Лекция Тема "Общие принципы построения и функционирования ЛВС."

Скачать: lk_3.zip [19,57 Kb] (cкачиваний: 1)  

Тема 1. Общие принципы построения и функционирования ЛВС.

Эталонная модель ВОС. Модель ВОС в приложении к ЛВС. Особенности эталонной модели ЛВС. Сравнение эталонных моделей локальных и глобальных сетей. Международные стандарты на протоколы обмена и доступа.

Все устройства, работающие в одной сети, должны общаться на одном языке, – передавать данные в соответствии с общеизвестным алгоритмом в формате, который будет понят другим устройством. Различия во взглядах разработчиков на фундаментальные основы сети могут привести к несовместимости устройств. Взаимодействие устройств подразумевает, что все устройства следуют общепризнанным правилам. Для одобрения этих правил были созданы специальные комитеты и институты по стандартизации. Продукты, несоответствующие стандартам, могут вызывать проблемы в сети.

В 1984 году, с целью упорядочения описания принципов взаимодействия устройств, в сетях ряд международных организаций по стандартизации разработали модель, которая сыграла значительную роль в развитии сетей. Эта модель называется моделью взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection) или моделью OSI (ВОС). Модель OSI определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень. Она определяет только схему выполнения необходимых задач, но не дает конкретного описания их выполнения. Уровни OSI могут реализоваться как аппаратно, так и программно. Полное описание этой модели занимает более 1000 страниц текста.

В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней (начиная с нижнего): физический, канальный, сетевой, транспортный, сеансовый, представительный и прикладной.

Модель OSI описывает путь информации от одной прикладной программы на одном компьютере до другой программы на другом компьютере. При этом пересылаемая информация проходит вниз через все уровни системы. По мере прохождения информации вниз внутри системы она преобразуется в вид, удобный для передачи по физическим каналам связи. Для указания адресата к этой преобразованной информации добавляется заголовок с адресом. После получения адресатом этой информации, она проходит через все уровни наверх. По мере прохождения информация преобразуется в первоначальный вид. Каждый уровень системы должен полагаться на услуги, предоставляемые ему смежными уровнями.

Введем некоторые понятия:

·Уровень сети – совокупность станций одинакового ранга, входящих в иерархическую сеть. Под станцией понимается входной, промежуточный или выходной пункт передачи сообщений по каналу (host-ЭВМ);

·интерфейс – стык, соединение, общая граница двух устройств или сред. Если речь идет о физическом интерфейсе, то он определяется характеристиками соединителей, параметрами сигналов и их значением;

·протокол – описание формата передаваемых сообщений и правил, по которым происходит обмен информацией между различными системами на одном уровне;

·Стек протоколов – иерархически организованная совокупность протоколов;

·Порт – 1. Абстракция, используемая транспортными протоколами Internetдля обозначения многочисленных одновременных соединений с единственным хост-адресом. 2. Физический интерфейс компьютера, мультиплексора и т.п. для подключения внешнего (периферийного) устройства (например, модема).

Назначение каждого уровня и правила взаимодействия уровней глобальных сетей представлены в следующей таблице:

В модели OSIразличаются два основных типа протоколов. В протоколах с установление соединения (connection-oriented) перед обменом данными отправитель и получатель должны сначала установить соединение и, возможно, выбрать некоторые параметры протокола, которые они будут использовать при обмене данными. После завершения диалога они должны разорвать это соединение. Телефон – это пример взаимодействия, основанного на установлении соединения.

Вторая группа протоколов – протоколы без предварительного установления соединения (connectionless). Такие протоколы называются также дейтаграммными протоколами. Отправитель просто передает сообщение, когда оно готово (например, опускание письма в почтовый ящик). При взаимодействии компьютеров используются протоколы обоих типов.

Это взаимодействие компьютеры осуществляют опосредовано через различные коммуникационные устройства: концентраторы, модемы, мосты коммутаторы, маршрутизаторы, мультиплексоры. В зависимости от типа коммуникационное устройство может работать либо только на физическом уровне (повторитель), либо на физическом и канальном (мост, коммутатор, сетевой адаптер), либо на физическом, канальном и сетевом, иногда захватывая и транспортный уровень (маршрутизатор).

Особенности эталонной модели ЛВС.

Работы по совершенствованию эталонной модели ВОС для ЛВС привели к декомпозиции уровней 1 и 2. Канальный уровень разделен на два подуровня: подуровень управления логическим каналом (УЛК, LLC) (передача кадров между станциями, исправление ошибок, диагностика работоспособности узлов сети) и подуровень управления доступом к передающей среде (УДС, MAC) (реализация алгоритма доступа к среде и адресация станций сети). Физический уровень делитсяна три подуровня: передача физических сигналов (ПФС), интерфейса с устройством доступа (ИМС) и подключения к физической среде (МСС).

Следовательно, основное отличие эталонной модели локальной сети и глобальной заключается в том, что физические и канальные уровни разбиты на подуровни, а уровни с 3 по 7 не специфицируются.

Физический уровень обеспечивает сопряжение со средой, кодирование и декодирование, буферизацию и битовую синхронизацию. Назначение подуровней физического уровня:

·ПФС – передача физических сигналов. Обеспечивает последовательный битовый интервал;

·ИМС – интерфейс с модулем сопряжения. Представляет собой абонентский кабель с соединениями;

·МСС – модуль сопряжения со средой. Состоит из МДС (модуля доступа к среде) и ИЗС (интерфейса, зависящего от среды). МДС согласует параметры электрических сигналов с характеристиками среды (приемопередатчик). ИЗС представляет собой способ соединения со средой.

Канальный уровень формирует кадры, проверяет наличие ошибок и обеспечивает повторную передачу ошибочных кадров. Назначение подуровней канального уровня:

·УДС – управление доступом к среде. Реализует алгоритм доступа к среде, адресацию станций и контроль достоверности данных.

·УЛК – управление логическим каналом. Реализует передачу кадров и управление потоком данных. Протокол УЛК (стандарт 802.2) принадлежит семейству протоколов HDLC и имеет следующие отличительные особенности:

1. Функции обеспечения кодонезависимости и помехозащищенности сняты с уровня УЛК и возложены на уровень УДС;

2. Используются двухадресные блоки данных, которые содержат адрес получателя и отправителя (блоки данных протокола HDLC являются одноадресными и содержат адрес только отвечающей станции);

3. Передача блока данных с уровня УЛК на уровень УДС еще не означает передачу в физическую среду. На уровне УДС блоки буферизуются для того, чтобы потом быть переданными в соответствии с алгоритмом доступа к среде.

В ЛВС процедуры управления на физическом, канальном и транспортном уровнях не отличаются сложностью, в связи с чем, эти уровни управления реализуются в основном техническими средствами, называемыми станциями локальной сети и адаптерами ЛВС. По существу, адаптер вместе с физическим каналом образует информационный моноканал, к которому подключается системы сети, выступающие в качестве абонентов моноканала.

Плата сетевого адаптера представляет собой физический интерфейс между компьютером и кабельной системой. Плата вставляется в слот расширения компьютера и подключается к кабелю. Плата имеет параметры конфигурации, как и любое внешнее устройство, - это порт ввода/вывода, канал прерывания и базовый адрес памяти. Порт ввода/вывода представляет собой канал, по которому курсируют данные между компьютером и устройством (платой). Для центрального процессора компьютера, порт ввода/вывода является адресом.

Канал прерывания представляет собой физическую линию, по которой устройство посылает запросы на обслуживание.

Базовый адрес памяти указывает область памяти компьютера, которая используется в качестве буфера при передаче и приеме данных.

Параметры устанавливаются вручную – перемычками или программно. Каждая плата имеет уникальный номер, который зашивается в микросхему производителем и этот номер и является адресом того компьютера, в который вставляется плата. Для взаимодействия платы с процессором компьютером требуется специальное программное обеспечение, которое называется драйвером.

На передающем конце сетевая плата выполняет следующие функции:

1. Преобразует параллельные данные в последовательный поток битов;

2. Делит битовую последовательность на пакеты в соответствии с архитектурой сети;

3. Преобразовывает битовые последовательности в электрические сигналы на основе схемы перекодировки;

4. Для того чтобы передать сигналы, плата обращается к сети, используя определенный метод доступа.

На принимающей стороне сетевая плата выполняет следующие функции:

1. Проверяет, соответствует ли адрес получателя сетевому адресу компьютера;

2. Переводит информацию пакета в форму, соответствующую программному обеспечению – убирает дополнительные биты и преобразовывает данные в параллельные блоки;

3. Осуществляет контроль сети и формирует сообщения об ошибках.

Чем отличаются сетевые платы? Сетевые платы адаптера имеют следующие отличия:

1. Размер шины данных: 8-и, 16-и или 32-х разрядные;

2. Скорость передачи данных;

3. Поддерживаемая сетевая архитектура;

4. Имеет ли сетевая плата процессор;

5. Имеет ли сетевая плата свою собственную память;

6. Имеет ли плата светодиоды.

Стандарты ЛВС.

Существенный вклад в развитие стандартов ЛВС внес институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике в США (IEEE). В 1980 году в институте IEEE был организован комитет 802 по стандартизации локальных сетей, в результате работы которого было принято семейство стандартов IEEE 802.х, которые содержат рекомендации по проектированию нижних уровней локальных сетей. Позже результаты работы этого комитета легли в основу комплекса международных стандартов ISO8802-1…5. Эти стандарты были созданы на основе очень распространенных фирменных стандартов сетей Ethernet, ArcNet и Token Ring.

Стандарты семейства IEEE802.х охватывают только два нижних уровня модели ВОС – физический и канальный. Как уже говорилось, специфика локальных сетей нашла свое отражение в разделении канального уровня на два подуровня MAC (УДС) и LLC (УЛК), которые часто также называют уровнями. В современных ЛВС получили распространение несколько протоколов уровня MAC,реализующих различные алгоритмы доступа к разделяемой среде. Эти протоколы полностью определяют специфику таких технологий, как Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN. На уровне LLCсуществует несколько режимов работы, отличающихся наличием или отсутствием на этом уровне процедур восстановления кадров в случае их потери или искажения, то есть отличающихся качеством транспортных услуг этого уровня.

Протоколы уровней MAC и LLC взаимно независимы, – каждый протокол уровня MAC может применяться с любым протоколом уровня LLC, и наоборот.

Стандарты IEEE 802 имеют достаточно четкую структуру, приведенную на рисунке:

Как видно из рисунка, практически у каждой технологии единственному протоколу уровня MACсоответствует несколько вариантов протоколов физического уровня (для примера приведены технологии Ethernet и Token Ring, но все справедливо и для остальных технологий ЛВС).

Сегодня комитет 802 включает следующий ряд подкомитетов:

·802.1 – объединение сетей, общий документ;

·802.2 – управление логической передачей данных (LLC);

·802.3 – Ethernet с методом доступа CSMA/CD (МДКН/ОК);

·802.4 – ЛВС шинной топологии с маркерным методом доступа;

·802.5 – ЛВС топологии «кольцо» с маркерным методом доступа;

·802.6 – сеть в масштабах города, сети мегаполисов;

·802.7 – техническая консультационная группа по широкополосной передаче;

·802.8 – техническая консультационная группа по волоконно-оптическим сетям;

·802.9 – интегрированные сети передачи голоса и данных;

·802.10 – сетевая безопасность;

·802.11 – беспроводные сети;

·802.12 – ЛВС с методом доступа по требованию с приоритетами.

Современной тенденцией является частичный или полный отказ от разделяемых сред: соединение узлов индивидуальными связями (например, в технологии АТМ), широкое использование коммутируемых связей и микросегментации. Кроме этого, еще одной важной тенденцией является появление полнодуплексного режима работы практически для всех технологий локальных сетей.