По степени территориальной рассредоточенности основных элементов сети (абонентских систем, узлов связи) различают глобальные, региональные и локальные компьютерные сети.
Глобальные компьютерные сети (ГКС) объединяют абонентские системы, рассредоточенные на большой территории, охватывающей различные страны и континенты. Они решают проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к ним. Взаимодействие АС осуществляется на базе различных территориальных сетей связи (ТСС), в которых используются телефонные линии связи, радиосвязь, системы спутниковой связи.
Региональные компьютерные сети (РКС) объединяют абонентские системы, расположенные в пределах отдельного региона – города, административного района; функционируют в интересах организаций и пользователей региона и, как правило, имеют выход в ГКС. Взаимодействие абонентских систем осуществляется также с помощью ТСС.
Локальные компьютерные сети (ЛКС) объединяют абонентские системы, расположенные в пределах небольшой территории (этаж здания, здание, несколько зданий одного и того же предприятия). К классу ЛКС относятся сети предприятий, фирм, банков, офисов, учебных заведений и т.д. Принципиальным отличием ЛКС от других классов сетей является наличие своей штатной системы передачи данных.
Отдельный класс представляют корпоративные компьютерные сети (ККС), которые являются технической базой компаний, корпораций, организаций и т.д. Такая сеть играет ведущую роль в реализации задач планирования, организации и осуществления производственно-хозяйственной деятельности корпорации.
По способу управления различают сети с централизованным управлением, когда в сети имеется один или несколько управляющих органов, децентрализованным (каждая АС имеет средства для управления сетью) и смешанным управлением, в которых в определенном сочетании реализованы принципы централизованного и децентрализованного управления (например, под централизованным управлением решаются только задачи с высшим приоритетом, связанные с обработкой больших объемов информации).
По организации передачи информации различают сети с селекцией информации и маршрутизацией информации. Первые строятся на основе моноканала, взаимодействие АС осуществляется выбором (селекцией) адресованных им блоков данных (кадров): всем АС сети доступны все передаваемые в сети кадры, но копию кадра снимают только АС, которым они предназначены. Вторые используют механизм маршрутизации для передачи кадров (пакетов) от отправителя к получателю по одному из альтернативных маршрутов. По типу организации передачи данных сети с маршрутизацией информации делятся на сети с коммутацией каналов, коммутацией сообщений и коммутацией пакетов. В эксплуатации находятся сети, в которых используются смешанные системы передачи данных.
По топологии, т.е. по конфигурации элементов в сети, различают широковещательные сети и последовательные. Широковещательные сети и значительная часть последовательных конфигураций (кольцо, звезда с «интеллектуальным центром») характерны для ЛКС. Для глобальных и региональных сетей наиболее распространенной является произвольная (ячеистая) топология.
Для обеспечения обмена информацией между компьютерными сетями или между компьютерами данной КС в 1978 г. Международная организация по стандартизации (МОС) разработала многоуровневый комплект протоколов, известный как семиуровневая эталонная модель взаимодействия открытых систем (модель ВОС).
7 – прикладной уровень (уровень приложения), предоставляет конечным пользователям возможность пользоваться сетью. На этом уровне производятся высокоуровневые действия, управляемые компонентами локальной операционной системы. В его функции входит передача данных, обработка сообщений, управление структурой каталогов, удаленное выполнение программ и эмуляция терминала. Прикладной уровень обеспечивает доступ конкретным прикладным службам к сетевым услугам. Существует огромное число протоколов прикладного уровня, например протоколы для работы с электронной почтой POP3, IMAP, SMTP, протоколы маршрутизации RIP, OSPF, протокол сетевого управления SNMP и др.
Одна из основных “обязанностей” этого уровня — определить, как следует обрабатывать запрос прикладной программы, иными словами — какой вид должен принять данный запрос. Если в запросе прикладной программы определен, например, дистанционный ввод заданий, то это потребует работы нескольких программ, которые будут собирать информацию, организовывать ее, обрабатывать и посылать по соответствующему адресу.
Виды сервиса прикладного уровня.
Прикладной уровень содержит несколько так называемых общих элементов прикладного сервиса ACSE — Application Common Service Elements и специальных элементов прикладного сервиса (SASE — Specific Application Service Elements). Общие элементы прикладного сepвиса ACSE предоставляются прикладным процессам во всех системах. Они включают, например, требование определенных параметров качества сервиса.
Специальные элементы прикладного сервиса (SASE) обеспечивают сервис для конкретных прикладных программ, таких как программы пересылки файлов и эмуляции терминалов. Если, например, прикладной программе необходимо переслать файлы, то обязательно будет использован протокол передачи, доступа и управления файлами (FTAM — File Transfer, Access and Management), являющийся одним из ключевых протоколов прикладного уровня.
Важная составляющая SASE прикладного уровня – сервис виртуального терминала (VT – Virtual Terminal). VT – это сложный сервис, который освобождает компьютер от необходимости посылать соответствующие сигналы для обращения ко всем терминалам, подключённым ко второму компьютеру. Первый компьютер может использовать набор параметров виртуального терминала, а решение вопросов конкретизации конфигурации терминалов можно предоставить второму компьютеру.
Функции управления сетями на прикладном уровне.
По мере усложнения информационных сетей вопрос административного управления ими приобретает все большее значение Фирма IBM в качестве решения предложила свои системы NetViewH NetView/PC, a Hewlett-Packard вышла на рынок с пакетом прикладных программ OpenView.
6 – Представительный уровень – уровень представления определяет форму, которую принимают данные при обмене между рабочими станциями. На компьютере-отправителе программное обеспечение этого уровня конвертирует данные из формата уровня приложений в промежуточный формат, распознанный остальными уровнями. На компьютере-получателе этот уровень совершает обратные преобразования данных.
Уровень представления также управляет средствами защиты сети от несанкционированного доступа, предоставляя такие услуги, как кодирование. Кроме того, этот уровень устанавливает правила передачи данных и занимается сжатием передаваемой информации для повышения пропускной способности сети. К представительному уровню чаще всего относят криптопротоколы, предназначенные для шифрования информации. Примерами криптопротоколов в стеке TCP/IP являются Secure Sockets Layer (SSL), Transport Layer Security (TLS) и Private Communication Technology (PCT). Наибольшее распространение получил криптопротокол SSL, который был разработан компанией Netscape и в настоящее время поддерживается всеми современными Web-браузерами.
Уровень представления данных отвечает за физическое отображение (представление) информации. Так, в полях базы данных информация должна быть представлена в виде букв и цифр, а зачастую — и графических изображений. Обрабатывать же эти данные нужно, например, как числа с плавающей запятой.
Уровень представления данных обеспечивает возможность передачи данных с гарантией, что прикладные процессы, осуществляющие обмен информацией, смогут преодолеть любые синтаксические различия. Для того чтобы обмен имел место, эти два процесса должны использовать общее представление данных или язык.
Важность уровня представления данных заключается в том, что в основу его работы положена единая для всех уровней модели OSI система обозначений для описания абстрактного синтаксиса — ASN.1. Эта система служит для описания структуры файлов. На прикладном уровне система ASN.1 применяется и для выполнения всех операций пересылки файлов, и при работе с виртуальным терминалом. Использование этой системы позволяет также решить одну из важнейших проблем, возникающих при управлении крупными сетями, — шифрование данных. Шифрование данных с помощью ASN.1 можно выполнять на уровне представления данных; разработка стандарта OSI для этого уровня окажет значительное влияние на обеспечение межмашинной связи.
5 – Сеансовый уровень выполняет функции посредника между верхними уровнями и нижними уровнями, ориентированными на коммуникации в реальном уровне. Сеансовый уровень представляет возможности для управления и контроля данных во множестве одновременных соединений, контролируя диалог связанных по сети приложений. Этот уровень обеспечивает возможности запуска, приостановки, инициализации или перезапуска сети. Сеансовый уровень позволяет двум субъектам соединения устанавливать, использовать и завершать сеанс связи. Сеансовый уровень не представлен ни одним протоколом из стека TCP/IP.
Сеансовый уровень отвечает за такие серьезные вопросы, как режим передачи и установка точек синхронизации. Иными словами, на этом уровне определяется, какой будет передача между двумя прикладными процессами: полудуплексной (процессы будут передавать и принимать данные по очереди) или дуплексной (процессы будут передавать и принимать данные одновременно). В полудуплексном режиме сеансовый уровень выдает маркер данных тому процессу, который первым начинает передачу. Когда второму процессу приходит время отвечать, маркер данных передается ему. Сеансовый уровень, таким образом, разрешает передачу только той стороне, которая обладает маркером данных.
Еще одна функция сеансового уровня модели OSI заключается в решении вопроса о восстановлении связи в случае ее нарушения.
Сеансовый уровень, кроме того, отвечает за детали, связанные с упорядоченным (”плавным”) завершением соединения в конце сеанса. Могут возникнуть и ситуации, когда требуется безусловное (”резкое”) завершение. Это необходимо в тех случаях, когда одна из сторон прекращает обмен и отказывается с этого момента принимать данные.
Сеансовый уровень обрабатывает не все запросы на соединения. Он может выдать примитив отказа от соединения, если определит, что соединение приведет к перегрузке сети или что затребованный прикладной процесс отсутствует.
4 – Транспортный уровень отвечает за надежность обработки данных вне зависимости от нижележащих уровней. Этот уровень управляет потоком данных в сети и контролем соединения между конечными адресами. Стандартные протоколы этого уровня: Transport Class0, Class1 и Class4, относящиеся к модели OSI, TCP и SPX.
В задачу транспортного уровня входит обеспечение передачи данных вышележащим уровням модели OSI с той степенью надежности, которая им требуется. На транспортном уровне функционируют два протокола стека TCP/IP: UDP (User Datagram Protocol) и TCP (Transmission Control Protocol). TCP-протокол является более надежным средством передачи информации по сравнению с протоколом UDP, поскольку перед передачей ТСР-сегментов здесь устанавливается специальное логическое соединение — виртуальный канал, который ликвидируется сразу после завершения передачи данных. При использовании виртуального канала не нарушается последовательность передачи пакетов данных. Виртуальный канал может динамически перенаправляться и физически изменяться в ходе одного сеанса передачи данных Для идентификации ТСР-сегмента используют два 4-байтовых числа, которые играют также роль счетчика пакетов — порядковый номер (Sequence Number) и номер подтверждения (Acknowledgment Number). Во время установления соединения хосты могут обмениваться командами, номера которых указываются в 6-разрядном поле флагов (<Control bits>) и задаются установкой в единицу соответствующих битов этого поля.
3 – Сетевой уровень использует предоставляемые нижележащим уровням услуги связи для того, чтобы организовать передачу данных по сети. Сетевой уровень устанавливает правила связи компьютеров через многочисленные сегменты сети, включая “упаковку” сообщений в пакеты, снабженные адресами. Этот уровень отвечает за надежность передачи данных, основной его функцией является предоставление возможностей передачи данных для вышележащего транспортного уровня. Стандартными протоколами этого слоя являются CNLS, CONS, IP и IPX.
Основная задача сетевого уровня заключается и преобразовании данных в пакеты и в их корректной передаче в точку назначения. На сетевом уровне эту задачу выполняют маршрутизаторы. Под маршрутизатором понимают узел сети, который на основе информации, хранящейся в таблицах маршрутизации, принимает решение о дальнейшем маршруте передачи сообщения. В отличие от мостов и коммутаторов маршрутизаторы оперируют с сетевыми IР-адресами.
Главным протоколом, работающим на сетевом уровне, является протокол IP (Internet Protocol). IP-протокол оперирует специальными пакетами, называемыми дейтаграммами.
2 – Канальный уровень организует биты в “кадры”, физический уровень передает их в виде электрических импульсов. На этом уровнепроисходит отслеживание и исправление ошибок. Довольно часто уровень передачи данных подразделяется еще на два слоя, которые позволяют сгладить различие между физическими сетями, используемыми для соединений в локальных и глобальных сетях:
- LLC – Logical Link Control – управление логической связью;
- MAC – Media Access Control – управление передающей средой.
Подуровень МАС предоставляет сетевым картам совместный доступ к физическому уровню. Подуровень МАС напрямую связан с сетевой картой и отвечает за безошибочную передачу данных между двумя сетевыми картами.
Подуровень LLC управляет передачей данных и определяет точки логического интерфейса (Service Access Points – точки доступа к службам), которые другие компьютеры могут использовать для передачи информации из подуровня LLC в высшие уровни OSI.
В задачи канального уровня входят физическая адресация кадров данных, а также проверка их целостности. На канальном уровне работают мосты и коммутаторы. Мосты выделяют МАС-адреса из принимаемых кадров и избирательно пересылают эти кадры в соответствующие порты.
МАС-адрес (MAC address) – Media Access Control address – адрес управления доступом к среде. Также называется адресом устройства, или физическим адресом. Каждый адрес связан с определённым сетевым устройством. NIC и управляемые сетевые устройства, подсоединённые к локальной сети, имеют MAC-адреса, которые используются для идентификации их в сети. MAC-адреса имеют длину в шесть байт, специфицируются IEEE и заранее присваиваются каждому сетевому устройству.
1 – Физический уровень определяет механический и электрический интерфейс с физическим носителем (т.е. коаксиальным кабелем или витой парой). Под этот уровень подходят физические устройства, управляющие электрическим напряжением, передающим данные.Физический уровень модели OSI наименее противоречивый, поскольку включает международные стандарты на аппаратуру, уже вошедшие в обиход. Для физического уровня определен очень подробный список рекомендованных к употреблению соединителей. Здесь упомянуты, к примеру, 25-контактные разъемы для интерфейсов RS-232C, 34-контактные разъемы для широкополосных модемов спецификации V.35 CCITT и 15-контактные разъемы для интерфейсов общедоступных сетей передачи данных, определенных в рекомендациях CCITT X.20, Х.21, Х.22 и т.д. Кроме того, регламентируются допустимые электрические характеристики, в частности RS-232C, RS-449, RS-410 и V.35 CCITT.
Физический уровень может обеспечивать как асинхронную (последовательную) передачу, которая используется для многих персональных компьютеров и в некоторых недорогих ЛВС, так и синхронный режим, который применяется для некоторых мэйнфреймов и миникомпьютеров.
На физическом уровне модели OSI определяются такие важнейшие компоненты сети, как тип коаксиального кабеля для одноканальной передачи при скорости 10 Мбит/с. Сюда включено принятое в стандарте IEEE 802.3 определение более тонкого коаксиального кабеля cheapenet. К физическому уровню будет добавлено и включенное в стандарт IEEE 802.3 определение одноканальной передачи данных по кабелю на витых парах со скоростью 10 Мбит/с.