Передающий компьютер

Принимающий компьютер

Уровень приложения (1)

Среда передачи данных

Рис. 2.2. Информация передается по стеку OSI сверху вниз в компьютере-отправитепе и снизу вверх в компьютере-получателе

Допустим, один пользователь сети хочет шклзгь другому сообщение по электрон-нон почте. Отправитель воспользуется почтовой программой (например, Outlook или Eudora), которая служит интер{>ейсом для написания и последующей передачи сообщений. Эти действия пользователя выполняются на уровне приложения.

Поске ypoBEiH приложения (здесь к пакету данных присоединяется заголовок уровня приложения) информация пмгадает на следующий уровень. Каждый уровень, в свою очередь, выполняет ту или иную задачу, устанавливая связь или должным образом форматируя данные.

Независимо от функции уровня, он добавляет к пакету данных свой заголовок (Eia рис. 2.2 заголовки обозначены квадратиками с соответствующей цифрой). Физический уровень - это такое аппаратное обеспечение, как, например, кабель, поэтому он не присоединяет к данным никакого заголовка,

В коЕЩе концов информация достигает физического уровня (реальной сетевой среды: кабелей, концеиграторов) ее пе]1едаетсл в сеть к ЕЕункту ЕЕазначсЕЕЕЕЯ - получателю электронного ШЕСЬМа.

Информация принимается на физическом уровне компьютера-получателя и движется снизу вверх по уровням модели OSI. При этом па каждом уровне удаляется соответствующий заголовок. Когда данные наконец поступают на

Уровень приложения

Уровень приложения обслуживает пользовательские приложения н отвечает за общий доступ к сети. Он предоставляет реально видимые инсгруменгы и сетевые службы, связанные с приложеннямн; обработку сообщений, передачу файлов, запросы к базам данных. Каждая из этих служб поставляется уровнем приложения различным программам, доступным для пользователя. В качестве примеров служб обмена нпформаиией. выполняемых уровнем пр1Шожения, можно назвать World Wide Web, почтовые службы, в частности протокол пересылки почты (simple mail transfer protocol - SMTP), содержапишся в TCP/IP, и специальные службы для баз данных с архитектурой клиент/сервер.

Уровень представления данных

Уровень представления йскныг можно рассматривать как транслятор. Здесь пакеты принимаются от уровня приложения и ГЕреобразуются в общий формат, воспринимаемый всеми компьютерами. Скажем, данные, записанные в А5СП-кодс, могут быть отображены в обобщенной форме.

Уровень представлепия данных отвечает также за mintjpOBaiiue (если того требует программа, используемая иа уровне приложения) и сжатие информации.

Службу уровня приложения обеспечивают функционирование пользовательских программ в сети. Когда пользователь при работе с тем или иным приложением (например, с Excel) желает записать файл в свою директорию на сетевом сервере, уровень приложения предоставляет соответсгвуюшую службу, позволяющую передать файл с клиетской машины на сервер. Эта операция прозрачна для пользователя.

Между одинаковыми уровнями модели OSI на работающих в сети узлах уста-навливается логическая связь. Когда информация (например, почтовое сообщение) сначала перемещается вниз по стеку протоколов на компьютере-отправителе, затем по сетевым коммуникациям и, наконец, вверх по уровням протокола в принимающем компьютере, связь на самом деле осуществляется между соответствующими уровнями модели OSI иа обоих ПК.

уровень приложения, получатель может воспользоваться почтовой программой и прочесть письмо.

Далее мы рассмотрим все уровни модели OSI от верхнего к нижнему (от уровня приложения к физическому).

Сеансовый уровень

Сеансовый уровень отвечает за налаживагте связи, или сеанса, между посылающим и принимающим компьютерами, а также управляет сеансом, илуп1им между двумя узлами (рис. 2.3).

После того как связь между узлами налажена, сеансовый уровень вставляет в поток данных контрольные точки, что гарантирует некоторую отказоустойчивость.

Рабочая станций посыпает серверу запрос

Сервер подтверждает получение запроса

ill-

Рабочая станция Сервер

Рис. 2.3. На сеансовом уровне происходит установка связи между узлами

Если сеанс срывается и свя.м, прекращается, то после восстановления соединения нужно .чаиово передать только ту 11нформа1шю, Koropiwi поступила после по.пуче-ния последней контро.аьной точки. Таким образом, исчезает необходимость нагружать сеть повторной riepecbUiKoii всех пак^етов.

Реальные протоколы, де1ствующие ка сеансовом уровне, применяют два подхода к передаче дашнлх; связь с предоставлением соединетнгя и без него. Протоколы, ориентированные на установление соединения, обеспечивают сеансовое окружение, в которо.м связывающиеся компьютеры со1ласовываю1 параметры, относящиеся к созданию контрольных точек, поддерживают диа-юг во время передачи данных и одновременно заканчивают сеанс.

Протоколы с предоставлением соединения действуют как обычная телефонная связь. Вы звоните какому-либо человеку, во время разговора поддерлспвается прямое соединение, а в конце оба собеседника соглапгаются закончггь общение.

Протоколы без устатювлеиия соединен!ш фу11!ап1он!1руют аналогично почте. Они снабжают naicerbi, готовящ!1сся к оч правке, адресной !!нформацией, и те отсылаются как обыкновенное письмо, брощенное в почтовый ящик. Предполагается, что

Пакеты и кадры. - При. поучн. ред.

Сегмент данных, созданный уровнем нредставлення, имеет практически готовый к передаче по сети вид (хотя нижеследующие уровни внесут в него свои добавления, и сегмент может быть разбит на более мелкие части)

лисьмо достигает пункта пазначсппя, по от получаюпгехХ) компьютера не требуется никакого подтверждсЕгия доставки.

Транспортный уровень

Транспортный уровень отвечает за управление потоком данных между узлами. Нужно доставить П1!формацпю ire только без ошибок, но и в правильной последовательности. ТранспортньпЧ уровень также обеспечивает требуемый apxniCKTy-рой сети размер пакетов данных.

Стеки протокопов у различных пользователей должны быть одинаковыми. В предыдущем примере с электронным сообщением предполагалось, что по-лучатель и адресат на своих компьютерах пользовались одним и тем же стеком протоколов {теоретическим стеком OSI). Даже совершенно разные машины с различными операционными системами могут связываться между особой, если они работают с общим стеком протоколов Поэтому и станции UNIX, и Macintosh, и персональные компьютеры Windows применяют стек протоколов TCP/IP для связи в Internet. Если один узел будет использовать протокол TCP/IP, а другой - IPX/5PK им не удастся установить связь: у этих протоколов разные правило и различный формат данных, чго делает коммуникацию невозможной.

Подробнее о сетевых архитектурах - Ethernet, Token Ring и т.п. - рассказывалось е главе 1, раздел Виды сетевых архитектур*.

Коммун и кнция осуществляется также между одноранговыми компьютерами (отправителем и получателем). Получатель, прпнявпигн сог.тасоватЕое количество пакетов от отт1рав1Ггеля, высылает подтверждение. HanpiTMep, отправитель передаст связку пз трех пакегов и получает подтверждение от узла назначения. Тогда он может послать еще три пакета.

Связь на транспортном уровне нужна и в гсх случаях, когда отправляющий узел слишком быстро передает сообщения. Получающий узел примет столько данных, сколько сможет сохранить, и выпшет сигнал не готов . если будет послана до[олтггельная информация. После обработки полупивших данных по-лучаюшпй у.чел вновь способен принимать информащгю, о чем coo6u[acT отправителю с помощью сигнала продолжай .

Сетевой уровень

Сетевой уровень прсд,чя:н'лчеи для лотческой адресащп! пакетов и их доставки. -На этом уровне происходит определение маршрута и факпгческая коммутация

Следу&т помнить, что каждый уровень модели OSI (и реальных протоколов) отвечает за те или иные операции с исходящими и входящими данными. При движении данных вниз по стеку уровней в отправляющем узле уровень представления данных преобразует информацию в общий формат. На получающем узле тот же уровень приведет данные к виду, который требуется соответствующей программе уровня приложения.

Канальный уровень

Достигшие канального уровня пакеты данных объединяются в кадры определенного сетевой архитеЕоурой формата Канальный уровень отвечает за движение данных но физической среде и однозначно определяет каждый компьютер в сети по его аппаратному адресу, жестко задашюму на сетевой тсарте. tia рис. 2.4 представлен анпаратньп! адрес сетевого адаптера, установленного на подключенном к сети компьютере с операциотшой системой Windows 98.

К каждому кадру добавляется заголовок, содержащий адрес отправителя и адрес получателя. Канальный уровень обеспечивает также безощибочную доставку кадров по физическому каналу. С этой целью прогоколы канального уровня добавляют к каждому кадру дополЕ1Нтельное поле, содержащее контрольную циклическую сумму (cyclical redundancy check - CRC). Она вычисляется как в отправляющем, так и в принимающем компьютере. Совпадение полученных результатов означает, что кадр доставлен в целости а сохранности.

Как уже >т10мипалось, тип кадра, созданного ка[1альным уровнем, зависит от архитектуры сети. На рис. 2.5 изображен кадр спецификации Ethernet 802.2. В табл. 2,1 приводится описание каждой пз его составляюнщх. Если вы знакомы не со всеми частями кадра, представьте его пока в виде заголовка с описанием кадра, собственно данных н информации канального уровня (например, точек доступа к службам), которая не только определяет тип кадра (в данном случае Ethernet), но и помогает доставить ка,тр по назначению.

КаналbiiHii уровень также контролирует доступ компьютеров к физической среде. Этот аспект будет детально рассмотрен ниже, в разделе Подуровни канального уровня .

пакетов по выбранному пути. На третьем уровне логический адрес (например, IP-адрес компьютера) переводится в физический (в аппаратный адрес сетевого адаптера, установленного на данном компьютере).

Маршрутизаторы работают именно на сетевом уровне и применяют протоколы маршрушзапш! для определешля наилучшего пути передачи данных. Ниже будет подробно рассмотрено, как маршрутизаторы выбирают пути доставки и преобразуют логические адреса в физические.

Рассказ о сетевом уровне будет продолжен в последующих главах. О функционировании маршрутизаторов на сетевом урогне говорится в главе 5.

DM Sunn

WTNSPwEniUM-

№hinn1vA>.Adln IBSIliail! ~ DeI>J Gdew* I ~

ait I Bilw I й и I FManwl н.пвд*

Рис. 2.4. /Ссищый узел сети имеет уникальный физический адрес

Реальные стеки протоколов применяют взаимодействие с установлением соединения и без него. В стеках таких сетевых протоколов, как TCP/IP и IPX/ SPX, тоже используются оба метода взаимодействия. На сеансовом уровне обычно имеется несколько протоколов, работающих с помощью этих двух способов.

Поля LLC

Рис. 2.5. Кадр Ethernet создается на канальном уровне модели OSI Таблица 2.1. Поля кодро Ethernet

Преамбула Несколько битов, извещающих о посылке кадра, которые расположены

в опрадчпенкой последовотельносги

Назначение Адрес попучотеля

Источник Адрес отправителя

Таблица 2.1, Поля кадра Ethernet (окончание)

Дпино Объем донных в бойток

DSAP Точко доступо к сяужбом получотепя укозывоет принимоющей сетевой корте

место в буферной помети, где нужна помегтигь кодр .в

SSAP Точко доступа к службом отправителя

СТЯ1 Поге fnpaвлвния гогическнм коналом

Донные Фоктическч!! ннформоция

FCS Попе проверки кодра, содержащее контрольную циклическую сумму

Чтобы определить а^с сетевой карты, установленной на компьютере с операционной системой Windows, откройте меню Пуск Выполнить. В командной строке наберите winipcfg и нажмите ОК Появится диалоговое окно Конфигурация IP, в котором содержится адрес сетевой карты. В системе Windows NT правой кнопкой мыши щелкните по пиктограмме Сетевое окружение и откройте закладку Адаптеры Выбрав нужный тип сетевого адаптера, щелкните по кнопке Свойства. В появившемся окне должен быть указан МАС-адрес сетевой карты.

Физический уровень

На физичесшт уровне кадры, поступившие с канального уровня, преобразуются в битовый поток, который отправляется в среду передачи. Этот уровень определяет TaiOKc реальные фиаическне аспекты кабельного соединения. В получающем компьютере на физическом уровне пргтимается двоичный поток (информация, состоящая иа нулей п единиц).

Подробнее сетевые кабели были рассмотрены в главе 1 {раздел Сетевые кабели }.

Подуровни канального уровня

прежде чем завершить описание модели OS1, рассмотрим дополнительные спецификации, разработанные Институтом инженеров но электротехнике и электронике для канального уровня. Спецификации IEEE 802 подразделяют канальный уровень на два подуровня; управления логической связью (logical link control - LLC) и управления доступом к среде (media access control - MAC).

Подуровень LLC устанавливает и поддерживает связь между посылающим и принимающим компьютерами во время передачи данных по физической сетевой среде, Ои также предоставляет точки доступа к службам (service access

ПОДУРОВНИ КАНАЛЬНОГО УРОВНЯ 47

points - SAP); друте компьютеры, отравляющие ттформацню, могут ссылаться на эти точки и использовать idl для коммутппсации с верхними уровнями принимающего узла. Подуровень управления логгггескнм каналом описан в спецификации IEEE 802.2.

Подуровень MAC определяет, каким образом компьютеры осуществляют связь, как и когда компьютер может полуг1ить доступ к среде передачи, чтобы оп праыггь данные. Спецификация 802 в действительности разбивает подуровень MAC на несколько категорий (способов доступа к среде), непосредственно связанных с конкретными сетевыми архитектурами в частности Ethernet и Token Ring (рис. 2.6).

О некотсрьтшироко используемых архитектурах рассказывалось в главе 1 (раздел Виды селевых архитектур ).

Слецификашя LLC: ГЕЕЕ 802.2

Канальный уровень

Спецификация MAC;

IEEE 802.3 IEEE 802.5 IEEE 802.12

Рис. 2.6. Канальный уровень состоит из двух подуровней: LLC и MAC

Реальные сетевые протоколы

Теперь, когда мы обсудили теоретическую модель передачи данных от одного компьютера к другому, можно рассмотреть [1екоторые наиболее часто всч^речаЮЕНнеся стеки протоколов н соотнести их с моделью OSI, чтобы понять, как футгециоии-руют реальные протоколы и какие протоколы того или luroro стека отвечают сетевому уровню .модели OSI. Эти протоколы очень важны для маршрутизации пакетов в интерсети.

/\ппаратные адреса сетевых адаптеров называют также МАС-адресами. Они жестко определены в чипе ПЗУ сетевых карт и являются уникальными для каждой карты. Схема адресации была разработана IEEE. Реальный адрес Имеет 48-битный формат и записывается в шестнадцатеричном виде, например 00-00B3-83-B3-3F.

Кадры Ethernet, используемые в ранних версиях Novell NetWare (NetWare 2.x и 3.x), появились раньше, чем спецификации IEEE. Следовательно, кадр вида Ethernet 802.3 не соответствует описаниям IEEE. В новых версиях NetWare и других сетевых систем с архитектурой Ethernet применяются кадры вида Ethernet Б02.2, полностью отвечающего спецификациям.

Протокол NetBEUI

Расширенный тяьмвательский интерфейс NetBIOS (NetBIOS extended user interface - NetBEUI) - это простой и быстрый сетевой протокол, созданный фирмами Microsoft и IBM для сетевых базовых снсгем ввода/вывода (network basic input output system - NetBIOS).

NetBEUI работает на транспортном и сетевом уровнях модели OSI, поэтому ему необходима NetBIOS, которая функционирует на сеансовом уровне и отвечает за установку связи между компьютерами. В сетях Microsoft eci ь eute два ком-поиет а: редиректор и блок сообщений сервера (server message block - SMB). Редиректор относится к уровню приложения, иоаволяя клиенту воспринимать все сетевые ресурсы как локальные. Блок сообщений сервера обеспечивает равноправную связь между редиректорами клиента и сервера, действуя на уровне представления данных.

Хотя NetBEUI является отличным транспортным протоколом с ннзкнми издержками, его невозможно применять в шггерсетях, где имеет место маршрутизация. Таким образом, NetBEUI годится в случае небольших, простых сетей, но не подходит для больших сетевых систем, в которых .чадействованы маршрутизаторы (поэтому далее в этой книге протокол NetBEUI рассматриваться не будет).

Протокол TCP/IP

TCP/IP (Transfflission Control Protocol/Internet Protocol) стал в настоящее время стандартным протоколом для корпоративных сетей. Сети TCP/IP легко расширяемы, поэтому TCP/IP можно использовать как в малых, так и в крупных компьютерных сетях.

TCP/IP - маршрутизируемый стек протоколов, который способен функционировать на различных программных платформах (Windows, UNIX и т.д.). Многие сетевые операционные системы включают в себя TCP/IP в качестве основного протокола. Стек TCP/IP состоит из нескольких компонентов, а поскольку он был разработан до создания модели OSI, то его компоненты не точно соответствуют уровням теоретической модели. На рис. 2.7 изображен стек TCP/IP. соотнесенный с моделью OSI (эю общий вид протокола TCP/IP. а не исчерпывающий список всех протоколов стека). В табл. 2.2 описаны протоколы, указанные на рисунке.

Подробнее обо всех протоколах стека TCP/IP рассказывается в главе 10.

Уровень приложения

Уровень представления данных

Сеансовый уровень

Транспортный уровень

Сетевой уровень

Канальный уровень

Физический уровень

Такие протоколы, как FTP. перекрывают более одного уровня OSI

SMTP

С

О

- Такие протоколы, IP 1 {йПрЛ какТСР или IP. точно

\ соответствуют одному

---ИЗ уровней модели OS(

Драйверы сетевых карт

I Сетевая среда (кабели и т.п.)

Рис. 2.7. Стек TCP/IP состоит из большого числа протоколов

Таблица 2.2. Протоколы стека TCP/IP

FTP File Tronsfer Protocol обеспечивоет интерфейс и службы

дпй пересыпки фойпов по сети IP

j SMTP Simple Mail Tronsfer Protocol предоставляет почтовые ycnyrvi в cenni Internet

TCP Transport Gjntrol Protocol ориентирован на устанааление соединения. Ок управляет

связью между посылающим и принимающим компьютерами

UDP User Dotagrom Рго1ош1 - транспортный протокол, в отличие от TCP действующий j

без устоновлояия соецинснип ННИМН^к

IP 1п1вгле1 Protocol работает без устаноаления соединения на сетевом уровне

и предоставляет возможность логической адресации в сетях TCP/IP

РЙ* A-idrebs Rusolutlor Protocol соотносит 1Р-адрвса с оппоротными МАС-одр с.

TCP/IP располагает не только богатым на6оро,м сетевых средств (а это энач1гг, что он требует довольно больших затрат), но и уникальной системо!! лопхческой адресации. Пользователи, имеющие доступ в Internet, знакомы с 32-битным IP-адресом, который обыч1ю записывается в виде чггырех октетов (один октет состоит