Сетевые технологии

Семиуровневая модель взаимосвязи открытых систем OSI - Open Systems Interconnection Basic Reference Model

В начале 80-х годов ряд международных организаций по стандартизации - ISO, ITU-T и некоторые другие - разработали модель, которая называется моделью взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) или моделью OSI.
В данной модели для описания взаимодействующих систем используется так называемый метод иерархической композиции. Это означает разбиение сложной системы на уровни, связанные односторонней функциональной зависимостью.

Сетевая модель OSI
(англ. open systems interconnection basic reference model — базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем.

Соответствие функций модели OSI

Физический уровень определяет характеристики физической сети передачи данных, которая используется для межсетевого обмена. Это такие параметры как: напряжение в сети, сила тока, число контактов на разъемах и т.п.
Типичными стандартами этого уровня являются, например: RS-232C, V35, IEEE 802.3 и т.п.

К канальному уровню отнесены протоколы, определяющие соединение, например, SLIP (Serial Line Internet Protocol), PPP (Point to Point Protocol), NDIS, MNP, V42/bis и т.п.
В данном случае речь идет как о взаимодействиях между драйверами устройств и устройствами, так и наоборот, между операционной системой и драйверами устройства.

Сетевой уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать совершенно различные принципы передачи сообщений между конечными узлами и обладать произвольной структурой связей. Функции сетевого уровня достаточно разнообразны.
Внутри сети доставка данных обеспечивается соответствующим канальным уровнем, а вот доставкой данных между сетями занимается сетевой уровень, который и поддерживает возможность правильного выбора маршрута передачи сообщения даже в том случае, когда структура связей между составляющими сетями имеет характер, отличный от принятого в протоколах канального уровня.

Транспортный уровень отвечает за надежность доставки данных, и здесь, на основе проверки контрольных сумм, осуществляется сборка сообщения из совокупности пакетов в одно целое.
В Internet транспортный уровень представлен двумя протоколами TCP (Transimrl Control Protocol) и UDP (User Dalagramm Protocol). Если предыдущий (сетевой) уровень определяет только правила доставки информации, то транспортный уровень обеспечивает целостность передаваемых данных.

Сеансовый уровень определяет стандарты взаимодействия между собой модулей при­кладного программного обеспечения. Это может быть или некоторый промежуточный стандарт данных или совокупность правил обработки информации.
Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации.

Представительский уровень необходим для преобразования данных из промежуточного формата сессии в формат данных приложения.
Имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. За счет уровня представления информация, передаваемая прикладным уровнем одной системы, всегда понятна прикладному уровню другой системы. С помощью средств данного уровня протоколы прикладных уровней могут преодолеть синтаксические различия в представлении данных или же различия в кодах символов.

Прикладной уровень определяет протоколы обмена данными прикладных программ. В Internet к этому уровню относятся такие протоколы, как Ftp, Telnet, Http, Gopher и т.п.
Этот уровень в действительности просто набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты.
Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением.

Сетезависимые и независимые уровни

КЛАССИФИКАЦИЯ СЕТЕЙ
ЛОКАЛЬНЫЕ
ГЛОБАЛЬНЫЕ
территориальному признаку
РЕГИОНАЛЬНЫЕ
КОРПОРАТИВНЫЕ

Локальные сети
(от английского local - местный)
- это сети, состоящие из близко расположенных компьютеров, чаще всего находящихся в одной комнате, в одном здании или в близко расположенных зданиях.

Корпоративные
от английского corporate –
корпоративный, общий).
это локальные компьютерные сети, охватывающие некое предприятие или фирму, заинтересованных в защите информации от несанкционированного доступа.
Примеры:
банковская сеть;
сеть учебного заведения;
военные сети

Региональные
объединяют компьютеры в пределах города, региона.

Глобальные
объединение локальных, региональных и корпоративных сетей, включающая миллионы компьютеров
Пример:
сеть Интернет,
это миллионы
серверов,
постоянно подключенных
к сети

Локальные сети, в зависимости от назначения и технических решений, могут иметь различные структуры объединения.
Физическое расположение компьютеров сети относительно друг друга и способ соединения их линиями называется
топологией.

Ethernet
Fast Ethernet
1995 г. – технология, разработанная группой Fast Ethernet Alliance стала стандартом IEEE 802.3u (вернее, дополнением к стандарту 802.3) Битовая скорость – 100 Мбит/с Среда передачи – витая пара, оптоволокно Метод доступа – CSMA/CD Минимальный размер кадра – 64 байта Максимальный размер кадра – 1518 байт Преамбула – 8 байт Топология – звезда, дерево Максимальное число станций – 1024

Спецификации физического уровня
Стандарт 802.3u установил три спецификации физического уровня Fast Ethernet:
100Base-TX
100Base-T4
100Base-FX Технология 100Base-T предусматривает функцию автопереговоров (Auto-negotiation), которая позволяет устройствам выбрать оптимальный режим работы (10Base-T, 10Base-T full duplex, 100Base-TX, 10Base-T4, 10Base-TX full duplex)

Методы физического кодирования

Gigabit Ethernet
1998 г. – 802.3z
1999 г. – 802.3ab
Битовая скорость – 1000 Мбит/с
Среда передачи – оптоволокно, двойной коаксиал, витая пара
Метод доступа – CSMA/CD
Минимальный размер кадра – 64 + 448 = 512 байт
Максимальный размер кадра – 1518 байт Размер «совмещенных» кадров – до 8192 байт Топология – звезда, дерево

Передача и прием данных производится по всем 4 парам кабеля UTP Cat.5. Передатчики работают навстречу друг другу в одном и том же диапазоне частот, используя код PAM5.

Код PAM5
По 4 парам передается 8 бит за такт. Тактовая частота передачи – 125 МГц

Топология сетей
КОЛЬЦЕВАЯ
ШИННАЯ
РАДИАЛЬНАЯ
ДРЕВОВИДНАЯ
СНЕЖИНКА

все компьютеры сети подключаются к одному кабелю;
этот кабель используется совместно всеми рабочими станциями по очереди.
Соединение
"общая шина"

Сеть Ethernet на коаксиальном кабеле
(стандарты 10Base-5 (1983 год) и 10Base-2 (1985 год) )
Топология «шина»

каждый компьютер соединен друг с другом по кольцу;
сигнал, несущий информацию идет по кругу.
Соединение типа
"кольцо"

Каждый компьютер через сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к серверу.
Соединение типа
"звезда".

Снежинка
Это разновидность «Звезды»
Имеется один центральный сервер для всей сети и несколько файловых серверов для разных рабочих групп
ШЛЮЗ

Древовидная
создает сложное разветвление сети, организовывает сложные структуры.

Построение резервированных отказоустойчивых
Industrial Ethernet-сетей.

Управление по SNMP и OPC
Web, Telnet, консоль
Simple Network Management Protocol
SNMP-OPC сервер: Управление сетью из HMI/SCADA-системы
NMS
Управляемые устройства
…

Расширенные возможности
технологии Turbo Ring
Переключение на резервную связь в случае неисправности
Время переключения не превосходит 300 мсек
Резервированное объединение колец

Контроллер
Модуль I/O
Модуль I/O
Основной путь
Резервный путь
Расширенные возможности
технологии Turbo Ring
Использование двух колец для объединения сетей