Протоколы

Выше мы выяснили, что важной характеристикой сети является топология (структура соединения ПК в сеть). В сетях выделяют 2 вида топологии – физическая и логическая. Физическая – это реальная схема соединения узлов сети каналами связи, а под логической – структура маршрутов потоков данных между узлами.

Операционная система управляет ресурсами компьютера, а сетевая операционная система обеспечивает управление аппаратными и программными ресурсами всей сети. Тем не менее, для передачи данных в сети нужен еще один компонент – протокол.

Определение. Протокол – это набор правил, которые регламентируют порядок сборки пакетов, содержащих данные и управляющую информацию, на рабочей станции – отправитель для передачи их по сети, а также порядок разработки пакетов по достижении ими рабочей станции – получателя.

Иными словами - это наборы очень конкретных правил обмена информации между устройствами передачи данных.

Протоколы регламентируют следующие вопросы: как осуществляется передача данных, как производится контроль ошибок, как данные компонуются с сопутствующей управляющей информацией в пакеты для дальнейшей передачи, как они преобразуются в устройстве – получателе.

Протоколы охватывают практически все фазы обмена в сети, в том числе синхронизацию тактовых генераторов компьютера – получателя и компьютера – отправителя, методику кодирования двоичных данных и даже инструкции о том, как передать информацию по нескольким различным сетям с различными схемами адресации без потери ее целостности.

Рассмотрим пример из жизни:

Для того, чтобы взаимодействовать, люди используют общий язык, если они не могут разговаривать друг с другом непосредственно, они применяют соответствующие вспомогательные средства для передачи сообщений. Например, это очень наглядно иллюстрирует процесс пересылки письма.

В компьютерных сетях применяются жесткие, четко определенные правила передачи и приема данных, которые, собственно, и называются протоколами. Передача данных требует применения следующих процедур:

• Синхронизация – механизм распознавания начала блока данных и его конца;

• Инициализация – установление соединения между взаимодействующими партнерами;

• Блокирование – разбиение передаваемой информации на блоки данных строго определенной максимальной длины (включая опознавательные знаки начала блока и его конца);

• Адресация – обеспечивает идентификацию различного используемого оборудования данных, которое обменивается друг с другом информацией во время взаимодействия;

• Обнаружение ошибок – установка битов четности и, следовательно, вычисление контрольных битов;

• Нумерация блоков – позволяет установить ошибочно передаваемую или потерявшуюся информацию;

• Управление потоком данных – служит для распределения и синхронизации информационных потоков. Так, локальная сеть, если не хватает места в буфере устройства данных или данные не достаточно быстро обрабатываются в периферийных устройствах (локальная сеть, принтерах), сообщения и/или запросы накапливаются;

• Методы восстановления – после прерывания процесса передачи данных используют методы восстановления, чтобы вернуться к определенному положению для повторной передачи информации.

• Распределение доступа – распределение, контроль и управление ограничениями доступа к данным вменяются в обязанность пункта разрешения доступа (локальная сеть, “только передача” или “только прием”).

Во многих сетях, построенных на мини-компьютерах, используется протокол управления передачей / межсетевой протокол (протокол TCP / IP), тогда как микрокомпьютерные сети сначала были ориентированы на протокол XNS фирмы Xerox, а позже на NetBios фирмы IBM.

Затем была сформирована Международная организация по стандартизации (англ. ISO – International Standarts Organization) – для единого представления данных в линиях связи, по которым передается информация.

ISO разработала базовую модель взаимодействия открытых систем (англ. Open System Interconnection (OSI)). Данная модель сейчас завоевывает популярность и является эталонной моделью.

Это модель (OSI) содержит 7 отдельных уровней.

1.Физический.

На физическом уровне определяются, какими должны быть механические, электрические, функциональные и процедурные характеристики устройств, требуемые для сопряжения, подключения и отключения, поддержание физических связей и организация канала передачи данных между устройствами (например, персональными компьютерами и центральным ЭВМ).

Физическая связь и неразрывная с ней эксплуатационная готовность является основной функцией 1-го уровня.

2.Канальный.

Канальный уровень можно сравнить со складом и погрузочно-разгрузочным цехом крупного производственного предприятия. «Обязанность» канального уровня – брать пакеты, поступающие с сетевого уровня, и готовить их к передаче (отгрузке), укладывая в кадры (коробки) соответствующего размера. Этот уровень обязан определять, где начинается и где заканчивается передаваемый блок (для указания начала и конца каждого кадра применяется последовательность бит 01111110, называемая флажок. По флажку устанавливается синхронизация и определяется позиция каждого кадра в общем потоке), а также обнаруживать ошибки передачи, возникшие на физическом уровне, если обнаружена ошибка, канальный уровень должен инициировать соответствующие действия по восстановлению потерянных, искаженных данных.

3.Сетевой.

Он обеспечивает возможность образования сети пакетной коммутации. При управлении процессами в такой сети производится обработки адреса и осуществляется маршрутизация передаваемых пакетов. Кроме того, осуществляется обработка ошибок и учитываются услуги, представленные пользователю.

Другими словами: здесь реализуется передача данных (за время работы на сетевом уровне мы и платим $).

4.Транспортный.

Транспортный уровень имеет большое значение для пользователей компьютерных сетей, так как именно он определяет качество сервиса, который требуется обеспечить посредством сетевого уровня. Для того чтобы лучше понять функции транспортного уровня, представим его как аналогию набора специальных услуг, которые местное почтовое отделение предоставляет клиентам за дополнительную плату. Локальная сеть, заплатив некоторую сумму, клиент может получить квитанцию о том, что письмо доставлено по указанному им адресу, может заказать срочную доставку и т.д. Плату за дополнительные услуги почтовое отделение взимает с клиентов деньги, а для пользователей сети – эта плата выражается в дополнительных битах, необходимых для предоставления информации о статусе возможных дополнительных услуг.

5.Сеансовый.

Он обеспечивает управление сеансами связи, организует диалог и обмен структурными сообщениями между двумя абонентскими системами сети. С помощью услуг сеансового уровня реализуется одновременное и двустороннее поочередное функционирование, устанавливаются главные и второстепенные пункты синхронизации процессов, обеспечивается необходимая структура взаимодействий.

6.Представления данных.

Уровень представления данных предназначен для интерпретации данных, а также подготовки данных для пользовательского прикладного уровня. На этом уровне происходит преобразование данных из кадров, используемых для передачи данных в экранный формат или формат для печатающих устройств конечной системы.

7.Прикладной.

Здесь принимаются и интерпретируются сообщения, обрабатываемые на других 6-ти уровнях.

В прикладном уровне необходимо предоставить в распоряжение пользователей уже переработанную информацию. С этим может справиться системное и пользовательское прикладное программное обеспечение (для передачи информации в цепочку следующих друг за другом битов – двоичное кодирование – 0,1).

Замечание: Иногда 3 верхних уровня модели OSI называют “пользователями транспортного уровня”, а 4-ре нижних – “поставщиками транспортного уровня”.