Изпратено съобщение. Връзков слой

Честотно разделяне на сигнали (канали)

Нека проследим основните етапи от формирането на многоканален сигнал с мултиплексиране с честотно разделяне (FDM). Първо, в съответствие с предаваните съобщения, първичните сигнали а и(T) с енергийни спектри,, ..., модулират подносителите на всеки канал. Тази операция се извършва от модулатори,, ..., канални предаватели. Спектрите на каналните сигнали, получени на изхода на честотните филтри,, ..., заемат съответно честотните ленти,, ..., (фиг. 9.2).

Ориз. 9.2. Мултиплексиране с честотно разделяне и разделяне на канали

Ще приемем, че всяко едно от съобщенията ще бъде предадено а и(T) заема честотната лента на стандартен PM канал. По време на формирането на груповия сигнал всеки канал сигнал S и(T) се разпределя честотна лента, която не се припокрива със спектрите на други сигнали (фиг. 9.3). След това общата честотна лента н-група канали ще бъде равна на

. (9.8)

Фигура 9.3 Преобразуване на спектрите в система с FDM

Ако приемем, че се прилага SSB и всеки канален сигнал заема честотна лента

за спектъра на груповия сигнал получаваме

. (9.10)

Базовият сигнал се преобразува в линеен сигнал и се предава по комуникационна линия (предавателен път). От приемащата страна, след преобразуване на линейния сигнал в групов сигнал, последният използва лентови канални филтри Ф k с честотна лента и демодулатори се преобразува в канални съобщения, които се изпращат до получателя.

Накратко, в многоканалните FDM системи на всеки канал е назначена определена част от общата честотна лента на основната лента. Към входа на приемащото устройство иканал едновременно сигнали S иот всички нканали. Използване на честотни филтри F iсамо тези честоти, които принадлежат на дадените иканал.

Поради несъвършените характеристики на лентовите канални филтри възниква взаимна пресичане между каналите. За да се намали тази интерференция, е необходимо да се въведат защитни честотни интервали между каналите.

Поради това

Това означава, че само около 80% от честотната лента на предавателния път се използва ефективно в FDM системите. Освен това е необходимо да се осигури много висока степен на линейност на целия групов път.

Времево разделяне на сигнали (канали)

С временния метод за разделяне на канали (TDM), груповият път с помощта на синхронни превключватели на предавателя ( Към лентата) и приемник ( К пр) се осигурява последователно за предаване на сигналите на всеки канал на многоканалната система. (В съвременното оборудване механичните превключватели практически не се използват. Вместо тях се използват електронни превключватели, направени например на регистри за смяна.) Във VDK първо се предава сигналът на 1-ви канал, след това на следващия и т.н. . до последния канал по номер н, след което 1-ви канал се свързва отново и процесът се повтаря с честота на дискретизация (Фигура 9.4).

Като канални сигнали в TDM системите се използват поредици от модулирани импулси, които не се припокриват във времето S i (t); набор от канални импулси - групов сигнал С G ( T) се предава по комуникационната линия. Действие за превключване от страната на приема К прможе да се идентифицира с ключа, свързващ линията с приемника и-ти канал само за времето на преминаване на импулсите и-ти канал ("времеви филтър" F i). След демодулиране на съобщението а и(T) отидете на ина получателя.

За нормалната работа на многоканална система с VRK е необходима синхронна работа на превключвателите на предаващата и приемащата страна. Често за това един от каналите се заема от предаването на специални синхронизиращи импулси за координирана работа във времето. Към лентатаи Към пр.

Ориз. 9.5. Времево разделение

два сигнала с AIM

На фиг. 9.5 показва времеви диаграми на двуканална система с AIM. Носителят на съобщението тук е поредица от импулси с точка

, (9.12)

идващи към импулсния модулатор (MI) от тактовия импулсен генератор (GTI). Груповият сигнал (фиг. 9.5, а) отива към превключвателя. Последният играе ролята на "временни" параметрични филтри или ключове, чиято трансферна функция . (Фигура 9.5, б) се променя синхронно (с точка) и във фаза с промените в трансферната функция:

(9.13)

Това означава, че само тият импулсен детектор ID- е свързан към предавателния път във всеки интервал от време. Съобщенията, получени в резултат на откриването, отиват при получателя на PS-съобщенията.

Оператор, описвайки работата на ключовия филтър, изрязва следващите интервали с период от сигнала и изхвърля останалата част от сигнала.

Тук, както и преди, се обозначава интервалът, през който се предават сигналите на i-тия източник.

При разделяне на времето взаимната намеса се дължи главно на две причини. Първото е, че линейните изкривявания, произтичащи от ограничената честотна лента и несъвършенството на амплитудно-честотните и фазово-честотните характеристики на всяка физически осъществима комуникационна система, нарушават импулсната природа на сигналите. Всъщност, ако спектърът е ограничен по време на предаването на модулирани импулси с крайна продължителност, тогава импулсите ще се „разпространят“ и вместо импулси с крайна продължителност ще получим процеси, които са безкрайно удължени във времето. При времево разделяне на сигналите това ще доведе до налагане на импулси от един канал върху импулси от други канали. С други думи, между каналите възникват взаимни смущения или междусимволни смущения. Освен това може да възникне взаимна интерференция поради несъвършено синхронизиране на часовниковите импулси на предаващата и приемащата страна.

За да се намали нивото на взаимни смущения, е необходимо да се въведат "охранителни" интервали от време, което съответства на определено разпространение на спектъра на сигнала. Така че, в многоканалните телефонни системи, честотната лента на ефективно предаваните честоти = 3100 Hz; в съответствие с теоремата на Котельников минималната стойност = 2 = 6200 Hz. Въпреки това, в реалните системи честотата на повторение на импулса се избира с определена разлика: = 8 kHz. За предаване на такива импулси в едноканален режим е необходима честотна лента от най-малко 4 kHz. При времево разделение на каналите сигналът на всеки канал заема една и съща честотна лента, която се определя при идеални условия съгласно теоремата на Котельников от съотношението (без да се отчита каналът за синхронизация)

, (9.14)

където , което е същото като общата честотна лента на системата при честотно разделение.

Въпреки че теоретично FDC и FDC са еквивалентни по отношение на ефективността на използване на честотния спектър, обаче, в реални условия FDC системите са забележимо по-ниски от FDC по този показател поради трудностите при намаляване на нивото на взаимни смущения по време на разделяне на сигнала . В същото време безспорното предимство на VRC е намаляването на нивото на нелинеен шум поради разликата в продължителността на действието на импулсите на различни канали; в системите VRK коефициентът на пик е по-нисък. Също така е важно, че оборудването VDK е много по-просто от оборудването PRK. Най-широко приложение на VRM се намира в цифровите системи с PCM.

Проверка на наличността на предавателната среда.

Внедряване на механизми за откриване и коригиране на грешки. За да направите това, в слоя за връзка за данни битовете се групират в кадри (кадъри), правилното предаване на всеки кадър се осигурява чрез поставяне на специална последователност от битове в началото и края на всеки кадър, за да го маркирате, а също така изчислява контролна сума.

Контрол на комуникационните параметри (скорост, повторение)

Протоколите на слоя на връзката, използвани в локалните мрежи, имат структура от връзки и начини за адресирането им само за мрежа с определена топология. Топологиите включват шина, пръстен и звезда. Примери за протоколи на свързващия слой са Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

В широкообхватни мрежи слоят за връзка за данни осигурява обмен на съобщения между два съседни компютъра, свързани с отделна комуникационна линия. Примери за протоколи от точка до точка (както често се наричат ​​такива протоколи) са широко използваните PPP и LAP-B протоколи.

Протоколи: IEEE 802.1 (описани са устройства (превключватели, мостове))

Разделен на LLC - 802.2 и MAC (CSMA / CD) - 802.3,

МАС (Token Ring) - 802.5,

МАС (Ethernet) - 802.4

Структура на Ethernet рамката: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |

1) Priamble (начало на предаването на кадъра - 8 байта)

2) Адрес на получател (2-6 байта MAC адрес на получателя, 2 байта за звънене)

3) Адрес на подателя (2-6)

4) Дължина на полето за данни (2 байта)

5) Поле за данни (64 - 1500 байта)

6) Контролна сума

Протокол на LLC: 1- LLC 802.2

| DSAP1byte | SSAP1 байт | Контрол 1 байт | Данни |

2- LLC 802.2 SNAP

| DSAP 2 байта | SSAP 2 байта | Контрол 3 байта | Семейство протоколи type3byte | Тип протокол 2 байта | Данни |

DSAP - посочва протокола на местоназначението

SSAP - реф. протокол на подателя

Control - t за управление на връзката

Тип на семейството - (IPX / SPX, X.25, ATM, TCP / IP = 0)

Тип протокол - 0 × 0800 - IP, 0 × 0806 - ARP

MAC-адрес (48 бита): Дефинирани са 3 типа: индивидуален, излъчване, мултикаст

| 0 | 0 | 22 бита | 24 бита |

00 е индивидуален адрес, 11 е адрес за излъчване, 10 е групов адрес.

22 бита - организационен код на производителя

24 бита - код на мрежовия адаптер

23. КАНАЛИ T1 / E1.

T1 / E1 канали Специализираните T1 / E1 канали станаха много популярни през последните години като средство за свързване на корпоративни мрежи и сървъри към Интернет. Това се дължи на високите скорости на предаване на данни на каналите: 1,544 Mbit/s за T1 канал и 2,048 Mbit/s за El.

T1 линиите са дуплексни цифрови схеми, които първоначално са проектирани да пренасят разговори между телефонни централи. Физически комуникацията се осъществява през две двойки усукани телефонни проводници (една двойка - в една посока, другата - в обратна посока).

AMIПрилага се канал биполярно кодиране(биполярно кодиране). Този метод има и друго име - алтернативни инвертни логически единици(AMI). Липсата на напрежение в линията съответства на нула и за представяне на единиците се използват на свой ред положителни и отрицателни импулси. Пример за такова кодиране в сравнение със стандартното представяне (под формата на NRZ код)

СинхронизацияАз съм.

Дълга последователност от логически нули може да доведе до загуба на синхронизация на приемника. За да се борите с това, кандидатствайте метод на биполярно заместване 8 нули- (B8ZS).

Всяка група от 8 нули, открити от предавателя, се заменя от него с някаква "безсмислена дума". При приемане от канал се извършва обратната трансформация. За да се подчертае тази заместваща комбинация (като знак за започване на нейното разпознаване), се използват последователни предавания, без да се обръщат две положителни (което е неприемливо в обичайната AMI кодова последователност). Фигура 5.2 показва пример за такава заместваща комбинация.

Синхронизиране на рамката

Каналът E1 се състои от 24 отделни 64 kbps канала. Прилага се разделянето на предаваната информация на кадри. Най-разпространените методи са D4 и ESF (в допълнение, алгоритъмът Ml3 често се използва в E3 линии).

Алгоритъм D4

Рамката съдържа 1 синхронизиращ бит и 24 байта данни (вижте фигура 5.3). Така общата дължина на рамката е 193 бита.

Група от 12 кадъра се доставя със специална 12-битова маска (виж фиг.), която се нарича сигнал за подравняване на рамката(сигнал за подравняване на рамката). Извиква се група от 12 кадъра супер рамка.

ESF алгоритъмАлгоритъмът за формиране на суперкадър ESF (Extended SuperFrame) се различава по това, че размерът на суперкадъра е увеличен от 12 на 24 кадъра. В такъв суперкадър ks 24 върхови бита, само 6 се използват за целите на синхронизирането. От останалите 18 бита 6 се използват за корекция на грешки и 12 за наблюдение на състоянието на линията.

Алгоритъм M13Проектиран за TZ канали (44,476 Mbit / s). Рамката съдържа 4760 бита. От тях 56 бита се използват за подравняване на рамката (синхронизация на рамката), корекция на грешки и проследяване на линиите.

Импулсна кодова модулация (PCM)

Първоначално каналите T1 са били предназначени за предаване на телефонни разговори, но по цифрова линия.

На обикновен телефон сигналът се предава като аналогов в честотния диапазон от 300 до 3400 Hz. Импулсно-кодовата модулация (PCM) се използва за преобразуване на аналогов сигнал в цифрова форма. За целта се въвежда ADC блок, който преобразува амплитудата на аналоговия сигнал в цифрова извадка от 8 бита. Честотата на вземане на такива показания е избрана, като се вземе предвид Теореми на Найкуист(Найкуист). В съответствие с тази теорема, за да се преобразува адекватно сигнал от аналогов в цифров вид, честотата на дискретизация трябва да бъде 2 пъти по-голяма от честотата на дискретизация. По отношение на телефонните канали беше избрана честота от 8000 анкети в секунда. По този начин цифровата линия трябва да има честотна лента 8 x 8000 = 64 kbps.

МултиплексиранеВ линията T1 24 такива цифрови канала от 64 kbit / s се събират заедно. В резултат на това общата пропускателна способност е 1,544 Mbps. За обединение се прилага мултиплексиране с времево разделение- Мултиплексиране с разделяне на време (TDM). Цялата налична честотна лента е разделена на елементарни времеви интервали от 125 µs. Устройството монополизира цялата честотна лента за периода на такъв елементарен интервал.

Благодарение на мултиплексирането на линия T1, можете едновременно да предавате аудио сигнали, цифрови данни и видео сигнали. Ако е необходимо, цялата налична честотна лента от 1,544 Mbps може да бъде монополизирана от един поток от данни.

Структура на систематаФигурата показва възможна структура на крайно устройство за работа по линия T1. Тук CSU е единица за обслужване на канали, а DSl е единица за обслужване на данни.

Дробни линии T1Потребителят може да наеме само част от канала T1. В същото време му се дава възможност да плаща за произволен брой (от 1 до 24) DSO (Digital Sygnal 0) канали при 64 Kbps.

Е1 каналиВ Европа 1TU - Международният съюз по далекосъобщения - предложи малко по-различна класификация на такива цифрови канали. Базата е E1 kapal, съдържащ 30 USO канала (64 Kbps всеки) и допълнителен 1 канал за синхронизация и 1 канал за предаване на служебна информация. Пропускателната способност на канала E1 е 2,048 Mbps.

Среда за предаванеРазлични медии могат да се използват за организиране на T1 канали. Например: две двойки усукани проводници - ви позволяват да организирате T1 канал; 4 T1 канала могат да бъдат подредени в коаксиален кабел; UHF кабел ви позволява да поставите 8 T1 линии; оптичният кабел може да съдържа до 24 T1 линии.

ISDN мрежи

Цифровите мрежи с интегрирани услуги (ISDN) се използват широко като алтернатива на T1 / E1 връзките. Разликата е основно в начина на плащане. За целия (или част) от канала T1 се начислява фиксирана (доста висока) абонаментна такса. В ISDN мрежите плащането се таксува само за времето на свързване.

ISDN технологията позволява едновременно предаване на гласови и цифрови данни, осигурява високоскоростна връзка с глобални мрежи. Тази технология е разработена, за да отговори на интегралните нужди на малък офис.

Подобно на каналите T1, тази технология се основава на използването на 64 kbps цифров канал. Аналоговите (гласови) данни са предварително дискретизирани (семплиране) 8000 пъти в секунда. Всяка проба представлява 8 бита информация. Тоест се използва PCM.

B-каналОсновният компонент на всяка ISDN линия е 64 kbps еднопосочен B-канал. Той може да предава цифровизирани аудио или видео данни или самите цифрови данни.

D-каналИзползва се за прехвърляне на сервизна информация. Това са например сигнали за установяване и прекъсване на връзката. Цялата лента на B-канала е предназначена само за предаване на полезна информация.

Има две стандартни конфигурации на ISDN канал: BRI и PRI /

BRI интерфейсТова е логична комбинация от два 64 kbps B-канала и един 16 kbps D-канал. BRI (Basic Rate Interface) -I интерфейс за предаване на номинална скорост.

BRJ е оптималната конфигурация за отдалечени потребители и малки офиси. Общата му честотна лента е 128 Kbps, а D-каналът се използва само за предаване на служебна информация. BRI ви позволява да свържете до 8 устройства (телефонни, цифрови и видео).

За обмен на D-канал се използва протоколът SS7 (сигнална система номер 7).

PRI интерфейс PRI (Primary Rate Interface) - интерфейс за предаване на основна скорост. Този интерфейс съответства на максималната скорост на предаване на линията T1. PRI конфигурацията се състои от 23 64 kbps канала (B-канали) и един 64 kbps D-канал. Следователно, потребителят може да предава със скорост от 1,472 Mbps.

В европейските ISDN линии конфигурацията на PRI съответства на 30 B-канала (тъй като E1 съдържа точно толкова канали за предаване на полезна информация).

Потребителска връзкаФигура 5.5 показва типична хардуерна конфигурация на ISDN абонат.

Устройството NT1 (Network Terminator 1) се използва за свързване на абонат към цифров канал.

Устройството NT2 (Network Terminator 2) заема междинно ниво между NT1 и всяко терминално оборудване. Това могат да бъдат ISDN рутери и цифрови централи.

Терминалното устройство от първия тип TE1 (Крайно оборудване 1) се счита за потребителско оборудване, което може да се свързва с устройства от типа NT. Това са например ISDN работни станции, факс машини, ISDN телефони.Към крайни устройства от втори тип TE2 (Terminal Equipment 2) е цялото оборудване, което не може да бъде директно свързано към NT2 (аналогови телефони, компютри и др.), но изисква за това използвайте специален терминален адаптер TA (Terminal Adapter).

ОборудванеОкабеляването се извършва с усукана медна тел (усукана двойка) от UTP клас най-малко 3 (осигурява предаване със скорост до UMbit / s). Интерфейсът BR1 изисква една UTP двойка, а интерфейсът PRI изисква 2 UTP двойки.

Устройството NT1 е доста просто, поради което често е интегрирано в крайно оборудване.

ISDN оборудването на потребителя може да бъде вградено или самостоятелно. Вграденото устройство може да се комбинира, т.е. съдържат NT1 и няколко терминални адаптера TA. Външните терминални адаптери изглеждат подобни на модем, поради което често се наричат ​​ISDN модеми (въпреки че там няма модулация или демодулация). Много често се използва друг вид оборудване - ISDN - Ethernet рутери. Те също така действат като мост между канала и локалната мрежа, т.е. това е рутер-мост.

Н-канали ITU пусна стандарти за ISDN H-канали. Те включват пет конфигурации, като се започне с НО (включва 6 B-канала - 384 Kbps честотна лента, предназначена да поддържа видеоконферентна връзка) и завършва с H4 канал (включва 2112 D-канала, 135 Mbps честотна лента, фокусиран върху излъчване) видео и аудио данни) .

ISDN услуги ISDN каналът може да предоставя много допълнителни услуги, например: конферентни разговори; пренасочване на входящи повиквания към друг телефонен номер; идентифициране на номера на обаждащия се; организиране на работни групи и др.

Frame Relay мрежи

Мрежите, използващи протоколи X.25, се оказаха надеждни, но не достатъчно бързи. Във връзка с това бяха предложени модификации, насочени към много високи скорости на предаване - това са по-специално Frame Relay и ATM мрежи.

Основателят на технологията Frame Relay - рамковото реле - беше в началото на 90-те американската компания WILTEL, която имаше широка мрежа от оптични линии, положени покрай железниците. Технологията Frame Relay, за разлика от X.25, направи възможно осигуряването на скорости на предаване, съвместими с T1 (1,5 Mbit / s) и TK (45 Mbit / s) канали, докато в X.25 обикновено беше 64 Kbit / s.

Формат на рамката Същността на тази технология е да отхвърли 3-тия (мрежов) слой X.25. Те са ограничени до използването на 2-ри (канален) слой, където предаването се осъществява в кадри. Променява се само заглавката на рамката:

Заглавката на рамката Frame Relay съдържа:

10-битово DLCI поле - идентификатор на канал за предаване на данни. Това поле се използва от рутери за намиране на хоста дестинация, т.е. това е информация за препредаване на рамката.

От останалите шест бита на заглавката:

3 бита действат като флагове за претоварване;

1 бит - ви позволява да намалите приоритета на кадъра (наречен DE бит);

2 бита - запазени.

Скорост на предаване

Скоростта на предаване се съпоставя с доставчика под формата на три параметъра:

- CIR - договорена скорост на предаване;

Bс - договореният размер на разширяване на трафика;

Be - максималният размер на разширяване на трафика.

Обемът на трафика Be може да бъде получен от мрежата само за ограничен период от време.

Предаването на VC график е разрешено само ако мрежовото натоварване средно не надвишава договорената стойност на CIR.

Ако натоварването е превишено, пакетът може или да бъде пуснат от рутера, или битът е настроен на "1" в него DE(по-нисък приоритет) и дори в този случай такъв пакет е разрешен, ако е необходимо, да бъде унищожен от всеки следващ рутер по маршрута.

Типове канали

Технологията Frame Relay може да работи на два типа връзки:

PVC - постоянна виртуална верига;

SVC - комутирана виртуална верига.

PVC се дефинират по време на конфигурирането на системата и гарантират, че пакетите винаги се доставят по същия маршрут. SVC се установяват всеки път, когато започва предаване (на етапа на установяване на връзка), което избягва дефектни участъци от мрежата.

Защита от грешки

В мрежа с Frame Relay рамката се проверява за коректност (чрез анализ на полето FCS) и, ако бъдат открити грешки, рамката се изтрива. Въпреки това не се изисква повторно предаване на такива изтрити кадри. Смята се, че транспортен протокол от по-високо ниво (отговорен за доставката от край до край) трябва да отговаря за сглобяването на съобщение и искането на недоставени кадри. По този начин тези мрежи са фокусирани върху използването на висококачествени оптични канали, в които грешките са доста редки и следователно вероятността от повторно предаване на пакети е ниска.

Мрежи от банкомати

Банкоматните мрежи са разработени като още една алтернатива на мрежите X.25. Скоростта на предаване в тази мрежа също е в диапазона от 25,5 Mbit/s до 2,488 Gbit/s. Като предавателна среда могат да се използват различни носители, от клас 3 неекранирана усукана двойка UTР до оптични канали.

Тази технология е известна още като Fast Packet Switching - бързо превключване на пакети.

Високите скорости на трансфер се осигуряват от:

1. Фиксиран размер на рамката - 53 байта

2. Липсата на каквито и да било мерки за гарантиране на коректността на прехвърлянето. Тази задача се пренася към по-високи протоколни слоеве (транспорт).

ATM технологията принадлежи към втория слой (връзка за данни) според концепцията OSI. Рамките в банкомата се наричат клетки(клетка). Форматът на такава клетка е показан на лявата фигура.

Заглавката на клетката (5 байта) съдържа:

Виртуален идентификатор на пътя - VPI (Virtual Path Identifier);

Виртуален идентификатор на канал - VCI (Virtual Channel Identifier);

Идентификатор на типа данни (3 бита);

Поле за приоритет при загуба на клетка (1 бит);

Полето за контрол на грешка в заглавката (8 бита) е сумата на мод 2 от байтовете на заглавката. Протоколите от по-висок слой нарязват съобщенията си на сегменти

48 байта всеки и ги поставете в информационното поле на клетката.

ATM технологията поддържа 2 типа канали (подобно на Frame мрежите

PVC - постоянни виртуални вериги;

SVC - комутирани виртуални вериги.

В слоя за връзка за данни на ATM са разпределени 2 поднива (вж ... оризгоре вдясно): самият ATM слой и адаптационният слой ATM.

ATM Adaptation Layer - AAL - реализира един от

пет режима на предаване:

AAL1- характеризиран постоянна скорост на предаване(CBR) и синхронен трафик.Фокусиран върху предаването на реч и видео изображения.

AAL2- също поддържа синхронно предаване,но използва променлива скорост на предаване(VDR). За съжаление, той все още не е приложен.

AAL3 / AAL4(комбиниран в единен протокол) - фокусиран върху променлива скорост на предаване(VBR). Синхронизация не е осигурена. AAL4 се различава по това, че не изисква предварително установяване на връзка.

AAL5- подобно на AAL3, само че съдържа по-малко служебна информация.

Протоколите AAL1 и AAL2 предават части от 48 байта информация (1 байт е натоварен). Протоколите AAL3 - AAL5 прехвърлят блокове (нарязани на сегменти) с размер до 65536 байта.

Препоръката X.25 описва три протоколни слоя - физически, връзка за данни и мрежа. Физическият слой описва нивата на сигнала и комуникационната логика на физическия интерфейсен слой. Тези читатели, които например трябваше да свържат модем към сериен порт на персонален компютър (RS-232 / V.24 интерфейс), имат представа за това ниво. Второто ниво (LAP / LAPB), с различни модификации, също е доста широко представено сега в оборудването с масово търсене: в оборудването на модеми, например в протоколите на групата MNP, които са отговорни за защитата срещу грешки при предаване на информация през комуникационен канал, както и в локални мрежи на ниво LLC. Вторият слой от протоколи е отговорен за ефективния и надежден трансфер на данни при връзка от точка до точка, т.е. между съседни възли на мрежата X.25. Този протокол осигурява защита срещу грешки по време на предаване между съседни възли и контрол на потока от данни (ако приемащата страна не е готова да получи данни, тя уведомява предаващата страна, а последната спира предаването). В допълнение, този протокол съдържа параметри, променяйки стойностите на които, можете да получите режим на оптимална скорост на предаване в зависимост от дължината на канала между две точки (време на закъснение в канала) и качеството на канала (вероятността на изкривяване на информацията по време на предаване). За да се реализират всички горепосочени функции, в протоколите от второ ниво се въвежда концепцията за "рамка". Рамката е част от информация (битове), организирана по определен начин. Знамето започва рамката, т.е. последователност от битове от строго дефиниран тип, който е разделител между кадрите. След това идва адресното поле, което в случай на връзка от точка до точка се свежда до адрес "А" или адрес "Б". Следва полето за типа на рамката, което показва дали рамката съдържа информация, или е чисто служебна, т.е. например забавя потока от информация или уведомява предаващата страна за приемане/неприемане на предишния кадър. Рамката съдържа и поле за номер на рамката. Рамките се номерират циклично. Това означава, че когато се достигне определена прагова стойност, номерирането започва отново от нула. Накрая рамката завършва с последователност от проверка. Последователността се отчита според определени правила при предаване на кадър. Съгласно тази последователност при приемането се проверява дали е настъпило изкривяване на информацията по време на предаването на кадъра. Когато настройвате параметрите на протокола към физическите характеристики на линията, можете да промените дължината на рамката. Колкото по-къс е кадърът, толкова по-малко е вероятно той да бъде изкривен по време на предаване. Въпреки това, ако линията е с добро качество, тогава е по-добре да работите с по-дълги кадри от данни, т.к намалява се процентът на излишната информация, предавана по канала (флаг, полета за обслужване на рамка). Освен това можете да промените броя на кадрите, които предаващата страна изпраща, без да чакате потвърждение от приемащата страна.

Този параметър се свързва с т.нар. "модул за номериране", т.е. стойността на прага, при достигане на който номерирането започва отново от нула. Това поле може да бъде равно на 8 (за онези канали, в които забавянето на предаването на информация не е твърде голямо) или 128 (за сателитни канали, например, когато забавянето на предаването на информация по канала е голямо). И накрая, третият слой от протоколи е "мрежа". Това ниво е най-интересно в контекста на обсъждането на мрежите X.25, тъй като именно той определя спецификата на тези мрежи на първо място.

Функционално този протокол е основно отговорен за маршрутизирането в мрежата за данни X.25, за пренасянето на информация от "входната точка" към мрежата до "изходната точка" от нея. На свое ниво протоколът от третия слой също структурира информация, т.е. го разделя на "порции". На третото ниво част от информация се нарича "пакет". Структурата на пакета е много подобна на структурата на рамката. Пакетът има собствен модул за номериране, свои собствени адресни полета, тип пакет, своя собствена последователност за проверка. По време на предаването пакетът се поставя в полето за данни на информационните рамки (кадъри от второ ниво). Функционално полетата на пакета се различават от съответните полета на рамката. На първо място, това се отнася до полето за адрес, което в пакета се състои от 15 цифри. Това поле за пакети трябва да осигурява идентификация на абонатите във всички мрежи за превключване на пакети по света.

ИНТЕРНЕТ

Интернет са всички мрежи, които взаимодействат чрез IP, за да образуват безпроблемна мрежа за своите потребители. В момента Интернет включва десетки хиляди мрежи и броят им непрекъснато расте. През 1980 г. имаше 200 компютъра в Интернет. Броят на компютрите, свързани към мрежата, продължава да расте с около 15% на месец. Мащабът на Интернет е нараснал значително, след като към него са свързани търговски мрежи. Това бяха мрежи като America Online, CompuServe, Prodigy, Delphi, GEuie, BIX и др.

Интернет управлениеПосоката на Интернет се определя от "Интернет обществото" (ISOC). Това е организация, която работи на доброволни начала; целта му е да улесни глобалния обмен на информация през Интернет. Тя назначава Съвет на старейшините, който отговаря за техническото ръководство и ориентацията на Интернет.

Съветът на старейшините на IAB - (борд за интернет архитектура) се среща редовно, за да одобрява стандартите и да разпределя ресурси. Стандартите трябва да улеснят свързването в мрежа между компютри от различни платформи (Sun, Macintosh, IBM и др.). Всеки компютър в мрежата има свой уникален 32-битов адрес. Правилата за присвояване на адреси се определят от IAB.

Има и друг публичен орган - IETF Engineering Commission (Internet Engineering Task Force). Той се събира редовно за обсъждане на технически и организационни въпроси и при необходимост формира работни групи.

Използването на P- и V-операции за организиране на взаимодействията на процесите в системата може да се осъществи, стига да няма по-добър комуникационен механизъм. Едно предложение за подобрение

Ориз. 8.7. P / V-система от процеси за два възела на изчислителната графика на фиг. 8.2.

Ориз. 8.8. Добавяне на P/V системи към йерархията на моделите.

този механизъм е предложението за използване на съобщения. Системата за съобщения е съвкупност от процеси, които комуникират с помощта на съобщения. Със съобщенията са възможни две операции: изпращане и получаване. Изпращането на съобщение е като V-операция, а получаването на съобщение е като A-операция. Ако по време на операцията за получаване няма съобщения, тогава получателят изчаква, докато съобщението бъде изпратено.

Схемата за моделиране на Ридъл се основава на този механизъм. Този модел изглежда най-подходящ за моделиране на протоколи в компютърни мрежи. Riddle разглежда (ограничен) набор от процеси, които комуникират чрез съобщения. Съобщенията се изпращат и изискват от специални процеси, наречени канални процеси (пощенски кутии). Процесите на канала предоставят по същество набор от съобщения, които са изпратени, но все още не са получени, или набор от заявки за съобщения от получатели, които са били издадени, но все още не са удовлетворени. Други процеси на системата се наричат ​​софтуерни процеси и се описват на езика на моделирането на софтуерни процеси (LMPL).

Пример за система с три процеси е показан на фиг. 8.9. Както може да се види от примера, описанието на процесите в YMPP по същество е диаграма. Интерес представлява само дейността по предаване на съобщения в системата. Съобщенията са абстрактни елементи, чиято единствена характеристика е типът. Броят на типовете съобщения в системата може да бъде само краен. Съобщенията се изпращат от или получават в буфера за съобщения във всеки от процесите. Има само един буфер на процес. Предложенията на YMPP са: Поставете съобщение от типа в буфера за съобщения. Изпращане на съобщение до буфера за съобщения на каналния процес Изискване на съобщение от каналния процес Изчакайте (ако е необходимо), докато бъде получено съобщение. Съобщението се поставя в буфера за съобщения. Проверете типа на съобщението в буфера на съобщенията и преминете към изречение, ако съобщението е от тип, различен от: Симулиране на вътрешна валидация, зависима от данни. Или продължете обработката, като изпълните следващото изречение, или се придвижете до офертата с етикет Прехвърляне на контрол към оферта Краен процес.

Системата с YMPP симулира много паралелни процеси. Всеки процес започва в началото на своята програма и изпълнява своята програма, докато не срещне изречение. Riddle показва как да се създаде израз за предаване на съобщение, който представлява възможните потоци на съобщения в системата и използва този израз за изследване на структурата на системата и организиране правилна работа. Този израз за предаване на съобщения се използва за същите цели като мрежовия език на Петри. Следователно, ние показваме как описание на система от процеси в LMPP може да се трансформира в мрежа на Петри, така че езикът му да съвпада с израза за прехвърляне на съобщение от анализа на Ридъл. Тази трансформация игнорира изпълнението на отделни изречения на описанието в YMPP, въпреки че с помощта на малки модификации те могат да бъдат представени и в езика на мрежата на Петри.

За да симулираме процес с мрежа на Петри, използваме по един токен на процес като програмен брояч. Наличието на съобщение в каналния процес също се представя като брояч. Тъй като съобщенията се идентифицират по тип, е необходимо да се моделира всеки тип съобщение в процеса на канала с отделен елемент. Много важно свойство на системите с LMP е, че броят на съобщенията е краен. Всеки софтуерен процес също е краен. Само опашката за съобщения заема потенциално неограничено количество памет. По този начин способността за симулиране на канални процеси и правилно представяне на изреченията за изпращане и получаване са най-важните аспекти на трансформирането на описание в LMPP в мрежа на Петри. Моделиране

канални процеси с набори от позиции (по една за всеки тип съобщение), можем да представим клаузата за изпращане чрез преход, който поставя токен в позиция, представляваща съответния канален процес и тип съобщение. Клаузата за получаване просто премахва токена от всяка позиция в процеса на канала. Конкретната позиция, която доставя токена, определя типа на полученото съобщение. Тази информация може да се използва във всяко следващо изречение

Единственият знак в израза за предаване на съобщение е типът на съобщението за тези съобщения, които се изпращат до или получават от процеса на канала. Тъй като всеки преход в мрежа на Петри води до появата на символ на езика на мрежата на Петри за тази мрежа на Петри, могат да се моделират само клаузите за изпращане и получаване в система с LMPP. По този начин има два вида позиции в мрежа на Петри. Един вид маркирани позиции действат като брояч на броя съобщения от този тип в процеса на канала Друг вид позиции представляват клаузите за изпращане и получаване на програмата LMPP. Нека тези изречения бъдат еднозначно маркирани.Ще маркираме позицията, представляваща изречението със съобщение от тип в буфера за съобщения със символа на токен в позицията, свързана с офертата, означава, че изречението вече е изпълнено. Ориз. 8.10 илюстрира как изреченията трябва да се моделират с мрежа на Петри. На фиг. 8.10 позиция представлява позиция, свързана с всяка оферта, която предхожда офертата

Сега остава да се покаже, че е възможно да се дефинира изречение, предшестващо други изречения в програмата YMPP. Имайте предвид, че всяко изречение може да се разглежда като двойка, състояща се от тип съобщение и номер на изречение, тъй като едно и също изречение с различни типове съобщения в буфера за съобщения ще бъде моделирано от мрежа на Петри по различни начини. Най-очевидният начин за определяне на предшествениците на изречение е да стартирате в началото на всяка програма на LMPP специално начално изречение (което става начална позиция) и да генерирате, според описанието на програмата, всички възможни последващи изречения за изпращане и получаване със съответното съдържание на буфера за съобщения. Този процес се повтаря за всички изречения, които се появяват, докато всички клаузи за изпращане и получаване не бъдат създадени и техните наследници бъдат идентифицирани. Тъй като броят на изреченията в описанието на LMPP и броят на типовете съобщения е краен, се генерират само краен брой двойки изречения! / тип, съобщение. Тази процедура е подобна на характеристичните уравнения, използвани от Ридъл за конструиране на израз за съобщения. На фиг. 8.11 изброява предложения

Ориз. 8.10. (виж сканиране) Преобразуване на клаузи за изпращане и получаване в преходи на мрежата на Петри. в горната част е моделът на sk: клауза изпращане с типа на съобщението в буфера за съобщения. Процес на канал в долната част - модел на sk: клауза за получаване от процеса на канал Възможни типове съобщения

и техните възможни наследници за системата с NLMP, показана на фиг. 8.9.

След като последователите на изречението бъдат идентифицирани, можем, използвайки тази информация, да идентифицираме възможни предшественици на изречението и следователно да конструираме мрежа на Петри, еквивалентна на системата LMPP, използвайки преходи, подобни на тези, показани на фиг. 8.10. Специалната начална позиция е предшественик на първото изречение на всеки процес в системата. На фиг. 8.12 системата с NMPP, показана на фиг. 8.9, преобразувано в еквивалентна мрежа на Петри.

Кратко описание на трансформацията на системите за съобщения в мрежа на Петри показва, че този модел е включен от силата на моделиране в мрежа на Петри. Той също така показва, че наборът от изрази за съобщения, разглеждани като клас езици, е подмножество от класа езици на мрежата на Петри.

Тъй като P / V-системите могат да бъдат моделирани от системи за съобщения със съобщения само от един тип, P / V-системите

Ориз. 8.11. (виж сканиране) Предложения и последователи за системата с NMPP, показани на фиг. 8.9.

са включени в системите за съобщения. Лесно е да се изгради система за съобщения за решаване на проблема с пушачите на цигари, така че включването на P/V системи в системите за съобщения е само по себе си. От друга страна, системите със съобщения не са в състояние да възприемат входни съобщения от няколко източника едновременно и следователно не са еквивалентни на мрежите на Петри.

Когато се опитвате да симулирате преход с множество входове, може да възникне една от следните две ситуации:

1. Процесът ще се опита да получи токени (съобщения) от всички свои входове, но той ще бъде невалиден и следователно ще бъде блокиран, като същевременно ще забави токените, които са необходими, за да позволи на други преходи да продължат да работят. Това ще доведе до задънени улици в системата със съобщения, които не съответстват на задънени точки в мрежата на Петри, което нарушава третото ограничение.

2. Процесът ще избегне създаването на ненужни задънени улици, като определи, че останалите необходими токени липсват и се върне

(щракнете, за да видите сканирането)

токени в позиция (канални процеси), от която са получени. Такива действия могат да се извършват произволно често, което означава, че няма ограничение за дължината на поредица от действия в система със съобщения, съответстващи на ограничена последователност от начални преходи в мрежа на Петри. По този начин това нарушава второто ни ограничение.

Ориз. 8.13. Добавяне на системи със съобщения към йерархията на моделите.

Riddle представи трансформация, която отговаря на случай 1 и води до ненужни задънени точки. Във всеки случай виждаме, че системите за съобщения не могат да симулират произволни мрежи на Петри (при ограниченията, които сме формулирали). Следователно, в резултат на това получаваме йерархията, показана на фиг. 8.13.

P.S. Може би с течение на времето списъкът ще бъде допълнен.

В мрежите всичко е същото. Решихте да отидете на сайта и да прочетете новините. Въведете адреса на уебсайта в реда на браузъра. Тогава компютърът ви трябва да поиска тези страници. И тогава на помощ ще дойдат по-ниските протоколи, които са транспортен център. Тук всяко ниво може да се сравни с гореописаните личности на снимката.

Ще доведа целия този трик до общ знаменател и ще споделя пример, който някога извадих за себе си. Имате мрежово устройство за крайна точка. Няма значение компютър, лаптоп, таблет, смартфон или нещо друго. Всяко от тези устройства работи през TCP/IP стека. Това означава, че спазва правилата си.

1) Ниво на приложение. Тук работи самото мрежово приложение. Тоест уеб браузър, който се стартира например от компютър.

2) Транспортен слой. Едно приложение или услуга трябва да има порт, на който слуша и през който може да се свързва.

3) Мрежов слой. IP адресът присъства тук. Нарича се още логически адрес на устройство в мрежата. С него можете да се свържете с компютъра, на който работи този браузър, което означава, че можете да стигнете до самото приложение. Притежавайки този адрес, той е член на мрежата и може да комуникира с други участници

4) Връзков слой. Това е самата мрежова карта или антената. Тоест предавател и приемник. Той има физически адрес за идентифициране на тази мрежова карта. Тук са и кабелите, конекторите. Това е средата, която свързва компютъра с други участници.

Да започнем от най-ниското ниво. Това е връзката за данни и физическия слой, ако се гледа от гледна точка на OSI модела, и слоят за достъп, ако се гледа от горната част на стека на протоколите TCP/IP. Ние използваме TCP/IP, така че ще говоря от нейната гледна точка. Слоят за достъп, както разбрахте, комбинира физическия слой и слоя за връзка за данни.

Физически слой.Или както обичат да го наричат ​​"електрическо ниво". Посочва параметрите на сигнала, както и какъв вид и форма има сигналът. Ако се използва например Ethernet (който предава данни по проводник), тогава каква е модулацията, напрежението, тока. Ако е Wi-Fi, тогава кои радиовълни, честота, амплитуда да използвате. Това ниво включва мрежови карти, Wi-Fi антени, конектори. На това ниво се въвежда концепцията за битове. Това е мерна единица за предавана информация.

Връзков слой.Това ниво се използва за предаване не само на битове, а на значими поредици от тези битове. Използва се за предаване на данни в едноканална среда. Какво означава това, ще опиша малко по-късно. MAC адресите, наричани още физически адреси, работят на това ниво.

Терминът "физически адреси" беше въведен с причина. Всяка мрежова карта или антена има вграден адрес, който се задава от производителя. В предишната статия споменах термина "протоколи". Само там те бяха протоколи от най-високо ниво, или по-точно приложеният. На ниво връзка за данни работят техните собствени протоколи и броят им не е малък. Най-популярните са Ethernet (използва се в локални мрежи), PPP и HDLC (използва се в широкообхватни мрежи). Това със сигурност не е всичко, но Cisco разглежда само тях в сертифицирането си CCNA.

Трудно е да се разбере всичко това под формата на солиден сух текст, затова ще го обясня на снимката.

Забравете за IP адресите, модела OSI и стека на протоколите TCP / IP засега. Имате 4 компютъра и превключвател. Не обръщайте внимание на превключвателя, тъй като това е обикновена кутия за свързване на компютри. Всеки компютър има свой собствен MAC адрес, който го идентифицира в мрежата. Трябва да е уникален. Въпреки че ги представих като 3-цифрени, това далеч не е така. Сега тази снимка е само за логическо разбиране, но по-долу ще напиша как работи в реалния живот.

Така. Ако един от компютрите иска да изпрати нещо на друг компютър, тогава той трябва да знае само MAC адреса на компютъра, на който изпраща. Ако горният ляв компютър с MAC адрес 111 иска да изпрати нещо до долния десен компютър, той ще го изпрати без никакви проблеми, ако знае, че получателят има MAC адрес 444.

Тези 4 компютъра образуват проста локална мрежа и едноканална среда. Оттук и името на нивото. Но за правилната работа на възлите в TCP / IP мрежите адресирането на ниво връзка не е достатъчно. Също така важно е адресирането на мрежово ниво, което е известно на всички като IP адресиране.

Сега нека си спомним за IP адресите. И да ги зададете на нашите компютри.

Сега за важното. Компютърът осъзнава, че не знае MAC адреса на компютъра, който трябва да бъде проверен за наличност. За да разберат MAC адреса по IP адреса, те измислиха ARP протокола. Ще пиша подробно за това по-късно. Сега искам да разберете зависимостите между MAC адреса и IP адреса. И така, той започва да крещи на цялата мрежа: "Кой е 1.1.1.4." Този вик ще бъде чут от всички участници в мрежата и ако има възел, който има даден IP адрес, той ще отговори. Имам такъв компютър и в отговор на този вик той ще отговори: „1.1.1.4 съм аз. Моят MAC е 444". Компютърът ми ще получи това съобщение и ще може да продължи това, което му казах.

След това трябва да научите как да различавате една подмрежа от друга. И както разбира компютърът, той е в една и съща подмрежа с друг възел или в различни. За това на помощ идва маската на подмрежата. Има много маски и в началото изглежда страшно, но уверявам ви, че така изглежда само в началото. Ще й бъде посветена цяла статия и там ще научите всичките й тайни. На този етап ще ви покажа как работи.

Ако някога сте влизали в настройките на мрежовите адаптери или сте регистрирали статичен адрес, който ви е казал доставчикът, тогава сте видели полето "подмрежова маска". Той е написан в същия формат като IP адреса, шлюза по подразбиране и DNS. Това са четири октета, разделени с точки. Ако никога не сте виждали това, можете да отворите командния ред и да въведете ipconfig в него. Ще видите нещо подобно.

Ще модернизирам мрежата и ще ви я покажа малко по-различно.

Погледнете внимателно адресите на всички устройства. Може да забележите, че 3-ти октет е различен за новите и старите възли. Нека се справим с това. Аз също седя на компютър с MAC: 111 и IP: 1.1.1.1. Искам да изпратя информация до един от новите възли. Да кажем, че това е горният десен компютър с MAC: 555 и IP: 1.1.2.1. Слагам маска и гледам.

Компютърът ми знае, че адресът на шлюза е 1.1.1.254. Той ще извика на цялата мрежа: "Отговор 1.1.1.254." Това съобщение ще бъде получено от всички участници в средата на канала, но ще отговори само този, който седи зад този адрес. Тоест рутер. Той ще изпрати отговор и едва след това компютърът ми ще изпрати данните на адрес 1.1.2.254. И обърнете внимание. В слоя за връзка за данни данните ще бъдат изпратени до MAC: 777, а на мрежово ниво до IP: 1.1.2.1. Това означава, че MAC адресът се предава само в неговата канална среда и мрежовият адрес не се променя по целия му път. Когато рутерът получи информацията, той ще разбере, че тя е била предназначена за него на ниво връзка, но когато види IP адреса, ще разбере, че това е междинна връзка и трябва да бъде прехвърлена към друга канална среда. Вторият му порт гледа към правилната подмрежа. Това означава, че всичко му дойде правилно. Но той не знае MAC адреса на дестинацията. Той започва да крещи по същия начин на цялата мрежа: "Кой е 1.1.2.1?" И компютър с MAC адрес 555 отговаря. Мисля, че логиката на работата е ясна.

В двете предишни статии и в настоящата, терминът беше споменаван многократно "Мак адрес"... Нека да разгледаме какво представлява.

Както казах преди, това е уникален идентификатор за мрежово устройство. Уникален е и не трябва да се повтаря никъде. Състои се от 48 бита, от които първите 24 бита са уникален идентификатор за организацията, който се присвоява от комисията на IEEE (Институт на инженерите по електроника и електроника). А вторите 24 бита се задават от производителя на хардуера. Изглежда така.

1) 00-50-56-C0-00-08
2) 00: 50: 56: C0: 00: 08
3) 0050.56С0.0008

Както можете да видите, един и същ адрес може да бъде написан по различни начини. Все пак обикновено не се разделя, а се записва заедно. Основното нещо, което трябва да знаете, е, че MAC адресът винаги се състои от 48 бита и се състои от 12 букви и/или цифри. Можете да го видите по различни начини. Например в Windows отворете командния ред и въведете ipconfig / all. Много производители все още го пишат на кутията или на гърба на устройството.

След като анализираме адреса на слоя с връзки, е време да разглобим протокола, който работи на този слой. Най-популярният протокол, използван в момента в локалните мрежи е Ethernet... IEEE го описа със стандарта 802.3. Така че всички версии, които започват с 802.3, се отнасят за него. Например, 802.3z е GigabitEthernet през влакно; 1 Gbps, а 802.3af е Power over Ethernet (PoE).

Между другото, не споменах организацията IEEE (Институт на инженерите по електроника и електроника)... Тази организация разработва стандарти за всичко, свързано с електрониката и електротехниката. На техния уебсайт можете да намерите много документация за съществуващите технологии. Това издават при поискване "Ethernet"

2) MAC адрес на приемника.Полето, където е изписан адресът на получателя.

3) MAC адрес на подателя.Съответно тук се записва адресът на подателя.

4) Тип (дължина).Това поле показва по-добрия протокол. За IPv4 е 0x0800, за ARP е 0x0806, а за IPv6 е 0x86DD. В някои случаи тук може да бъде записана дължината на полето за данни на рамката (следващото поле в заглавката).

5) SNAP / LLC поле + данни.Това поле съдържа данни, получени от по-високи нива (или полезен товар).

6) FCS (Последователност на проверка на рамката).Полето, в което се изчислява контролната сума. От него получателят разбира дали рамката е счупена или не.

В хода на това писане и следващите ще бъдат засегнати други протоколи на ниво връзка. Засега горното е достатъчно, за да разберем неговата работа.

Преминаваме към мрежовото ниво и тук ни среща сензационният IP протокол. Тъй като говорим за мрежовия слой, това означава, че протоколът, работещ на това ниво, трябва по някакъв начин да може да прехвърля данни от една канална среда към друга. Но първо, нека видим какъв вид протокол е и от какво се състои.

IP (от английския Internet Protocol).Протокол от семейството TCP / IP, разработен през 80-те години. Както казах по-рано, той се използва за свързване на отделни компютърни мрежи една с друга. Също така важната му характеристика е адресирането, което се нарича

IP адрес... В момента има 2 версии на протокола: IPv4 и IPv6. Няколко думи за тях:

1) IPv4.Използва 32-битови адреси, които се записват във формата на четири десетични числа (от 0 до 255), разделени с точки. Например адресът е 192.168.0.4. Всяко число, разделено с точки, се нарича октет. Това е най-популярната версия до момента.

2) IPv6.Използва 128-битови адреси, които са записани във формата на осем четирицифрени шестнадесетични числа (от 0 до F). Например адрес 2001: 0db8: 11a3: 09d7: 1f34: 8a2e: 07a0: 765d. Всяко число, разделено с точки, се нарича хекстет. В зората на универсалната компютъризация възникна проблем. IP адресите започнаха да се изчерпват и беше необходим нов протокол, който може да осигури повече адреси. Така се появява протоколът IPv6 през 1996 г. Но благодарение на NAT технологията, която ще бъде обсъдена по-късно, проблемът с липсата на адреси беше частично решен и в тази връзка въвеждането на IPv6 беше отложено и до днес.

Мисля, че е ясно, че и двете версии са предназначени за едни и същи цели. Тази статия ще разгледа IPv4 протокола. За IPv6 ще бъде написана отделна статия.

И така, IP протоколът работи с блок от информация, който обикновено се нарича IP пакет. Нека разгледаме неговата структура.

2) IHL (от англ. Internet Header Length - размерът на заглавката).Тъй като много от полетата, показани на снимката, не са фиксирани, това поле изчислява размера на заглавката.

3) Вид на услугата.Обслужва размера на опашките за QoS (качество на услугата). Той прави това с помощта на байт, който показва определен набор от критерии (изисквания за латентност, честотна лента, надеждност и т.н.)

4) Дължина на опаковката.Размер на пакета. Ако МХПотговаря само за размера на полетата в заглавката (заглавката са всички полета на снимката, с изключение на полето за данни), тогава дължината на пакета е отговорна за целия пакет като цяло, включително потребителски данни.

5) Време за живот (TTL- Време за живот).Полето, използвано за предотвратяване на обвиване на пакета. Докато преминава през рутера, стойността намалява с едно, а когато достигне нула, пакетът се изпуска.

6) Протокол.За кой превъзходен протокол е предназначен този пакет (TCP, UDP).

7) Контролна сума на заглавието.Тук се разглежда целостта на полетата на заглавката. Не данни! Данните се проверяват от съответното поле в слоя за връзка за данни.

8) Опции.Това поле се използва за разширяване на стандартната IP заглавка. Рядко се използва в познати мрежи. Тук се записват данни за някакво конкретно оборудване, което чете това поле. Например система за управление на заключване на вратите (където се осъществява комуникацията с контролера), технология за интелигентен дом, интернет неща и т.н. Познатите мрежови устройства като рутери и комутатори ще игнорират това поле.

9) Офсет.Показва къде принадлежи фрагментът в оригиналния IP. Тази стойност винаги е кратна на осем байта.

10) Данни.Тук се съдържат данните, получени от по-високите нива. По-горе показах, че има и поле за данни в Ethernet рамката. И даденият IP пакет ще бъде включен в полето за данни. Важно е да запомните, че максималният размер на Ethernet рамка е 1500 байта, но размерът на IP пакет може да бъде 20 KB. Съответно, целият пакет няма да се побере в полето за данни на Ethernet рамката. Следователно пакетът се разделя и изпраща на части. И за това се използват 3 полета по-долу.

11) Идентификатор.Това е число от 4 байта, което показва, че всички части на разделения пакет са едно цяло.

12) Знамена.Показва, че това не е единичен пакет, а фрагментиран пакет.

13) Отместване на фрагмента.Изместване спрямо първия фрагмент. Тоест, това е номерация, която ще помогне за сглобяването на IP пакета.

14) IP адрес на подателя и IP адрес на получателя.Съответно тези 2 полета показват от кого и за кого е пакетът.

Ето как изглежда един IP пакет. Разбира се, за начинаещи стойностите на много полета ще изглеждат не съвсем ясни, но в бъдеще ще се поберат в главата. Например: полето „Време за живот (TTL)“. Работата му ще стане ясна, когато разберете как работи маршрутизирането. Мога да дам съвети, които аз самият прилагам. Ако видите неразбираем термин, запишете го отделно и, ако имате свободно време, опитайте се да го разберете. Ако не ви дойде наум, отложете го и се върнете към изучаването малко по-късно. Основното нещо е да не го хвърляте и в крайна сметка да го довършите.

Остава последният слой от TCP/IP стека. то транспортен слой... Няколко думи за него. Той е предназначен да доставя данни до конкретно приложение, което идентифицира чрез номера на порта. В зависимост от протокола изпълнява различни задачи. Например фрагментиране на файлове, контрол на доставката, мултиплексиране и управление на потоци от данни. Двата най-известни протокола на транспортния слой са UDP и TCP. Нека поговорим за всеки от тях по-подробно и ще започна с UDP, поради неговата простота. Е, по традиция показвам от какво се състои.

2) Пристанище на местоназначение.Тук е посочено пристанището, което ще бъде дестинацията. Например, ако клиент поиска страница на уебсайт, тогава портът на местоназначението по подразбиране ще бъде 80-ти (протокол HTTP).

3) Дължина на UDP.Дължина на UDP заглавката. Размерът варира от 8 до 65535 байта.

4) UDP контролна сума.Проверка на целостта. Ако е нарушен, той просто го изхвърля, без да иска повторно изпращане.

5) Данни.Данните от най-високото ниво са пакетирани тук. Например, когато уеб сървър отговори на клиентска заявка и изпрати уеб страница, тогава той ще лежи в това поле.

Както можете да видите, той няма толкова много полета. Неговата задача е да номерира портовете и да провери дали рамката е счупена или не. Протоколът е прост и не изисква ресурси. Той обаче не може да осигури контрол на доставката и да изиска повторно счупени парчета информация. Добре познатите услуги, които работят с този протокол, са DHCP, TFTP. Те бяха разгледани в статията, когато се разглеждаха протоколите от най-високо ниво.

Преминаване към по-сложен протокол. Ние отговаряме на TCP протокола. Разглеждаме от какво се състои и преминаваме през всяко поле.

2) Сериен номер.Номерът, който се използва, така че от другата страна да е ясно какъв е този сегмент в сметката.

3) Номер за потвърждение.Това поле се използва, когато доставката предстои или доставката е потвърдена. За това се използва параметърът ACK.

4) Дължината на заглавката.Използва се, за да се разбере какъв размер има TCP заглавката (това са всички полета, показани на снимката по-горе, с изключение на полето за данни) и какъв размер имат данните.

5) Запазено знаме.Стойността на това поле трябва да бъде нула. Той е запазен за специални нужди. Например, за да докладвате за претоварване на мрежата.

6) Знамена.В това поле се задават специални битове за установяване или прекратяване на сесия.

7) Размер на прозореца.Поле, указващо колко сегмента да изискват потвърждение. Вероятно всеки от вас е виждал такава картина. Изтегляте файл и виждате скоростта и времето на изтегляне. И тогава отначало показва, че остават 30 минути, а след 2-3 секунди вече 20 минути. След още 5 секунди показва 10 минути и т.н. Това е размерът на прозореца. Първо, прозорецът е оразмерен така, че да получава повече потвърждения за всеки изпратен сегмент. Тогава всичко върви добре и мрежата не се проваля. Размерът на прозореца се променя и повече сегменти се предават и следователно изискват по-малко отчети за доставка. Така изтеглянето е по-бързо. Веднага щом мрежата се повреди за кратко и някой сегмент пристигне унищожен, размерът ще се промени отново и ще се изискват повече отчети за доставка. Това е същността на тази област.

8) TCP контролна сума.Проверка на целостта на TCP сегмента.

9) Индекс на важност.Това е отместването на последния важен октет данни спрямо SEQ за пакети с зададен флаг URG. В реалния живот се използва, когато е необходимо да се контролира потокът или състоянието на протокола от горния слой от изпращащия агент (например, ако агентът-получател може индиректно да сигнализира на изпращащия агент, че не може да се справи с потока от данни ).

10) Опции.Използва се за всякакви разширени или допълнителни параметри. Например за параметъра на времевия клей, който е вид етикет, показващ часа на настъпилото събитие.

11) Данни.Почти същото като в UDP протокола. Тук са капсулирани данни от по-високо ниво.

Видяхме структурата на TCP протокола и в същото време приключихме разговора за транспортния слой. Оказа се толкова кратка теория за протоколите, работещи на по-ниските нива. Опитах се да го обясня възможно най-просто. Сега ще опитаме всичко на практика и ще завършим няколко въпроса.

Отварям CPT и сглобявам верига, подобна на една от снимките по-горе.

Отварям PC1 и записвам мрежовите настройки.

1) IP адрес - 192.168.1.1

Разгледахме тази маска по-горе. Нека ви напомня, че мрежовият адрес на други хостове в същата локална мрежа трябва да бъде 192.168.1, а адресът на хоста може да бъде от 1 до 254.

Това е адресът на рутера, до който ще се изпращат данни за хостове в друга локална мрежа.

За да няма много снимки от един и същи тип, няма да давам скрийншоти на другите 3 компютъра, а само техните настройки.

PC2:
1) IP адрес - 192.168.1.2
.
3) Основният шлюз е 192.168.1.254.

PC3:
1) IP адрес - 192.168.1.3
2) Маска на подмрежата - 255.255.255.0.
3) Основният шлюз е 192.168.1.254.

PC4:
1) IP адрес - 192.168.1.4
2) Маска на подмрежата - 255.255.255.0.
3) Основният шлюз е 192.168.1.254.

Нека се спрем на тази настройка засега и да видим как работи нашата локална мрежа. Сложих CPT в режим на симулация. Да кажем, че седя на PC1 и искам да пингувам PC4 за наличност. Отварям командния ред на PC1.

Но тук пингът се сблъсква с проблем. Той не знае MAC адреса на дестинацията. Тоест адресът на слоя на връзката. За да направи това, той използва ARP протокола, който може да разпитва участниците в мрежата и да разбере MAC адреса. За него говорихме мимоходом в предишната статия. Нека поговорим за това по-подробно. Няма да променя традициите. Снимка в студиото!

1) Тип хардуер.Мисля, че от името става ясно, че тук е посочен типът на каналния слой. Досега разглеждахме само Ethernet. Неговото обозначение в това поле е 0x0001.

2) Тип протокол.Тук по подобен начин е посочен типът на мрежовия слой. IPv4 кодът е 0x0800.

3) Дължината на физическия адрес в байтове (Дължина на хардуера).Ако е MAC адрес, тогава размерът ще бъде 6 байта (или 48 бита).

4) Дължината на логическия адрес в байтове (дължина на протокола).Ако е IPv4 адрес, тогава размерът ще бъде 4 байта (или 32 бита).

5) Код на операцията.Операционен код на подателя. Ако това е заявка, тогава кодът е 0001. В случай на отговор - 0002.

6) Хардуерен адрес на подателя. MAC адрес на подателя.

7) Логически адрес на подателя (адрес на протокола на подателя). IP адрес на подателя.

8) Целеви хардуерен адрес. MAC адрес на приемника. Ако това е заявка, тогава по правило адресът е неизвестен и това поле остава празно.

9) Логически адрес на получателя (адрес на целевия протокол). IP адрес на получателя.

Сега, когато знаем от какво е направена, можем да разгледаме как работи в CPT. Щраквам върху втория плик и виждам следната снимка.

1) Преамбюл- ето една битова последователност, която говори за началото на кадъра.

2) Следва MAC адресите на източника и дестинацията.Адресът на източника съдържа MAC адреса на компютъра инициатор, а адресът на местоназначението съдържа адреса на излъчване FF-FF-FF-FF-FF-FF (тоест за всички възли в средата на канала).

3) Тип - тук е посочен най-добрият протокол. Код 0x806 означава, че ARP е по-висок. Честно казано, не мога да кажа със сигурност на какво ниво работи. Различните източници го посочват различно. Някой казва това на 2-ро ниво на OSI, а някой казва това на 3-то. Вярвам, че работи между тях. Тъй като има адреси, присъщи на всяко от нивата.

Няма да говоря много за данните и контролната сума. Данните не са посочени тук по никакъв начин, а контролната сума е нула.

Качваме се малко по-нагоре и ето го протокола ARP.

1) Тип хардуер- код на слоя на връзката. CPT премахна допълнителните нули и въведе 0x1 (същото като 0x0001). Това е Ethernet.
2) Тип протокол- код на мрежовия слой. 0x800 е IPv4.
3) HLEN- дължината на физическия адрес. 0x6 означава 6 байта. Точно така (MAC адресът е 6 байта).
4) ПЛЕН- дължината на мрежовия адрес. 0x4 означава 4 байта (IP адресът е 4 байта).
5) ОПКОД- код на операцията. 0x1 означава, че това е заявка.
6) Изходен Mac- ето MAC адреса на подателя. Можете да го сравните с адреса в полето Ethernet протокол и да се уверите, че е правилен.
7) IP източник- IP адрес на подателя.
8) Целеви MAC- тъй като това е заявка и адресът на канала не е известен, той е празен. CPT го показа в нули, което е същото.
9) Целеви IP- IP адрес на получателя. Точно това е адресът, който пингуваме.

1) Полето източник на Ethernet протокола вече съдържа MAC адреса на PC4, а полето на местоназначението съдържа MAC адреса на инициатора, тоест PC1.
2) Полето OPCODE вече е 0x2, тоест отговорът.
3) Полетата на логически и физически адреси в ARP протокола са променени. MAC източник и MAC дестинация са същите като в Ethernet. В полето IP адрес на източника адресът е 192.168.1.4 (PC4), а в полето IP адрес на целта - адресът 192.168.1.1 (PC1).

Веднага щом тази информация достигне до PC1, тя веднага образува ICMP съобщение, тоест ping.

1) Няма нищо ново в Ethernet протокола, а именно, MAC адресът на източника е PC1, MAC адресът на местоназначението е PC4, а полето Type е 0x800 (протокол IPv4)
2) В IP протокол полето Version е 4, което означава IPv4 протокол. IP адресът на подателя е PC1, а IP адресът на получателя е PC4.
3) В ICMP протокол, в полето Тип - код 0x8 (ехо заявка).

Изпраща ехо заявка и виждам как PC4 отговаря.

Логично, щом този отговор достигне PC1, запис трябва да се появи в конзолата на PC1. Да проверим.

По подразбиране ping изпраща 4 заявки. Следователно PC1 ще формира още 3 подобни ICMP. Няма да показвам пътя на всеки пакет, но ще дам крайния конзолен изход на PC1.

Видяхме как работи предаването на данни в едноканална среда. Сега нека видим какво се случва, ако хостовете са в различни канални среди или подмрежи. Нека ви напомня, че мрежата не е напълно конфигурирана. А именно, трябва да конфигурирате рутера и втората подмрежа. Какво ще правим сега.

Отварям компютър на име PC5 и записвам мрежовите настройки.

Ето настройките на PC6:

1) IP адрес - 192.168.2.2
2) Маска на подмрежата - 255.255.255.0
3) Основният шлюз - 192.168.2.254

Хостовете в средата на 2-ри канал са настроени и работят добре. За да могат да комуникират с хостове от 1-ви канал, трябва да конфигурирате рутер, който свързва тези среди. Рутерът е конфигуриран чрез CLI (тоест в конзолната форма) и ще бъде по-лесно да донесете тук не екранни снимки, а команди.

1) Рутер> активиране - преход към привилегирован режим
2) Маршрутизатор # конфигуриране на терминал - превключете в режим на глобална конфигурация
3) Рутер (конфигурация) #интерфейс fastEthernet 0/0 - преминете към настройка на порт 0/0, който разглежда средата на първия канал
4) Рутер (config-if) #ip адрес 192.168.1.254 255.255.255.0 - закачваме IP адрес на този порт. Тъй като този порт ще бъде основният шлюз за средата на 1-ви канал, ние му посочваме IP, който е присвоен на хостовете
5) Рутер (config-if) #без изключване - включете този интерфейс. По подразбиране всички портове на cisc рутери са деактивирани
6) Рутер (config-if) #exit - излезте от режима за настройка на fastEthernet 0/0
7) Рутер (конфигурация) #интерфейс fastEthernet 0/1 - преминете към настройка на порт 0/1, който разглежда средата на втория канал
8) Рутер (config-if) #ip адрес 192.168.2.254 255.255.255.0 - ние окачваме адреса тук, който ще бъде основният шлюз за хостове в средата на 2-ри канал
9) Рутер (config-if) #без изключване - по подобен начин го активирате
10) Рутер (config-if) #end - пишем команда, която ще го хвърли в привилегирован режим
11) Рутер # копие run-config startup-config - запишете настройките в паметта на рутера

На този етап конфигурацията на рутера е завършена. Ще тичам малко напред и ще покажа полезната команда "show ip route". Показва всички мрежи, известни на рутера, и маршрута до тях.

Въз основа на тази таблица можете да се уверите, че той знае както за средата на 1-ви канал, така и за 2-рия. Глоба. Единственото, което остава да направите, е да проверите наличността на PC5 от PC1. Опитвам се. Превключване на CPT в режим на симулация. Отварям командния ред и пингувам 192.168.2.1.

Нека първо разгледаме ICMP.

Какво ще се случи след това. PC1 вижда, че проверява наличността на хост в различна среда за връзка (чрез маскиране на собствения си IP адрес и IP адреса на местоназначението). И освен IP адреса, той не знае нищо за получателя. Съответно, ICMP пакет не може да бъде изпратен в тази форма. Но той знае, че има главен шлюз, който най-вероятно знае нещо за средата на канала, в която се намира PC5. Но възниква друго усложнение. Той знае IP адреса на шлюза (който му зададох в мрежовите настройки), но не знае неговия MAC адрес. Тук на помощ идва ARP протоколът, който ще разпита всички участници в средата на канала и ще намери неговия MAC адрес. Да видим как се попълват полетата.

И малко по-високо (ARP протокол):

1) SOURCE MAC е същият PC1, а DESTINATION MAC е празен (трябва да бъде попълнен от този, за когото е предназначена тази заявка).
2) SOURCE IP е адресът на PC1, но DESTINATION IP е адресът на шлюза по подразбиране.

1) MAC източник - тук той вмъква своя MAC адрес (а именно fastEthernet0 / 0 MAC адрес).
2) MAC дестинация - записва MAC адреса на PC1 (тоест този, който е поискал) тук.
ARP:
1) MAC източник и MAC дестинация са подобни на записи в Ethernet протокола.
2) IP източник - вашият IP адрес.
3) Целев IP адрес - PC1 IP адрес.

1) SRC MAC: Това е MAC адресът на PC1.
2) DEST MAC: MAC адрес на рутера.
3) SRC IP: PC1 IP адрес.
4) DST IP: PC5 IP адрес.

Какво означава. Адресите на мрежово ниво (тоест IP адресите) не се променят, за да знаете от кого и за кого е информацията. А адресите в слоя на връзката (MAC-адресите) могат лесно да се променят, преминавайки от един носител на връзка към друг. Много е важно да разберете и запомните!

Да видим какво ще стане. Пакетът пристига в рутера и веднага се зачертава. И всичко това поради факта, че той не знае MAC адреса на PC5. Сега той формира ARP заявка и се опитва да разбере. Ето екранна снимка на тази заявка.

Веднага щом този отговор достигне до рутера, той ще знае адреса на връзката PC5. Но ето какво се случи. Докато трикът с ARP влачеше рутера и PC5, времето за изчакване на PC1 изтече в очакване на отговор, изпратен от ICMP. Показвам снимката.

Ето как работи трансферът на данни от една канална среда към друга (или от една мрежа в друга). Тук, между другото, няма значение колко канални среди трябва да преодолеете, за да стигнете до получателя. Принципът пак ще бъде такъв.

В предишната статия, когато разгледахме протоколите на горния слой, докоснахме малко транспортния слой. Предлагам да запомните това ниво и твърдо да го подсигурите.

Ще започна, както винаги, с едно просто. И това е UDP. Както казах по-горе, той се използва за прехвърляне на данни към конкретен протокол от по-високо ниво. Прави това с помощта на портове. Един от протоколите, които работят с UDP, е TFTP (Trivial File Transfer Protocol). Разгледахме този протокол в предишната статия. Следователно не трябва да възникват трудности. За тази демонстрация ще трябва да добавите сървър с активиран TFTP към вашата мрежа.

Настройките на сървъра са както следва:

1) IP адрес - 192.168.1.5
2) Маска на подмрежата - 255.255.255.0
3) Основният шлюз - 192.168.1.254

TFTP услугата е активирана по подразбиране, но е най-добре да проверите. След това превключвам CPT в режим на симулация и се опитвам да запазя конфигурацията на рутера на TFTP сървъра:

1) Рутер> активиране - преход към привилегирован режим.
2) Маршрутизатор # копирайте startup-config tftp: - Пиша командата copy (тоест copy), след това startup-config (какво точно да копирам) и tftp: (къде да копирам).
3) Адрес или име на отдалечен хост? 192.168.1.5 - излиза съобщение с искане за адреса или името на сървъра, където пиша неговия адрес.
4) Име на целевия файл? - след това той пита под какво име да го запише на сървъра и предлага стандартно име. Това ме устройва и натискам ENTER.

Ще пропусна момента на ARP работа, тъй като видяхме достатъчно.

Ethernet:
1) MAC източник - адрес на рутера.
2) MAC на дестинацията - адрес на сървъра.
3) Тип - 0x800 (означава, че IP протоколът работи по-горе).

IP:
1) Протокол - 0x11 (означава, че UDP протоколът работи по-горе).
2) IP източник - адрес на рутера.
3) Destination IP - адрес на сървъра.

UDP:
1) Source Port - динамично създаден порт (1025).
2) Destination Port - портът, който TFTP сървърът слуша (резервиран порт 69).

TFTP:
Тук са и самите данни.

Ето как работи UDP. Той не установява сесии, не изисква потвърждение на доставката и ако нещо се загуби, не пита отново. Неговата задача е да посочи номера на порта и да изпрати. Не го интересува какво ще се случи след това. Но има случаи, когато това не ви подхожда и всички тези параметри са критично важни. Тогава TCP идва на помощ. Нека го разгледаме като използваме пример за използване на уеб сървър и уеб клиент. Ще имаме същия TFTP сървър като уеб сървър. Включете HTTP услугата и поискайте страница от PC1. Не забравяйте да превключите CPT в режим на симулация!

Преди да продължа, ще говоря за установяване на TCP сесия. Ще се опитам да представя този процес възможно най-просто. Този процес се нарича "трипосочно ръкостискане" или "ръкостискане". Какъв е смисълът. Клиентът изпраща TCP сегмент с флага SYN. След като получи сегмента, сървърът взема решение. Ако той се съгласи да установи връзка, той изпраща сегмент за отговор с флага "SYN + ACK". Ако не сте съгласни, тогава той изпраща сегмента с флага "RST". След това клиентът разглежда сегмента за отговор. Ако има флаг "SYN + ACK", тогава той изпраща в отговор сегмент с флаг "ACK" и връзката се установява. Ако флагът "RST" е там, тогава той спира да се опитва да се свърже. След като трябва да прекъсне установената връзка, клиентът генерира и изпраща TCP сегмент с флага "FIN + ACK". Сървърът отговаря на този сегмент със същия флаг "FIN + ACK". И накрая, клиентът изпраща последния TCP сегмент с флага "ACK". Сега ще видите как става това на практика.

Насочвам вниманието си към мрежата и виждам как PC1 формира TCP сегмент.

Но в TCP вече е по-интересно.

1) Изходен порт - 1025 (това е динамично генерираният порт на уеб клиента).
2) Destination Port - 80 (това е запазен HTTP порт).
3) Флаг - SYN (заявка за установяване на сесия)

Нека видим как ще реагира уеб сървърът.

Веднага щом клиентът получи този сегмент, той веднага формира 2 съобщения. Един от тях е TCP сегментът по-долу, който се изпраща с флага "ACK".

И вторият е HTTP, където е посочена версията на протокола, коя страница и адрес на сървъра.

Разгледахме как работи протоколът TCP и с него в крайна сметка разгледахме протоколите на долния слой. Ето линк за изтегляне на тази лаборатория. Първоначално имах идеята да тръгна по стандартния път и да напиша отделна статия за всяко ниво, но след това разбрах, че е безсмислено да правя това. Тъй като към момента на писане на следващата статия, по-голямата част от предишната е забравена.

Е, статията е към своя край. Искам да изразя своята благодарност към потребителя с псевдонима remzalp за предоставената снимка и на други потребители, които оставят полезни коментари към статиите. Много е приятно да се види как хората се интересуват, задават въпроси и влизат в обективни и конструктивни спорове. Бих искал рускоезичната ИТ общност да се развива все повече и повече и да увеличава броя на материалите за изучаване в свободен достъп. Благодаря за четенето и ще се видим по-нататък.

Физическият слой се занимава с прехвърлянето на битове по физически комуникационни канали, като коаксиален кабел, кабел с усукана двойка, оптичен кабел или верига за цифрова зона. Това ниво е свързано с характеристиките на физическата среда за предаване на данни, като честотна лента, устойчивост на шум, характерен импеданс и други. На същото ниво се определят характеристиките на електрическите сигнали, предаващи дискретна информация, например стръмността на импулсните ръбове, нивата на напрежение или ток на предавания сигнал, вида на кодирането и скоростта на предаване на сигнала. Освен това тук са стандартизирани видовете съединители и предназначението на всеки контакт.

Функциите на физическия слой се изпълняват във всички устройства, свързани към мрежата. От страна на компютъра функциите на физическия слой се изпълняват от мрежов адаптер или сериен порт.

Пример за протокол на физическия слой е спецификацията l0-Base-T на Ethernet технологията, която дефинира кабел с неекранирана усукана двойка от категория 3 с характеристичен импеданс 100 ома, конектор RJ-45, максимална дължина на физически сегмент от 100 метра, манчестърски код за представяне на данни в кабел, както и някои други характеристики на околната среда и електрически сигнали.

Връзков слой

На физическия слой битовете просто се прехвърлят. Това не взема предвид, че в някои мрежи, в които комуникационните линии се използват (споделят) последователно от няколко двойки взаимодействащи компютри, физическата среда за предаване може да е заета. Следователно, една от задачите на слоя за връзка за данни е да провери наличността на предавателната среда. Друга задача на слоя за връзка за данни е да прилага механизми за откриване и коригиране на грешки. За да направите това, в слоя за връзка за данни, битовете се групират в набори, наречени рамки... Слоят на връзката осигурява коректността на предаването на всеки кадър, като поставя специална последователност от битове в началото и края на всеки кадър, за да го извлече, а също така изчислява контролната сума, обработвайки всички байтове на кадъра по определен начин и добавяйки контролната сума към рамката. Когато даден кадър пристигне по мрежата, приемникът отново изчислява контролната сума на получените данни и сравнява резултата с контролната сума от рамката. Ако съвпадат, рамката се счита за правилна и приета. Ако контролните суми не съвпадат, тогава се записва грешка. Слоят на връзката може не само да открива грешки, но и да ги коригира чрез повторно предаване на повредени кадри. Трябва да се отбележи, че функцията за корекция на грешки не е задължителна за слоя на връзката, следователно не е налична в някои протоколи на този слой, например в Ethernet и Frame Relay.

Протоколите на слоя на връзката, използвани в локалните мрежи, имат определена структура на връзки между компютрите и начини за адресирането им. Въпреки че свързващият слой осигурява доставката на рамка между всеки два възела на локалната мрежа, той прави това само в мрежа с напълно дефинирана топология на връзките, точно топологията, за която е проектиран. Топологиите на общата шина, пръстен и звезда, поддържани от протоколите на LAN свързващия слой, включват обща шина, пръстен и звезда, както и структури, получени от тях с помощта на мостове и комутатори. Примери за протоколи на свързващия слой са Ethernet, Token Ring, FDDI, l00VG-AnyLAN.

В локалните мрежи протоколите на слоя на връзката се използват от компютри, мостове, комутатори и рутери. В компютрите функциите на слоя на връзката се изпълняват съвместно от мрежови адаптери и техните драйвери.

В широкообхватни мрежи, които рядко имат редовна топология, слоят на връзката за данни често позволява обмен на съобщения само между два съседни компютъра, свързани с една връзка. Примери за протоколи от точка до точка (както често се наричат ​​такива протоколи) са широко използваните PPP и LAP-B протоколи. В такива случаи средствата на мрежовия слой се използват за доставяне на съобщения между крайните възли в цялата мрежа. Така са организирани X.25 мрежите. Понякога в широкообхватни мрежи е трудно да се изолират функциите на слоя на връзката в чистата им форма, тъй като в същия протокол те се комбинират с функциите на мрежовия слой. Примери за този подход са ATM и протоколите за предаване на кадри.

Като цяло слоят за връзка за данни е много мощен и пълен набор от функции за прехвърляне на съобщения между мрежови възли. В някои случаи протоколите на слоя на връзката се оказват самодостатъчни средства и могат да позволят на протоколите или приложенията на приложния слой да работят директно върху тях, без да включват средствата на мрежата и транспортните слоеве. Например, има реализация на протокола за управление на мрежата SNMP директно през Ethernet, въпреки че по подразбиране този протокол работи през IP мрежовия протокол и UDP транспортния протокол. Естествено, използването на такава реализация ще бъде ограничено - не е подходящо за свързани мрежи с различни технологии, например Ethernet и X.25, и дори за мрежа, в която Ethernet се използва във всички сегменти, но има цикъл -подобни връзки между сегментите. Но в двусегментна Ethernet мрежа, свързана с мост, внедряването на SNMP над слоя за връзка за данни ще бъде доста работещо.

Независимо от това, за да се осигури висококачествен транспорт на съобщения в мрежи с всякакви топологии и технологии, функциите на слоя на връзката не са достатъчни, следователно в модела OSI решението на този проблем се възлага на следващите две нива - мрежа и транспорт.

Мрежов слой

Мрежовият слой служи за формиране на единна транспортна система, която обединява няколко мрежи, като тези мрежи могат да използват напълно различни принципи за прехвърляне на съобщения между крайни възли и да имат произволна структура на връзки. Функциите на мрежовия слой са доста разнообразни. Нека започнем да ги разглеждаме на примера за комбиниране на локални мрежи.

Протоколите на слоя за връзка за данни на локалните мрежи осигуряват доставка на данни между всички възли само в мрежа с подходяща типична топология, например йерархична топология звезда. Това е много сериозно ограничение, което не позволява изграждане на мрежи с развита структура, например мрежи, които комбинират няколко корпоративни мрежи в една мрежа, или високонадеждни мрежи, в които има излишни връзки между възлите. Би било възможно да се усложнят протоколите на свързващия слой, за да се поддържат дублирани връзки, подобни на цикъл, но принципът на разделяне на задълженията между слоевете води до различно решение. За да се запази, от една страна, опростеността на процедурите за пренос на данни за типични топологии, а от друга страна, за да се позволи използването на произволни топологии, се въвежда допълнителен мрежов слой.

На ниво мрежа, самият термин мрежанадарен със специфично значение. В този случай мрежа се разбира като набор от компютри, свързани помежду си в съответствие с една от стандартните типични топологии и използващи за предаване на данни един от протоколите на слоя на връзката, дефинирани за тази топология.

В рамките на мрежата доставката на данни се осигурява от съответния слой на връзката, но мрежовият слой е отговорен за доставката на данни между мрежите, което поддържа възможността за избор на правилния маршрут за предаване на съобщения, дори ако структурата на връзките между съставните мрежи има характер, различен от този, приет в протоколите на свързващия слой. Мрежите са свързани помежду си чрез специални устройства, наречени рутери. рутере устройство, което събира информация за топологията на взаимното свързване и въз основа на нея препраща пакетите на мрежовия слой към мрежата местоназначение. За да прехвърлите съобщение от подател, намиращ се в една мрежа, към получател, намиращ се в друга мрежа, трябва да направите определена сума транзитни трансфери между мрежи или хопове(от хоп- скок), всеки път избирайки подходящ маршрут. По този начин маршрутът е поредица от рутери, през които преминава пакет.

На фиг. 1.27 показва четири мрежи, свързани с три рутера. Има два маршрута между възли А и Б в тази мрежа: първият през рутери 1 и 3, а вторият през рутери 1, 2 и 3.

Ориз. 1.27.Пример за композитна мрежа

Проблемът с избора на най-добрия път се нарича маршрутизиране, а неговото решаване е една от основните задачи на мрежовия слой. Този проблем се усложнява от факта, че най-краткият път не винаги е най-добрият. Често критерият за избор на маршрут е времето на предаване на данни по този маршрут; зависи от честотната лента на комуникационните канали и интензитета на трафика, който може да се променя с течение на времето. Някои алгоритми за маршрутизиране се опитват да се адаптират към промените в натоварването, докато други вземат решения въз основа на средни стойности във времето. Изборът на маршрут може да се извърши според други критерии, например надеждност на предаването.

В общия случай функциите на мрежовия слой са по-широки от функциите за прехвърляне на съобщения през връзки с нестандартна структура, които сега разгледахме на примера за комбиниране на няколко локални мрежи. Мрежовият слой също така решава проблема с хармонизирането на различни технологии, опростяване на адресирането в големи мрежи и създаване на надеждни и гъвкави бариери пред нежелания трафик между мрежите.

Съобщенията на мрежовия слой обикновено се наричат пакети... При организиране на доставката на пакети на мрежово ниво се използва концепцията за "мрежов номер". В този случай адресът на получателя се състои от горната част - номера на мрежата и долната част - номера на възела в тази мрежа. Всички възли на една мрежа трябва да имат една и съща горна част на адреса, следователно на термина "мрежа" на мрежово ниво може да се даде друго, по-формално определение: мрежата е съвкупност от възли, чийто мрежов адрес съдържа един и същ мрежов номер.

На мрежово ниво се дефинират два вида протоколи. Първият вид - мрежови протоколи- реализиране на промоция на пакети през мрежата. Това са протоколите, които обикновено се споменават, когато се говори за протоколи на мрежовия слой. Въпреки това, друг тип протоколи често се отнасят към мрежовия слой, наречен протоколи за обмен на информация за маршрутизиране или просто протоколи за маршрутизиране... Маршрутизаторите използват тези протоколи, за да събират информация за топологията на взаимното свързване. Протоколите на мрежовия слой се реализират от софтуерни модули на операционната система, както и от софтуер и хардуер на рутери.

На мрежово ниво все още има други типове протоколи, които са отговорни за съпоставянето на адреса на възела, използван на мрежово ниво, към адреса на локалната мрежа. Такива протоколи често се наричат Протокол за разрешаване на адреси, ARP... Понякога те се отнасят не към мрежовото ниво, а към нивото на канала, въпреки че тънкостите на класификацията не променят тяхната същност.

Примери за протоколи на мрежовия слой са IP протоколът за взаимодействие на стека TCP / IP и протоколът за мрежова работа IPX на стека Novell.

Транспортен слой

По пътя от подател до получател пакетите могат да бъдат изкривени или загубени. Докато някои приложения имат свои собствени средства за обработка на грешки, има някои, които предпочитат да се справят с надеждна връзка веднага. Транспортният слой предоставя приложения или горните слоеве на стека — приложение и сесия — за прехвърляне на данни със степента на надеждност, която изискват. Моделът OSI дефинира пет класа услуги, предоставяни от транспортния слой. Тези видове услуги се отличават с качеството на предоставяните услуги: спешност, възможност за възстановяване на прекъсната връзка, наличието на мултиплексиращи средства за множество връзки между различни приложни протоколи чрез общ транспортен протокол и най-важното, възможността за откриване и коригира грешки при предаването, като изкривяване, загуба и дублиране на пакети.

Изборът на класа на обслужване на транспортния слой се определя, от една страна, от степента, до която проблемът за осигуряване на надеждност се решава от самите приложения и протоколи, по-високи от транспортните нива, а от друга страна, това изборът зависи от това колко надеждна е системата за пренос на данни.мрежа, осигурена от слоевете под транспорта - мрежа, връзка за данни и физическа. Така например, ако качеството на комуникационните канали е много високо и вероятността от грешки, които не се откриват от протоколи от по-ниско ниво, е малка, тогава е разумно да използвате една от леките услуги на транспортния слой, не обременени с множество проверки, потвърждения и други методи за повишаване на надеждността. Ако превозните средства от по-ниските нива първоначално са много ненадеждни, тогава е препоръчително да се обърнете към най-развитата услуга на транспортното ниво, която работи с максимални средства за откриване и отстраняване на грешки - чрез предварително установяване на логическа връзка, контрол на доставката на съобщения чрез контролни суми и циклично номериране на пакетите., задаване на изчакване на доставка и др.

По правило всички протоколи, като се започне от транспортния слой и по-високо, се изпълняват от софтуера на крайните възли на мрежата - компонентите на техните мрежови операционни системи. Примерите за транспортни протоколи включват протоколите TCP и UDP на стека TCP / IP и протокола SPX на стека Novell.

Протоколите от долните четири нива обикновено се наричат ​​мрежов транспорт или транспортна подсистема, тъй като напълно решават проблема с пренасянето на съобщения с дадено ниво на качество в композитни мрежи с произволна топология и различни технологии. Останалите три горни нива решават проблема с предоставянето на приложни услуги на базата на съществуващата транспортна подсистема.

Ниво на сесия

Слоят на сесията осигурява контрол на диалога: фиксира коя от страните е активна в момента, осигурява средства за синхронизация. Последните позволяват вмъкване на точки на прекъсване в дълги пасове, така че в случай на неуспех да можете да се върнете към последната точка на прекъсване, вместо да започвате отначало. На практика малко приложения използват слоя на сесията и той рядко се изпълнява като отделни протоколи, въпреки че функциите на този слой често се комбинират с функциите на слоя на приложението и се изпълняват в един протокол.

Представително ниво

Слоят Презентация се занимава с формата на представяне на информацията, предавана по мрежата, без да променя съдържанието й. Поради слоя за представяне, информацията, предавана от приложния слой на една система, винаги се разбира от приложния слой на другата система. С помощта на този слой, приложните протоколи могат да преодолеят синтактичните различия в представянето на данни или разликите в кодовете на знаци като ASCII и EBCDIC. На това ниво може да се извърши криптиране и декриптиране на данни, благодарение на което се гарантира тайната на обмена на данни за всички приложни услуги наведнъж. Пример за такъв протокол е Secure Socket Layer (SSL), който осигурява защитени съобщения за протоколите на приложния слой на TCP/IP стека.

Ниво на приложение

Приложният слой всъщност е просто колекция от различни протоколи, чрез които потребителите на мрежата могат да имат достъп до споделени ресурси като файлове, принтери или хипертекстови уеб страници и да организират сътрудничеството си, например, като използват електронния протокол. Единицата данни, с която работи слоят на приложението, обикновено се нарича съобщение.

Има много голямо разнообразие от услуги за приложение. Нека вземем за пример поне няколко от най-често срещаните реализации на файлови услуги: NCP в операционната система Novell NetWare, SMB в Microsoft Windows NT, NFS, FTP и TFTP, които са част от TCP/IP стека.

Независими от мрежата и мрежови независими нива

Функциите на всички слоеве на OSI модела могат да бъдат класифицирани в една от двете групи: или функции, които зависят от конкретната техническа реализация на мрежата, или функции, ориентирани към работа с приложения.

Трите по-ниски слоя – физически, канален и мрежов – са зависими от мрежата, тоест протоколите на тези слоеве са тясно свързани с техническото изпълнение на мрежата и използваното комуникационно оборудване. Например преходът към FDDI оборудване означава пълна промяна на протоколите на физическия и на свързващия слой във всички мрежови възли.

Най-горните три нива - приложение, представител и сесия - са ориентирани към приложението и зависят малко от техническите характеристики на мрежовия дизайн. Протоколите на тези слоеве не се влияят от промени в топологията на мрежата, подмяна на оборудване или миграция към друга мрежова технология. По този начин преходът от Ethernet към високоскоростна технология l00VG-AnyLAN няма да изисква никакви промени в софтуера, който реализира функциите на слоевете на приложението, представителя и сесията.

Транспортният слой е междинен, той крие всички подробности за функционирането на долните слоеве от горните. Това ви позволява да разработвате приложения, които не зависят от техническите средства за директен транспорт на съобщения. На фиг. 1.28 показва слоевете на OSI модела, на които работят различни мрежови елементи. Компютър с инсталирана на него мрежова операционна система взаимодейства с друг компютър, използвайки протоколи от всичките седем слоя. Компютрите осъществяват това взаимодействие индиректно чрез различни комуникационни устройства: концентратори, модеми, мостове, комутатори, рутери, мултиплексори. В зависимост от типа, комуникационното устройство може да работи или само на физическия слой (повторител), или на физическия и канал (мост), или на физическия, канал и мрежа, като понякога улавя транспортния слой (рутер). На фиг. 1.29 показва съответствието на функциите на различни комуникационни устройства към слоевете на модела OSI.

Ориз. 1.28.Независими от мрежата и мрежови независими слоеве на OSI модела

Фигура 1.29.Съответствие на функциите на различни мрежови устройства на слоевете на OSI модела

Моделът OSI, макар и много важен, е само един от многото комуникационни модели. Тези модели и свързаните с тях стекове от протоколи могат да се различават по броя на слоевете, техните функции, формати на съобщения, услуги, поддържани на горните слоеве, и други параметри.

1.3.4. Концепцията за "отворена система"

Моделът OSI, както подсказва името му (Open System Interconnection), описва взаимовръзките на отворените системи. Какво е отворена система?

В широк смисъл отворена системавсяка система (компютър, компютърна мрежа, ОС, софтуерен пакет, други хардуерни и софтуерни продукти), която е изградена в съответствие с отворени спецификации, може да бъде назована.

Припомнете си, че терминът "спецификация" (в изчисленията) се разбира като формализирано описание на хардуерни или софтуерни компоненти, как те функционират, взаимодействия с други компоненти, работни условия, ограничения и специални характеристики. Ясно е, че не всяка спецификация е стандарт. От своя страна отворените спецификации означават публикувани, публично достъпни спецификации, които отговарят на стандартите и са приети в резултат на постигане на споразумение след задълбочено обсъждане от всички заинтересовани страни.

Използването на отворени спецификации при разработването на системи позволява на трети страни да разработват различни хардуерни или софтуерни разширения и модификации за тези системи, както и да създават софтуерни и хардуерни комплекси от продукти на различни производители.

За реалните системи пълната откритост е недостижим идеал. Като правило, дори в системи, наречени отворени, само няколко части, които поддържат външни интерфейси, отговарят на това определение. Например, отвореността на семейството на Unix операционни системи се крие, наред с други неща, в наличието на стандартизиран интерфейс за програмиране между ядрото и приложенията, което улеснява пренасянето на приложения от една версия на Unix към друга. Друг пример за частична отвореност е използването на Open Driver Interface (ODI) в доста затворената операционна система Novell NetWare за включване на драйвери за мрежови адаптери на трети страни в системата. Колкото повече отворени спецификации се използват при разработването на една система, толкова по-отворена е тя.

Моделът OSI засяга само един аспект на отвореността, а именно отвореността на средствата за взаимодействие между устройства, свързани към компютърна мрежа. Тук отворена система се отнася до мрежово устройство, което е готово да взаимодейства с други мрежови устройства, използвайки стандартни правила, които определят формата, съдържанието и значението на изпратените и получени съобщения.

Ако двете мрежи са изградени в съответствие с принципите на откритост, това дава следните предимства:

възможността за изграждане на мрежа от хардуер и софтуер от различни производители, придържащи се към един и същи стандарт;

възможността за безболезнена подмяна на отделни мрежови компоненти с други, по-модерни, което позволява на мрежата да се развива с минимални разходи;

възможността за лесно свързване на една мрежа с друга;

лекота на развитие и поддръжка на мрежата.

Ярък пример за отворена система е международният интернет. Тази мрежа се е развила в пълно съответствие с изискванията за отворени системи. В разработването на нейните стандарти участваха хиляди специалисти-потребители на тази мрежа от различни университети, научни организации и производители на компютърен хардуер и софтуер, работещи в различни страни. Самото име на стандартите, които определят функционирането на Интернет - Request For Comments (RFC), което може да се преведе като "заявка за коментари" - показва отворения и отворен характер на приетите стандарти. В резултат на това Интернет успя да комбинира най-разнообразния хардуер и софтуер от огромен брой мрежи, разпръснати по целия свят.
При използване на материали от сайта е необходима връзка към проекта.
Всички права запазени. © 2006