Соответствие уровней стека TCP/IP семиуровневой модели OSI

Модель TCP/IP [Transmission Control Protocol / Internet Protocol] – четырёхуровневая модель взаимодействия сетей, предусматривающая объединение сетей на уровне межсетевого взаимодействия.

Одноранговые ЛВС – сети, в которых сетевые приложения равномерно распределены по рабочим станциям, частично выполняющим функции серверов.

ЛВС с архитектурой клиент-сервер – локальные сети с выделенным сервером.

Топология локальной вычислительной сети определяет расположение компьютеров, соединительных кабелей и сетевых элементов. Наибольшее распространение получили три базовые технологии (рис. 9): шина (bus), звезда (star), кольцо (ring) и смешанная топология.

1.

hub

2.

3.

Рис. 1.1. Базовые топологии ЛВС: 1-звезда; 2-шина: 3-кольцо

Топология на основе звезды требует применения центрального устройства – концентратора (hub). Выход из строя одного из компьютеров не повлияет на работоспособность сети. Недостаток – уязвимость центра. Топология на основе шины характеризуется тем, что все компьютеры подключены вдоль одного кабеля (магистрали). Передачу данных в любой момент времени может вести только один компьютер. Передаваемые данные поступают всем компьютерам, но принимает их только адресованный компьютер.

Чем больше компьютеров в сети, тем больше их выстраивается в очередь на передачу данных. При разрыве кабеля сеть распадается на сегменты и может прекратить функционирование.

Топология на основе кольца предусматривает передачу данных в одном направлении от компьютера к компьютеру, т.е. компьютеры выполняют роль ретрансляторов. При выходе из строя одного из компьютеров перестаёт функционировать вся сеть.

Кадр –то же, что ифрейм [frame] – единица передачи данных (группа битов) второго уровня стека протоколов модели OSI. Кроме данных, кадр содержит адрес получателя и управляющую информацию протокола.

Пакет [packet]– единица передачи данных третьего (сетевого) уровня стека протоколов модели OSI. Пакет имеет строго определённую структуру. Она предусматривает наличие заголовка, который содержит адрес получателя и адрес отправителя, данные для контроля ошибок, а также самого сообщения или его части, поскольку передаваемое сообщение (например, текстовой файл) может быть разделено и пересылаться в виде последовательности пакетов.

Широкополосная сеть – система, в которой реализовано несколько каналов передачи данных за счёт кодирования ( например, CDMA) информации, уплотнения или разделения (частотного или временного типа FDMA и TDMA) каналов.

Основные требования к вычислительным сетям: надёжность, пропускная способность (бит/c) и производительность (зависимость количества доставленных оконечным станциям пакетов от нагрузки на станциях-отправителях пакетов).

Сервер – высокопроизводительный компьютер сети, предоставляющий свои ресурсы рабочим станциям.

Рабочая станция (или клиент сети) – компьютер сети, имеющий доступ к ресурсам сети, но не предоставляющий в общее пользование свои ресурсы.

Хост [от англ. host- множество] – узловой высокопроизводительный компьютер с большим объёмом памяти.

Маршрутизатор [router] – промежуточная система, используемая для ретрансляции данных из одной сети в другую, от источника к приёмнику. Маршрутизатор анализирует и выбирает путь следования пакетов и реализует 3-й (межсетевой) уровень модели OSI. Современные маршрутизаторы работают со многими протоколами (IP, IPX и др.). В отличие от мостов маршрутизаторы являются активными устройствами, т.е. могут принимать решение по каждому пакету, который через них проходит, например, выбирать наилучший маршрут пересылки пакета.

Мост [bridge] – промежуточная система, используемая для взаимосвязи нескольких локальных сетей посредством ретрансляции кадров между однотипными сетями. Мост используют в случаях, когда протоколы верхних уровней совпадают. Мост не изменяет содержимого пакетов, ничего не добавляет к пакету и действует аналогично коммутаторам. Мосты работают на канальном уровне (уровень 2 модели OSI) и не различают пакеты, маршрутизируемые различными сетевыми протоколами. Использование мостов может быть обусловлено необходимостью увеличения общего количества узлов в сети.

Шлюз [gateway]– промежуточная система, соединяющая сети с различными несовместимыми протоколами верхних уровней стека протоколов (выше третьего) посредством трансляции протоколов.

Мультиплексор – микропроцессорное устройство, обеспечивающее сопряжение (мультиплексирование) нескольких трафиков в один общий канал, например, одновременная передача по одной и той же линии передачи оцифрованного голоса и компьютерных данных. Объединение различных трафиков в одной сети предусматривается интегрированными цифровыми сетями [ISDN – Integrated Services Digital Network].

Сетевой адаптер (сетевая карта) - отдельное устройство (включающее контроллер) для подключения шины компьютера (например, ISA или PCI ) к сетевому кабелю и обеспечения необходимого режима работы ЭВМ в сети.

Трансивер[transceiver] – вспомогательное устройство, соединяющее активное устройство с ЛВС.

Повторитель, репитер[repeater]–устройство, объединяющее два смежных сегмента ЛВС. Репитеры работают на первом (физическом) уровне модели OSI и осуществляют восстановление и усиление сигналов в целях компенсации их затухания в канале связи.

Фильтр [filter] –устройство или программа, осуществляющая определённое преобразование входных или выходных потоков сигналов данных по каким-либо признакам.

Брандмауэр[brandmauer, firewall] – средство защиты работающих в Интернете серверов и сетей от несанкционированного доступа. Предохраняет от попадания в защищаемый объект или выхода из него пакетов данных, которые не отвечают установленным правилам безопасности.

Идентификация получателя данных –механизм получения кадра тем клиентом (рабочей станцией) сети, которому данный кадр адресован. Поскольку рабочие станции сети передают данные небольшими блоками (кадрами), в заголовках которых помещается адрес получателя (идентификатор), то при распространении кадра по шине все станции сети игнорируют этот кадр, кроме той станции, идентификатор которой совпадает с адресом кадра. Станция- получатель копирует данные из кадра.

Ethernet– тип локальной сети (IEEE 802.3) с множественным доступом, контролем несущей и обнаружением коллизий. В настоящее время, кроме Ethernet со скоростью 10 Мб/c, существуют быстрые сети Fast Ethernet со скоростью 100 Мб/c, а также гигабитные и 10 – гигабитные сети Ethernet.

Объединитель ЛВС [coupler] – пассивное устройство в узле ЛВС для взаимосвязи двух ветвей ЛВС (см. ГОСТ 29099-91).

Хаб [Hub –в переводе сангл. - «центр»] или концентратор (или центровик ЛВС)– многопортовый повторитель кадров (рис.1.2.), используемый в качестве центрального узла в сетях с топологие, основная функция - это повторение кадра либо на всех портах (как определено в стандарте Ethernet), либо только на некоторых портах, в соответствии с алгоритмом, определенным соответствующим стандартом.

Рис.1.2. Подключение компьютеров к портам концентратора

Условные обозначения: R- порт приёмника, T- порт передатчика

«звезда» или древовидной топологией. Хаб не имеет буфера памяти, является активным устройством, способным восстанавливать уровни сигналов, их синхронизацию и обнаруживать конфликты в сети.

В настоящее время термин «Hub» используется в сетях Ethernet для обозначения более широкого класса устройств, в частности:

1. Коммутирующий хаб(рис.1.3 а) обеспечивает коммутацию входящего пакета к соответствующему выходу (как и в коммутаторе) с возможностью одновременной коммутации между собой других линий, что обуславливает увеличение скорости передачи пакетов в сети.

2. Хаб локальной сети с коллективным доступом (рис. 1.3б) обеспечивает такой режим работы, что в каждый момент времени только одна станция (любая, подключённая к хабу) должна передавать пакеты, а остальные – принимать их.

a) б)

Входящие кадры

Рис.1.3. Работа хабов а) коммутирующий хаб; б) хаб с коллективным доступом

При построении сложных локальных сетей может использоваться подключение «звездой» к головному хабу [HHUB-header Hub] промежуточных хабов [IHUB-Intermediate Hub]. Такая конфигурация сети (рис.1.4.) часто реализуется в офисах размещением промежуточных хабов на различных этажах служебного здания.

Рис.1.4.. Включение хабов «звездой»

Примечание. В сетях Ethernet (со скоростью передачи 10 Мб/c) действует правило четырёх концентраторов - между любыми двумя компьютерами должно быть не более 4-х концентраторов (повторителей)(рис. 1.5.).

hub 1

. . . .

hub 2 hub 3 hub 4

. . . . . . . . . . . .

. . . .

hub 5

Рис. 1.5. Структура сети с максимально допустимым количеством хабов

Коммутатор [switch, switching hub] – микропроцессорное устройство, обеспечивающее трансляцию входящего кадра на требуемые выходящие линии. В настоящее время термины «коммутатор» и «хаб» часто являются синонимами. Коммутатор подобен мосту, однако обладает большим быстродействием. Коммутатор – это устройство, конструктивно выполненное в виде концентратора и действующее как высокоскоростной многопортовый мост [1].

Классификация коммутаторов:

1. Коммутатор с промежуточным хранением [store-and–forward switch] обеспечивает приём кадра по входящей линии, кратковременное хранение кадра в буфере памяти и отправку по соответствующей выходящей линии с необходимой скоростью [бит/c] для сопряжения с другими сетями. Такая процедура называется транзакцией.

2. Сквозной коммутатор [cut-through switch] обеспечивает коммутацию кадров без задержки, при этом не обеспечивается контроль за достоверностью передаваемых данных в связи с отсутствием подсчёта контрольной суммы чисел.

Промежуточная система – микропроцессорное устройство, обеспечивающее связь между подсетями (рис. 1.6.) объединённой сети посредством ретрансляции и маршрутизации пакетов. К промежуточным системам относят мосты, маршрутизаторы, шлюзы и др.

Рис.1.6. Включение промежуточной системы для объединения сетей

Коллизия – явление в сети, когда передача данных по несущей (линии передачи данных) осуществляется более чем одной станцией, что приводит к «столкновению» кадров. Для исключения коллизий используется протокол CSMA/CD [CarrierSence Multiple Access with Collision Detection] – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий, который обеспечивает выполнение следующих процедур:

- если несущая свободна, то можно передавать;

- если несущая занята, нужно продолжать прослушивать несущую до тех пор, пока она не освободится, после чего немедленно начать передачу;

- после коллизии нужно подождать в течение случайного периода времени, после чего повторить попытку передачи.

Коммутаторы и мосты используют для деления сети на сегменты - домены коллизий (рис.1.7.). При возникновении коллизии в одном из сегментов сигнал коллизии поступает на соответствующий порт коммутатора, но на другие порты коммутатора не передаётся. Большая часть трафика планируется внутри сегментов, и лишь небольшая часть трафика – между сегментами.

Extranet– расширенный Intranet, включающий широкую сеть подсетей.

Internet – глобальная общественная коммуникационная сеть, имеет условное обозначение WWW [World Wide Web – Всемирная паутина], возникла но основе сети ERPANET.Классификация сетей по способам передачи. Различают сети с коммутацией каналов и сети с коммутацией пакетов.

Классификация методов коммутации пакетов:

1. Коммутация методом виртуальных каналов (по аналогии с сетями с коммутацией физических каналов). Маршрут рассчитывается заранее, прежде чем будет отправлен первый пакет с данными. Как только маршрут установлен, все пакеты между парой компьютеров следуют по одному и тому же маршруту. В случае неисправности или перегрузки линии связи пакеты сохраняются в буферах узлов и выстраиваются в очередь на передачу.

2. Коммутация методом дейтаграмм (пакетов) является динамическим методом маршрутизации. Маршрут следования каждого пакета устанавливается узлами коммутации (маршрутизаторами) независимо. В связи с чем пакеты с одинаковыми адресами получателя необязательно следуют по одному и тому же маршруту и могут прийти к получателю в произвольном порядке. Последний узел связи восстанавливает порядок следования пакетов, прежде чем доставить их получателю.

. . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

Рис. 1.7. Структура сети с доменами коллизий

Intranet– объединённая сеть в пределах учреждения, использующая технологии и программные продукты сети Интернет.

URL [Uniform Resourse Locator] – адрес любого ресурса в WWW с указанием протокола передачи данных, с которым следует к нему обратиться. URL записывается следующим образом: протокол://адрес сервера (host domain).путь/имя файла. Пример записи: http://www.pgups.edu. Здесь http – протокол для работы с гипертекстами.

Домен– область пространства сети Интернет, которая обслуживается набором серверов и централизованно администрируется. Домен имеет своё имя.

DNS [Domain Name System] – система имён доменов, в которой каждому компьютеру наряду с IP-адресом присваивается доменное имя, например: www/trisoft.ru. Здесь домен первого уровня ru отражает географический признак (Россия) в отличие от ранее принятых обозначений в сетях США: edu – образование, com – коммерческие учреждения, net – сетевые организации.