Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій
Навчально-науковий інститут телекомунікацій та інформатизації
КАФЕДРА ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Для проведення лекції з навчальної дисципліни “Глобальна інформаційна інфраструктура”
Модуль 1 Основи глобальної інформаційної інфраструктури
ТЕМА 3.
Лекція 5. Заняття 1. Модель OSI та TSP/IP
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій
Навчально-науковий інститут телекомунікацій та інформатизації
КАФЕДРА ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Завідуючий кафедрою
_______к.т.н., доцент М.П. Гніденко
(підпис, прізвище)
“ ____ “ _____________ 2012 року
о
Для проведення лекції з навчальної дисципліни “ Глобальна інформаційна інфраструктура ”
Модуль 1 Основи глобальної інформаційної інфраструктури
ТЕМА 3
Лекція 3 (5). Заняття 7. Модель OSI та TSP/IP
Обговоренo на засіданні кафедри
Протокол №
« » 2012р. .
.
1. Засвоїти структуру побудови моделі OSІ та TCP/IP.
2. Вивчити основні функції кожного рівня.
ЧАС: 2 навчальних години
МІСЦЕ: ауд 210.
1. Комплект слайдів до лекції № 1.
2. Наічальний сайт.
Вступна частина 5 хв.
Перевірка підготовки студентів до заняття 5 хв.
Навчальні питання
1. Модель OSІ та її рівні 25 хв.
2. Структура мережного повідомлення згідно моделі OSІ. 30 хв.
3. Рівні протокола TCP/IP 20 хв.
Висновок, завдання на СРС 5 хв.
Виконати самостійне завдання № 1.
Література:
1. Стеклов В.К., Беркман Л.Н. Телекомунікаційні мережі. Київ, “Техніка”, 2001-с.5-13.
2. Оліфер В.Г. Комп’ютерні мережі. Принципи, технології, протоколи. Посібник для Вузів. 2-е вид. –СПБ. Пітер. 2005. -с.22-34.
Текст лекції
Модель OSI (англ. Open Systems Interconnection Reference Model - модель взаємодії відкритих систем) - абстрактна модель для мережних комунікацій і розробки мережевих протоколів. Представляє рівневий підхід до мережі. Кожен рівень обслуговує свою частину процесу взаємодії. Завдяки такій структурі спільна робота мережного обладнання й програмного забезпечення стає набагато простішою й зрозумілішою.
Модель OSI
. Сетевой протокол – это набор команд (операций) для взаимодействия узлов в сети. Ввиду сложности организации сетей, используемая модель сетевых протоколов содержит большое число уровней абстракции.
Согласно стандарту коммуникационной модели OSI, коммуникационная сеть подразделяется на следующие основные уровни (layers):
Физический уровень (physical layer) – механические и электрические устройства для передачи сигналов. Самый нижний уровень сетевой коммуникации. Включает сетевое оборудование - сетевые кабели, разъемы, концентраторы и т.д.
Уровень (связывания) данных или канальный (Data link layer) – обрабатывает фреймы (frames), или части пакетов фиксированной длины, включая обнаружение ошибок и восстановление после ошибок на физическом уровне.
Сетевой уровень (network layer) – обеспечивает соединение и маршрутизацию пакетов в коммуникационной сети, включая обработку адресов исходящих пакетов, декодирование адресов входящих пакетов и поддержку информации для маршрутизации для соответствующего ответа для изменения уровней загрузки.
Транспортный уровень (transport layer) – отвечает за сетевой доступ нижнего уровня и за передачу сообщений между клиентами, включая разделение сообщений на пакеты, сопровождение порядка пакетов, поток управления и генерацию физических адресов.
Уровень сеанса (session layer) – реализует сеансы (sessions), или протоколы коммуникации между процессами.
Уровень презентаций (presentation layer) – инкапсулирует различие в форматах между различными системами в сети, включая преобразования символов и полудуплексную (дуплексную) связь (эхо-вывод).
Уровень приложений (application layer) – самый высокий уровень модели сетевых протоколов. Взаимодействует непосредственно с запросами на передачу файлов пользовательского уровня, протоколами удаленных входов и передачи электронной почты, а также со схемами распределенных баз данных.
Схема уровней сетевой коммуникации представлена на рис. 1
Рис.1. Многоуровневая модель коммуникации OSI.
На рис. 2 представлено содержание уровней сетевой коммуникации.
Рис. 2. Уровни сетевых протоколов (OSI).
2 Структура мережного повідомлення згідно моделі OSІ
Сообщение имеет заголовки каждого уровня, начиная от уровня связывания данных, затем следует тело сообщения и признак конца сообщения (уровня связывания данных, отвечающего за целостность передачи сообщения). Таким образом, реализация каждого уровня абстракции обрабатывает сообщение, используя заголовок сообщения соответствующего уровня.
На рис. 3 изображена структура сетевого сообщения, согласно модели OSI.
Сети Ethernet
Ethernet (стандарт IEEE 802.3) – наиболее распространенный метод организации сетей. Относится к физическому (physical Ethernet) уровню и уровню связывания данных, согласно 8-уровневой модели OSI . Слово ether по-английски означает эфир.
Основоположник сетей Ethernet – Роберт Меткалф (R. Metcalfe 1973). Он же впоследствии основал фирму 3COM, одну из наиболее известных компаний в области сетевых технологий.
Основные идеи Ethernet - использование коаксиального кабеля (BNC) и 48-битового адреса (MAC-адреса), который присваивается каждому сетевому компьютеру и используется для идентификации источников и получателей пакетов в сетях
Первоначально скорость сетей Ethernet составляла до 3 МБит/с. В настоящее время она увеличилась до 1 Гбит/с (Gigabit Ethernet).
В большинстве локальных сетей в качестве кабеля используется витая пара (twisted pair) с разъемами типа RJ 45.
Для соединений используются концентраторы (hubs) с быстродействием 10 МБит/с (10BASE-T) или переключатели (switches) с быстродействием 100 МБит/с (100BASE-T).
Ethernet-адрес каждого компьютера фиксирован, выдается при загрузке операционной системы и может быть также выведен на консоль специальными командами ОС; например, в ОС Solaris – командой banner, которая выводит на экран стартовую информацию ОС, в том числе MAC-адрес компьютера.
TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) – наиболее распространенное семейство протоколов сетевого и транспортного уровня, используемых в Интернете. Основоположники TCP/IP – Роберт Кан (Robert Kahn) и Винтон Серф (Vinton Cerf) -1972 – 1974.
Протокол TCP/IP основан на использовании IP-адресов каждого хоста (компьютера), имеющих вид: a.b.c.d (все четыре числа – в диапазоне от 0 до 255) и обеспечивает пересылку по сети пакетов (packets) фиксированного размера, содержащих адрес получателя и номер пакета в сообщении. TCP/IP -протокол обеспечивает транспорт сетевых пакетов, деление сообщения на пакеты отправителем и сборку сообщения из пакетов получателем. IP-адрес может быть закреплен за компьютером постоянно Интернет-провайдером пользователя компьютера, либо присваивается компьютеру динамически (каждый раз – разный) при выходе в Интернет.
Более общее современное название TCP/IP - Internet Protocol Suite. Различаются более новая версия – IPv6 и более старая – IPv4. В версии IPv6 используется IP-адрес не из четырех, а из 6 чисел.
Протокол TCP/IP – синхронный, т.е. получатель ожидает получения каждого пакета и посылает отправителю подтверждение об этом. Другой вариант Интернет-протокола - UDP/IP (Universal Datagram Protocol / Internet Protocol) – асинхронный транспортный протокол, обеспечивающий обмен датаграммами – байтовыми массивами переменной длины; он считается менее надежным, чем TCP/IP, но работает быстрее, поэтому часто для быстрого обмена сообщениями в сетях предпочитают именно его.
Скорость TCP/IP не всегда удовлетворительна, ввиду огромного числа IP-узлов в Интернете. Для оптимизации связи между узлами сети применяются Distributed Hash Tables (DHT) – распределенные хеш-таблицы. В них собственная система имен узлов сети и более быстрого их поиска, чем с использованием TCP/IP протоколов, работающая "поверх" TCP/IP.
На рис. 4 изображены уровни протокола TCP/IP и перечислены основные протоколы прикладного уровня, работающие поверх TCP/IP и UDP/IP, - протокол передачи гипертекста (основа функционирования World Wide Web), протоколы передачи файлов, передачи электронной почты, взаимодействия с удаленным терминалом, управления сетью.
Рис.4. Уровни протокола TCP/IP.
Устойчивость сетей к ошибкам – обнаружение ошибок и реконфигурация сетей
Обнаружение ошибок сетевой аппаратуры достаточно сложно. Для обнаружение ошибки связи может быть использован протокол "рукопожатия" (handshake) – обмена сообщениями о каждом выполненном действии (посланном и принятом сообщении). Предположим, что система A и система B установили связь. Через фиксированные интервалы времени системы должны обмениваться сообщениями типа "я в порядке" (I-am-up), указывающими, что они нормально функционируют.
Если система A не получает сообщения через фиксированный интервал, то, по-видимому, либо другая система не работает, либо данное сообщение потеряно.
Система A теперь посылает сообщение вида: "Вы в порядке?" (are-you-up?) системе B.
Если система A не получает ответа, она может повторить сообщение или попробовать альтернативный маршрут к системе B
На практике используется следующий метод обнаружения, работает ли хост с именем hostname, - команда ping:
ping hostname (или: ping A.B.C.D с указанием IP-адреса хоста)
При выполнении этой команды происходит пробный обмен сообщениями фиксированной длины с заданным хостом, трассировка отправки и получения которых выдается на консоль, после чего выдается стандартное сообщение "Host hostname alive" (хост hostname жив). Если этих сообщений нет, видимо, связь с хостом по каким-то причинам потеряна (он перезагружается, либо нарушена связь на физическом уровне, либо произошло отключение электропитания и т.д.).
Если система A не получает обязательного ответа от системы B, она заключает, что имеет место какая-либо ошибка.
Типы ошибок:
Система B не работает
Непосредственная связь между A и B не работает
Альтернативная связь между A и B не работает
Сообщение потеряно.
Однако система A не может точно определить, почему произошла ошибка.
Реконфигурация сети. Когда система A определяет, что произошла ошибка, она должна реконфигурировать систему:
Если связь между A и B отказала, эта информация должна быть доведена до любой машины в сети.
Если имеет место отказ машины, то любая другая машина должна быть также нотифицирована о том, что сервисы, обеспечиваемые отказавшей машиной, более не доступны.
Когда связь или машина становятся доступны снова, данная информация должна также быть сообщена всем машинам в сети.
На практике при перезапуске какого-либо сервера в локальной сети имеется возможность послать всем пользователям сети предупреждение о том, что через минуту произойдет перезагрузка сервера, и они должны срочно сохранить свои данные.
Проектирование сетей
При проектировании сетей должен быть учтен целый ряд требований:
Прозрачность (transparency) – распределенная система должна быть представлена пользователю как обычная централизованная система.
Устойчивость к ошибкам (fault tolerance) – распределенная система должна продолжать функционировать в случае ошибок.
Масштабируемость (scalability) – по мере увеличения числа запросов, система должна легко воспринимать добавление новых ресурсов с целью удовлетворения новых запросов.
Для предоставления сетевых вычислительных услуг используются кластеры – совокупности полуавтономных машин, с точки зрения пользователя функционирующих как одна система.
Функционирование Ethernet-сетей
Передача сетевых пакетов между машинами в сетях Ethernet, наиболее распространенных с 1970-х гг. по настоящее время, происходит следующим образом. Каждая машина имеет уникальный IP-адрес и соответствующий Ethernet- (MAC-) адрес. Для коммуникации требуются оба адреса. Для поиска IP-адресов используется Domain Name Service (DNS). Протокол Address Resolution Protocol (ARP) используется для отображения MAC-адресов в IP-адреса.
Если машины находятся в одной и той же локальной сети, то может использоваться ARP. Если машины в разных локальных сетях, то машина-отправитель посылает пакет маршрутизатору (router), который маршрутизирует данный пакет до принимающей сети.
Структура сетевого пакета в Ethernet-сети изображена на рис. 23.5.
Рис. 23.5. Структура сетевого пакета в сетях Ethernet.
Как видно из схемы, пакет начинается со стандартной последовательности байтов. Он содержит Ethernet-адреса получателя и источника, длину сообщения, само сообщение (пересылаемые данные) и контрольную сумму. Структура пакета достаточно проста и особых комментариев не требует.