Уровень представления

Уровень представления характеризует синтаксис передаваемых данных. Этот уровень описывает то, каким образом устройства с различными математическими форматами записи обмениваются числами с плавающей десятичной запятой. Уровень представления выполняет определенные функции, которые требуются настолько часто, что имеет смысл для того использовать универсальное решение, а не заставлять пользователя каждый раз находить свое решение. Так, в отличие от нижних уровней, которые перемещают биты между устройствами, уровень представления занимается синтаксисом и семантикой передаваемой информации.

Типичным примером сервиса уровня представления является кодирование данных стандартным, заранее определенным способом. Большинство пользовательских программ обмениваются не случайными бинарными строками, а списками имен, счетами, ценами, расписаниями и т. д. Эти данные представлены символьными строками, целыми числами, числами с плавающей десятичной запятой и структурами данных, состоящих из более простых элементов. Разные компьютеры могут использовать разные кодировки для представления символьных строк, целых чисел и т. д. Для того чтобы компьютеры с разными видами представления информации могли общаться между собой, структуры данных, которыми они обмениваются, должны быть определены в абстрактном виде в соответствии со стандартной кодировкой, которая используется в сети. Уровень представления занимается управлением этими абстрактными структурами данных и преобразованием из представления информации, которое используется внутри компьютера, в стандартное представление, которое используется в сети.

Уровень представления также занимается и другими аспектами представления информации. Например, на этом уровне может использоваться сжатие данных, чтобы уменьшить количество пересылаемых битов. Также на этом уровне очень часто требуется и шифрование данных для сохранения конфиденциальности информации и контроля доступа к ней.

Прикладной уровень

Прикладной уровень фактически служит интерфейсом между пользователем и сетью. Этот уровень обеспечивает выполнение операций файловых систем. Прикладной уровень содержит набор разнообразных протоколов, которые обычно требуются и распространены. Например, в мире существуют сотни несовместимых между собой типов терминалов.

Представьте себе, в каком затруднительном положении оказался бы обычный текстовый редактор, которому нужно работать по сети с множеством различных типов терминалов, у каждого из которых своя собственная раскладка экрана, сочетания клавиш для редактирования текста, перемещения курсора и т. д.

Одним из способов решения этой проблемы является определение абстрактного сетевого виртуального терминала, под который будут создаваться редакторы и другие программы. Для работы с каждым типом терминала потребуется написание дополнительного программного обеспечения, которое создаст соответствие между функциями виртуального и реального терминала.

Например, когда в текстовом редакторе курсор виртуального терминала перемещается в левый верхний угол экрана, это программное обеспечение должно послать соответствующую последовательность команд реальному терминалу, чтобы и он переместил курсор в верхний левый угол. Все программное обеспечение виртуальных терминалов находится на прикладном уровне.

Еще одна функция прикладного уровня заключается в передаче файлов. Различные файловые системы имеют разные соглашения относительно наименования файлов, представления текстовых строк и т. д.

Передача файла между двумя различными системами требует учета этих и других несовместимостей. Эта работа тоже выполняется на прикладном уровне, как и обмен сообщениями электронной почты, поиск в директориях и другие средства общего и специального назначения.

Рис. 11.25. Семь уровней моделиOSI и их соотношение с протоколами сети Интернет

IР‑адрес

Протокол IP был создан в 70‑х годах для поддержки ранних компьютерных сетей на базе операционной системы Unix. Сейчас протокол IP стал коммуникационным стандартом для всех современных сетевых операционных систем. Многие популярные высокоуровневые протоколы, такие, как HTTP и TCP работают на базе IP.

Адрес протокола IP (IP‑адрес) уникальным образом идентифицирует узел или устройство Ethernet, как имя идентифицирует определенного человека.

Два устройства Ethernet в одной сети никогда не должны иметь одинаковый IP‑адрес.

Сейчас используется две версии протокола IP.

Практически все сети используют 4 версию протокола IP (IPv4), но все большее число сетей исследовательских и образовательных учреждений переходят на следующую версию протокола IP (IPv6).

Рис. 11.26. Установка IP‑адреса в Microsoft Windows 2000

Так как сигнал в среде Ethernet доходит до каждого подключенного к ней узла, то необходимо точно знать адрес назначения каждого фрейма. Например, когда компьютер В передает данные на принтер С, компьютеры А и D также получают и просматривают каждый фрейм. Впрочем, когда станция впервые получает фрейм, она просматривает адрес назначения, рассчитывая, что этот фрейм предназначен для нее. Если это не так, то станция отбрасывает фрейм, даже не изучая его содержимое.

Одним из интересных аспектов адресации в сетях является применение широковещательного адреса (broadcast address). Фрейм, у которого адрес назначения совпадает с широковещательным адресом, предназначен для каждого узла сети, и каждый узел сети получит и обработает этот фрейм.

Понимание адресации IP особенно важно для специалистов, которые часто выезжают к клиентам, у которых имеются свои собственные сети. Для того чтобы подключиться к цифровому видеорегистратору по сети, настроить его или оценить возможности сети потребуется не только разрешение системного администратора данной сети, но и умение настроить свой собственный компьютер, для подключения к сети клиента без конфликтов и сбоев. Хотя к цифровому видеорегистратору можно подключаться и напрямую, используя перекрестный кабель (вероятно, так будет даже проще и безопаснее), если вы находитесь физически рядом с устройством, но, тем не менее, необходимо знать, как получить доступ к IP‑адресу данного цифрового видеорегистратора с другого компьютера, который не является частью местной сети.

В конце этой главы мы приведем примеры использования классических команд ping, которые позволяют определить правомерность использования определенных адресов в сети.

Адресная схема протокола IPv4

Адресная схема протокола IPv4 состоит из 4 байт (32 бита).

Эти байты также называются октетами.

Для удобства восприятия мы обычно работаем с IP‑адресами в десятичной системе счисления и используем точки, чтобы разделять октеты. Например, первые 8 бит (октет) следующего IP‑адреса 11000000 10101000 1100110 1011010, записанного в двоичной системе счисления, в десятичной системе счисления будут выглядеть как 192: 1х2⁷ + 1х2⁶ + 0х2⁵ + 0х2⁴ + 0х2³ + 0х2² + 0х21 + 0x2⁰ = 128 + 64 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0 = 192. Такие же вычисления нужно проделать и с оставшимися тремя октетами, чтобы получить IP‑адрес, записанный в десятичной форме счисления. В данном примере это будет 192.168.102.90

Поскольку каждый байт содержит 8 бит, то каждый октет в IP‑адресе может принимать значения от 0 до 255 (2⁸). Таким образом, полный диапазон адресной схемы протокола IPv4 считается от 0.0.0.0 до 255.255.255.255, что дает нам 256x256x256x256 = 256⁴ = 4,294,967,296 доступных IP‑адресов.

С одной стороны может показаться, что такого количества IP‑адресов будет вполне достаточно практически для каждого человека на земном шаре, но с другой стороны не следует забывать, что уже в начале 21 века население Земли составило более 6 миллиардов человек. Быстрое развитие сети Интернет также диктует необходимость расширения адресного пространства.