафедра ЮНЕСКО по НИТ30 Открытая система Открытой называется система, которая построена в соответствии с открытыми спецификациями. Спецификация – формализованное описание аппаратных или программных компонентов, способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, условий эксплуатации, особых характеристик. Открытые спецификации – опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.

31 кафедра ЮНЕСКО по НИТ31 Открытая система Преимущества открытых систем: Возможность построения сети из аппаратных и программных средств различных производителей, придерживающихся одного и того же стандарта; безболезненная замена отдельных компонентов сети другими, более совершенными, что позволяет сети развиваться с минимальными затратами; Легкость сопряжения одной сети с другой.

32 кафедра ЮНЕСКО по НИТ32 Источники стандартов Виды стандартов: Стандарты отдельных фирм: стек протоколов SNA компании IBM; Стандарты специальных комитетов и объединений: технология ATM ; Национальные стандарты: стандарт FDDI, ASCI; Международные стандарты: стандарт X.25, Frame Relay, ISDN.

33 кафедра ЮНЕСКО по НИТ33 Стандартизация Интернета Темы для обсуждения (Request For Comments, RFC); Сообщество Интернета (Internet Society, ISOC); Совет по архитектуре Интернета (Internet Architecture Board, IAB): Internet Research Task Force (IRTF); Internet Engineering Task Force (IETF).

34 кафедра ЮНЕСКО по НИТ34 Стек протоколов OSI Стек протоколов OSI.

35 кафедра ЮНЕСКО по НИТ35 Стек протоколов IPX/SPX Стек протоколов IPX.

36 кафедра ЮНЕСКО по НИТ36 Стек протоколов NetBIOS/SMB Стек протоколов NetBIOS/SMB.

37 кафедра ЮНЕСКО по НИТ37 Стек протоколов TCP/IP Стек протоколов TCP/IP.

38 кафедра ЮНЕСКО по НИТ38 Соответствие протоколов

39 кафедра ЮНЕСКО по НИТ39 Информационные и транспортные услуги Транспортные услуги – состоят в передаче информации между пользователями сети в неизменном виде. Информационные услуги – состоят в предоставлении пользователю некоторой новой информации.

40 кафедра ЮНЕСКО по НИТ40 Распределение протоколов по элементам сети Соответствие функций различных устройств сети

41 кафедра ЮНЕСКО по НИТ41 Вспомогательные протоколы транспортной системы Некоторые из коммуникационных устройств поддерживают не только протоколы трех нижних уровней, но и протоколы верхних уровней. Например: Построение таблиц маршрутизации; Поддержка протоколов управления SNMP, telnet, ssh.

42 кафедра ЮНЕСКО по НИТ42 Вспомогательные протоколы транспортной системы Группы вспомогательных протоколов: Протоколы маршрутизации: RIP, OSPF, BGP; Протоколы преобразования адресов: DNS, DHCP; Управления сетью: SNMP.

43 кафедра ЮНЕСКО по НИТ43 Вспомогательные протоколы транспортной системы Слои протоколов: Пользовательский слой (user plane) – группа протоколов, предназначенных для того, чтобы переносить пользовательский голосовой трафик; Слой управления (control plane) – протокол, необходимые для соединения в сети; Слой менеджмента (management plane) – протоколы, поддерживающие операции менеджмента, анализ ошибок и конфигурации устройств.

44 кафедра ЮНЕСКО по НИТ44 Вспомогательные протоколы транспортной системы Слои протоколов:

45 КОНЕЦ кафедра ЮНЕСКО по НИТ45