Лекция 3 Принципы сетевого взаимодействия. Модель OSI.

Типы сетей Локальные сети Высокоскоростной обмен данными в пределах одного здания, комнаты, … Типичное решение – Ethernet 100 Mbps (в последнее время – 1000 Mbps) Сети предприятий Как правило представляют собой совокупность нескольких локальных сетей, соединенных среднескоростным каналом Как правило, доступ к требуемой локальной сети обеспечивается через Internet-соединение, предоставляемое провайдером Internet Пример – сеть университета

Типы сетей Глобальные сети Возможность взаимодействия на больших расстояниях Объединяют компьютеры различных организаций Высокая степень гетерогенности как сетевых технологий, так и объединяемых программно- аппаратных платформ Необходима маршрутизация между сетями гетерогенной природы Скорость может достигать 10 Mbps Пример: Internet

Типы сетей Беспроводные сети (Wireless Network) Пользователь получает доступ к сети посредством радио- или инфракрасной среды передачи Глобальные беспроводные сети GSM UMTS (~ 2 Mbps) Локальные беспроводные сети WiFi (2-55 Mbps, 150 метров) Персональные беспроводные сети Bluetooth (до 2 Mbps, < 10 метров)

5 Сети (среда) передачи данных Протоколы o Соглашения, которые используются компонентами одного уровня для определения того, как будет осуществляться их взаимодействие o синтаксис Форматы сообщений Форматы представления данных o семантика Когда и какие сообщения посылаются Допустимые (ожидаемые) ответы Способы определения и обработки ошибок Сервисы o Определяют интерфейсы взаимодействия компонентов различных уровней o Предоставляют вызывающей стороне (клиенту) возможность использования требуемой функциональности o Обеспечивают нужный уровень абстрагирования от реализации

6 Многоуровневая модель протоколов

7 Форматы сообщений Заголовок: порядковый номер, параметры синхронизации, тип сообщения и т.д. Данные: пользовательские данные. Трэйлер: контрольная сумма Инкапсуляция: пакет с данными текущего уровня размещается в области данных пакета нижележащего уровня

8 Эталонная модель OSI-BRM Общая архитектура сетевых протоколов: ISO Open Systems Interconnection Basic Reference Model (OSI-BRM)

9 Примеры реализаций эталонной модели o Стек (набор) протоколов Комбинация протоколов, которые совместно обеспечивают реализацию прикладных сервисов В настоящий момент нет эффективных реализаций стеков протоколов, в точности реализующих модель OSI-BRM o Наиболее актуальная реализация – стек протоколов Internet SMTP (simple mail transfer protocol) FTP (file transfer) telnet (remote login) http (hypertext transfer protocol) XDR (external data representation) Transmission Control Protocol (TCP) User Datagram Protocol (UDP) Internet Protocol Примеры протоколов Internet

10 Прикладной уровень o Обеспечивает сервисы, поддерживающие различные типы распределенных приложений o OSI протоколы Электронная почта Сервис именования o Internet протоколы SMTP (simple mail transfer protocol) FTP (file transfer) telnet (remote login) http (hypertext transfer protocol)

11 Уровень представления o Проблема: в разных архитектурах представление данных различно o Пример: представление числа 1, как unsigned short integer big-endian (например, Motorola 680x0) little-endian (например, Intel 80x86) o Решение Internet: XDR (eXternal data representation), зафиксированные представления о форматах данных Все целые числа - 4-байтовые, формат big-endian Числа с плавающей запятой – в формате IEEE Текстовые данные в кодировке ASCII Все данные выровнены по 4 байтам

12 Уровень сеансов o Поддерживает обмен данными в рамках сеансов o Две основные функции Управление «порциями» передаваемых данных Обеспечение синхронизации/десинхронизации при ошибке o в Internet уровень сеансов не представлен Функции реализуются самим приложением и прикладным уровнем например, ресинхронизация при ошибке передачи файла (протокол ftp)

13 Транспортный уровень o Предоставляет сервис для обмена сообщениями между приложениями o Скрывает под собой сетевой уровень Если сообщение слишком велико для сетевого уровня, разбивает его на части и затем вновь собирает на принимающей стороне Обеспечивает множественные сетевые соединения для одного приложения Мультиплексирует несколько сетевых соединений нескольких приложений в одно для повышения пропускной способности В стеке протоколов Internet данный уровень представлен протоколами TCP/UDP

14 Сетевой уровень Основные задачи: Адресация: как идентифицировать узлы в сети Маршрутизация: как передать сообщение узлу (по какому пути) наиболее эффективно Переключение пакетов: использовать для каждого пакета свой маршрут или зафиксировать его для пары «отправитель – получатель» в рамках соединения установка и завершение соединения Обнаружение ошибок, обеспечение порядка прохождения пакетов Необходимо обеспечить прозрачность сетевой инфраструктуры для транспортного уровня Обеспечить соединение, независимое от реального маршрута и других сетевых механизмов В стеке протоколов Internet данный уровень представлен протоколом IP

Взаимодействие компонентов внутри распределенного приложения - - IP обеспечивает адресацию в рамках сети/сетей и предоставляет соответствующий уникальный адрес - - TCP обеспечивает адресацию в рамках узла и предоставляет уникальный адрес для программного компонента в рамках узла Компонент 1 Сетевой уровень (IP) маршрутизация Сеть 2 Компонент 2 Межсетевой и сетевой уровень (IP) маршрутизация TCP/UDP (транспортный уровень) Надежность и целостность ориентированная на соединение Сеть 1

Обеспечение взаимодействия удаленных компонентов Должны использоваться протоколы TCP/UDP/IP IP: Обеспечивает маршрутизацию внутри локальной/глобальной сети TCP: Основное понятие - сокет Ориентирован на соединение Обеспечивает доставку пакетов в том порядке, в котором они были отправлены Не ограничивает размер пакетов Протокол UDP: Основное понятие - дейтаграмма предоставляет сервис без установки соединения не гарантирует доставку, сохранение последовательности переданных пакетов Использует минимальный набор функций Ограничивает размер дейтаграммы до 8 Кбайт Требует дополнительных усилий для обеспечения последовательности приема дейтаграмм, их повторной передачи, …

17 Адресация Задачи o Обеспечить уникальный адрес для всех узлов сети В Internet не может быть двух узлов с одним IP-адресом o Определить выделенные адресные пространства IPv4 (1982): 32-битовые адреса (около. 4 миллиардов адресов) IPv6 (1994): 128-битовые адреса o Обеспечить возможность маршрутизации

18 Адресация Для ОЧЕНЬ больших сетей Для сетей с более чем 255 узлами Для остальных сетей Для широковещательных сетей Для будущего использования