Гаев А.В. Сети ЭВМ. Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 6.4. Семиуровневая ЭМВОС

При передаче информации по мере продвижения ее от верхнего

(прикладного) уровня к нижнему (физическому) на каждом уровне кроме

физического, к ней добавляется заголовок, содержащий управляющую

информацию для соответствующего уровня на принимающем компьютере.

Управляющая информация в заголовках и концевиках содержит такие данные,

как тип передаваемой информации адреса станции-отправителя и станции-

получателя, режим передач (дуплексный, полудуплексный и т.д.), метод

кодирования информации, метод контроля ошибок. Приемный компьютер

принимает информацию в виде потока битов и собирает ее в кадры. По мере

продвижения кадров снизу вверх (от физического уровня к прикладному)

протоколы соответствующих уровней удаляют предназначенную для них

управляющую информацию, и в конечном итоге прикладная программа

получит только исходные данные.

Стандартизация распространяется на протоколы связи одноименных

уровней взаимодействующих АС. Связь между уровнями осуществляется в

форме различных транзакций, известных как примитивы (primitives).

Примитивы делятся на примитивы запроса, индикации, ответа и

подтверждения. Уровень, выступающий в роли пользователя сервиса, может

активизировать функцию путем выдачи запроса на выполнение действия.

Уровень, играющий роль поставщика сервиса, выдает подтверждение о

выполнении функции. Иногда выдается запрос на действие, которое должен

выполнять уровень на другом (взаимодействующим с первым) компьютере.

Примитивы удобно рассматривать как управляющую информацию, которая

представлена в кадрах, передаваемых в процессе обмена данными.

Функциональные уровни рассматриваются как составные независимые

части процессов взаимодействия АС. Основные функции, реализуемые в

рамках уровневых протоколов, заключаются в следующем.

Прикладной уровень - является границей между процессами сети и

прикладными (пользовательскими) процессами. На этом уровне выполняются

вычислительные, информационно-поисковые и справочные работы,

осуществляется логическое, преобразование данных пользователя. Прикладной

уровень занимается непосредственно поддержкой прикладного процесса

пользователя и имеет дело с семантикой данных.

Прикладная программа, которой необходимо выполнить конкретную

задачу; посылает конкретные данные на прикладной уровень, где

определяется, как следует обрабатывать запрос прикладной программы.

Важной функцией прикладного уровня является реализация протоколов

электронной почты.

Прикладной уровень содержит несколько так называемых общих

элементов прикладного сервиса (ACSE - Application Common Service

Elements), представляемым прикладным процессам во всех системах,

и специальных элементов прикладного сервиса (SASE Specific

Application Service Elements), которые обеспечивают сервис для конкретных

прикладных программ, таких, как программы пересылка;

файлов и эмуляции терминалов.

На прикладном уровне реализуются функции управления сетями. По мере

усложнения сетей вопрос административного управления им приобретает все

большее значение. Это касается прежде всего разработки, совершенствования и

стандартизации информационно - управляющих протоколов.

Представительный уровень (уровень представления данных) -

отвечает за физическое отображение (представление) информации, он

преобразует информацию к виду, который необходим прикладным

процессам пользователей, т.е. занимается синтаксисом данных. Выше

этого уровня поля данных имеют явную смысловую форму, а ниже

его поля рассматриваются как передаточный груз, и их смысловое

значение не влияет на обработку.

В основу работы представительного уровня положена единая для всех

уровней ЭМВОС система обозначений для описания абстрактного синтаксиса -

ASCII. Эта система используется для описаний структуры файлов, а на

прикладном уровне применяется при выполнении операций пересылки файлов

при работе с виртуальным терминалом. Одна из важнейших проблем,

возникающих при управлений сетями - проблема шифрования данных,

решается также с помощью ASCII.

Сеансовый уровень предназначен для организации и управления сеансами

взаимодействия прикладных процессов пользователей. Сеанс создается по

запросу процесса пользователя, переданному через прикладной и

представительный уровни, и включает: формирование сквозного канала связи

между взаимодействующими прикладными процессами, управление обменом

информацией между этими процесс сами, расторжение связи между

указанными процессами по завершении обмена. Сеансовый уровень отвечает за

режим передачи, т.е. на этом уровне определяется, какая будет передачи между

двумя прикладными процессами: полудуплексной (процессы будут передавать

и принимать данные по очереди) или дуплексной (процессы будут передавать и

принимать данные одновременно). На сеансовом уровне также осуществляется

управление очередностью передачи данных и их приоритетом, синхронизация

отдельных событий.

Транспортный уровень в иерархии уровней сети занимает центральное

место, он обеспечивает связь между коммуникационной подсетью и верхними

тремя уровнями, отделяет пользователя от физических и функциональных

аспектов сети. Главная задача транспортного уровня - управление трафиком в

сети. При этом выполняются такие функции, как деление длинных сообщений,

поступающих от верхних уровней, на пакеты данных (при передаче

информации) и формирование первоначальных сообщений из набора пакетов,

полученных через канальный и сетевой уровни, исключая их потери или

смещение (при приеме информации). Именно он определяет качество сервиса,

которое требуется обеспечить посредством сетевого уровня, включая

обнаружение и устранение ошибок.

Транспортный уровень есть граница, ниже которой пакет данных является

единицей информации, управляемой сетью. Выше этой границы в качестве

единицы информации рассматривается только сообщение. Этот уровень

обеспечивает также сквозную отчетность в сети.

Сетевой уровень. Главные его функции состоят в маршрутизации и

буферизации, он прокладывает путь от отправителя к получателю через всю

сеть. Протоколы верхних уровней выдают запросы на передачу пакетов из

одной компьютерной системы в другую, а сетевой ypoвeнь обеспечивает

практическую реализацию механизма этой передачи. Сетевой и транспортный

уровни в некоторой степени дублируют друг друга, особенно в плане функций

управления потоком данных и контроля ошибок. Главная причина такого

дублирования заключается в существовании двух вариантов связи - с

установлением соединения и без установления соединения. Эти варианты связи

базируются на разных предположениях относительно надежности сети.

В сети с установлением соединения, работающей аналогично обычной

телефонной системе, после установления соединения происходит обычный

обмен информацией между взаимодействующими абонентами, причем

абоненты не обязаны завершать каждое заявление своим именем, именем

вызываемого партнера и его адресом, так как считается, что связь надежна и

информация доставляется без искажений. В такой сети адрес получателя

необходим лишь при установлении соединения, а в самих пакетах он не нужен.

Сетевой уровень отвечает за контроль ошибок и управление потоком

данных, в его функции входит также сборка пакетов на приемной стороне.

В сети без установления сетевой сервис, наоборот, предполагает, что

контроль ошибок и управление потоком осуществляется на транспортном

уровне. Поскольку пакеты, принадлежащие одному и тому же сообщению

могут передаваться по разным маршрутам и поступать к адресату в разное

время, адрес получателя необходимо указывать в каждом пакете. Указывается

также порядковый номер пакета в сообщении, так как соблюдение очередности

приема, пакетов не гарантируется.

Канальный уровень определяет правила совместного использования

физического уровня узлами связи. Его главные функции: управление доступом

к передающей среде (т.е. реализация выбранного метода доступа к

общесетевым ресурсам) и управление передачей данных по информационному

каналу, включающее генерацию стартового сигнала и организацию начала

передачи информации, передачу информации по каналу, проверку получаемой

информации и исправление ошибок, отключение канала при его неисправности

и восстановление передачи после ремонта генерацию сигнала окончания

передачи и перевод канала в пассивное состояние.

В обязанности канального уровня входит также прием пакетов,

поступающих с сетевого уровня и подготовка пакетов к передаче, укладывая их

в кадры, которые являются контейнерами для пакетов. Принимая информацию

с физического уровня в виде потока битов, канальный уровень должен

определять, где начинается и где заканчивается передаваемый блок,

обнаруживать ошибки передачи. В случае обнаружения ошибки

oсyществляется инициализация соответствующих действий по восстановлению

информации (характер этих действий определяется реализуемым методом

защиты от ошибок).

Канальный и физический уровни определяют характеристики физического

канала и процедуру передачи по нему кадров.

Физический уровень непосредственно связан с каналом передачу

данных, обеспечивает физический путь для электрических сигналов, несущих

информацию. На этом уровне осуществляется установление, поддержка и

расторжение соединения с физическим каналом, определение электрических и

функциональных параметров взаимодействий компьютера с

коммуникационной подсетью.

Физический уровень наименее противоречивый, его функции реализованы

только аппаратными средствами, причем на аппаратуру разработаны и вошли в

обиход международные стандарты.

Для физического уровня определен подробный список рекомендованных к

использованию соединений. Он может обеспечивать как асинхронный, так и

синхронный режим передачи информации. На физическом уровне

определяются такие важнейшие компоненты сети, как тип коаксиального

кабеля, витой пары, волоконно-оптического кабеля, применяемых в ЛКС. На

этом же уровне определяется схема кодирования для представления двоичных

значений при передаче по каналу связи и обеспечения синхронизации сигналов

(синхронизации работы генераторов тактовых импульсов передающей и

приемной стороны).

Совершенствование ЭМВОС для ЛКС привело к декомпозиции канального

и физического уровней. Канальный уровень разделен на два подуровня:

- управление логическим каналом (передача кадров между рабочими

станциями, включая исправление ошибок, диагностика работоспособности

узлов сети),

- подуровень управления доступом к передающей среде (реализация

алгоритма, доступа к среде и адресация станций сети).

Физический уровень делится на три подуровня:

- передачи физических сигналов,

- интерфейса с устройством доступа,

- подключения к физической среде.

В ЛКС процедуры и протоколы управления на нижних уровнях

ЭМВОС не отличаются сложностью, поэтому эти уровни реалиизуются в

основном техническими средствами, называемыми станциями локальной сети

(СЛС) и адаптерами.

По существу, адаптер вместе с физическим каналом образует

информационный моноканал, к которому подключаются системы сети,

выступающие в качестве абонентов моноканала.

§ 3. Управление доступом к передающей среде

Метод доступа к передающей среде - это совокупность правил, по

которым узлы сети получают доступ к ресурсу. Иначе: это способ «захвата»

передающей среды, способ определения того, какая из рабочих станций сети

может следующей использовать ресурсы сети. Так же называется набор правил

(алгоритм), используемых сетевым оборудованием, чтобы направить поток

сообщений через сеть, а также один из основных признаков, по которым

различают сетевое оборудование.

Методы доступа к передающей среде реализуются протоколами

передачи данных (ППД) нижнего уровня (протоколами управления

каналом).

ППД нижнего уровня - это совокупность процедур, выполняемых на

нижних уровнях ЭМВОС по управлению потоками данных между рабочими

станциями сети на одном физическом канале связи.

Методы доступа к передающей среде и соответствующие ППД нижнего

уровня могут быть разделены на следующие классы:

1) Методы, основанные на резервировании времени, принадлежат

к числу наиболее ранних и простых. Любая PC осуществляет передачу только в

течение временных интервалов (слотов, определяющих начало и

продолжительность передачи), заранее для нее зарезервированных. В

неприоритетных системах слоты распределяются между станциями поровну, в

системе с учетом приоритетов некоторые станции за фиксированный интервал

времени получают большее число слотов. Станция, владеющая слотом,

получает канал в свое полное распоряжение. Такие методы целесообразно

применять в сетях с малым числом PC, так как канал используется

неэффективно.

2) Селективные методы, при реализации которых с помощью

соответствующих ППД рабочая станция осуществляет передачу только

после получения разрешения, направляемого каждой PC по очереди

центральным управляющим органом сети (такой алгоритм называется

циклическим опросом), или это разрешение передается от станции

к станции (алгоритм передачи маркера).

3) Методы, основанные на соперничестве (методы случайного доступа,

методы «состязаний» рабочих станций), когда каждая PC пытается «захватить»

передающую среду.

4) Кольцевые методы, предназначенные только для ЛКС с кольцевой

топологией. К ним относятся два метода - вставка регистров и

сегментированная передача (метод временных сегментов).

Реализация метода вставки регистра связана с необходимостью

наличия в PC регистра (буфера), подключаемого параллельно к кольцевому

моноканалу. В регистр записывается кадр для передачи, и станция ожидает

межкадровый промежуток в моноканале. С его появлением регистр включается

в моноканал и содержимое регистра передается в линию. Если во время

передачи станция получает кадр, он записывается в буфер и передается вслед за

кадром, передаваемым этой станцией. Допускается «подсадка» в моноканал

нескольких кадров.

В случае использования сегментированной передачи временные сегменты

одинаковой протяженности формируются управляющей станцией сети и

циркулируют по кольцевому моноканалу. Каждая станция, периодически

обращаясь в сеть, может дождаться временного сегмента, помеченного меткой

«свободен». В этот сегмент станция помещает свой кадр и при этом метка

«свободен» заменяется меткой

«занят». После доставки кадра адресату сегмент

вновь освобождается. Важным преимуществом такого метода является

возможность одновременной передачи кадров несколькими станциями, однако

управление сетью, где этот метод используется, значительно сложнее.

Все ППД делятся на два класса:

- ППД типа первичный/вторичный,

- одноранговые ППД.

Первые из них предполагают наличие в сети первичного (главного) узла,

который управляет всеми остальными (вторичными) узлами, подключенными к

каналу, и определяет, когда и какие узлы могут производить обмен данными. В

сетях, где реализуются одноранговые (одноуровневые, равноранговые)

протоколы, все узлы имеют одинаковый статус. Однако, если предварительно

узлам присвоить разные приоритеты, то для них устанавливается

неравноправный доступ в сеть.

ППД типа первичный/вторичный могут быть реализованы на основе

нескольких технологий, образующих две группы: с опросом и

без опроса.

Наибольшее распространение в сетях с опросом получили протоколы

«опрос с остановкой и ожиданием» и «непрерывный автоматический запрос на

повторение». Оба протокола относятся к классу ППД, реализующих

селективные методы доступа к передающей среде, хорошо известные по

применению в многоточечных линиях глобальных сетей. Суть таких

технологий доступа заключается в том, что первичный узел последовательно

предлагает вторичным узлам подключиться к общему каналу передачи. В ответ

на такой запрос вторичный узел, имея подготовленные данные, осуществляет

передачу. В пробивном случае выдается короткий пакет данных типа «данных

нет», хотя в современных системах, как правило, вместо этого пакета реакцией

является «молчание».

Получил распространение способ организации запроса - циклический

опрос, т.е. последовательное обращение к каждому вторичному узлу в порядке

очередности, определяемом списком опроса. Цикл завершается после опроса

всех вторичных узлов из списка. Для сокращения потерь времени, связанных с

опросом неактивных вторичных узлов, применяются специальные варианты

процедуры опроса: наиболее активные узлы в течение одного цикла

опрашиваются несколько раз; наименее активные узлы опрашиваются один раз

в течение нескольких циклов; частота опроса отдельных узлов меняется

динамически в соответствии с изменением их активности. В сетях с

многоточечными линиями применяется также опрос по принципу «готов-

вперед». В каждой многоточечной линии опрос начинается с самого

удаленного вторичного узла к другому, пока не достигнет узла, ближайшего к

опрашивающему органу. Реализация такого принципа позволяет сократить

время на распространение сигнала опроса от первичного узла к вторичным.

Системы с опросом отличаются простотой реализации протокола и

невысокой стоимостью используемого оборудования. Недостатки таких систем:

- неэффективное использование дорогостоящих ресурсов канала, связанное

с передачей служебной информации (сигналов опроса, сигналов ответной

реакции);

- простаивание вторичного узла, имеющего готовые для передачи данных в

ожидании поступления сигнала «опрос» (этот недостаток особенно ощущается

при большом количестве вторичных узлов);

- наличие узкого места по надежности (отказ первичного узла

приводит к отказу всей сети) и по пропускной способности, так как

обмен данными между вторичными узлами осуществляется только

через первичный узел.

Простейшей модификацией ППД типа первичный/вторичный с опросом

является протокол, называемый опрос с остановкой и ожиданием. При его

использовании узел после передачи кадра ожидает от адресата подтверждения в

правильности его пересылки, что сопряжено с дополнительными, затратами

времени.

Другой пример протоколов типа первичный/вторичный с опросом -