Tijekom posljednjih nekoliko desetljeća, veličina i broj mreža značajno su porasli. U 80-ima je bilo mnogo vrsta mreža. I gotovo svaki od njih izgrađen je na vlastitoj vrsti opreme i softverčesto međusobno nekompatibilni. To je dovelo do značajnih poteškoća pri pokušaju povezivanja nekoliko mreža (na primjer, različita vrsta adresiranja učinila je te pokušaje gotovo beznadnim).

Ovaj je problem razmatrala Međunarodna organizacija za standardizaciju ( ISO ) i odlučeno je razviti mrežni model koji bi mogao pomoći programerima i proizvođačima mrežna oprema i softver rade zajedno. Kao rezultat toga, 1984. godine stvoren je OSI model - model interakcije otvorenih sustava(Međusobno povezani otvoreni sustavi). Sastoji se od sedam razina na koje je podijeljen zadatak organizacije mrežne interakcije. Oni su shematski prikazani u tablici 16.1.

Tablica 16.1. Slojevi OSI modela.

Broj razine	Naziv razine	Jedinica informacija
Sloj 7	Aplikacijski sloj	podaci
Sloj 6	Izvršna razina	podaci
Sloj 5	Razina sesije	podaci
Sloj 4	transportni sloj	Segment
Sloj 3	mrežni sloj	paket
sloj 2	Sloj prijenosa podataka	okvir
Sloj 1	Fizički sloj	Bit (bit)

Iako danas postoje različiti modeli mreža, većina programera pridržava se ove općeprihvaćene sheme.

Razmotrite proces prijenosa informacija između dva računala. Softver generira poruku sloja 7 (aplikacija) koja se sastoji od zaglavlja i korisnog sadržaja. Zaglavlje sadrži servisne informacije koje su potrebne odredišnom aplikacijskom sloju za obradu informacija koje se šalju (na primjer, to mogu biti informacije o datoteci koju treba prenijeti ili operaciji koju treba izvršiti). Nakon što je poruka generirana, aplikacijski sloj je šalje "dolje" na prezentacijski sloj (sloj 6). Primljena poruka, koja se sastoji od nadzemlja sloja 7 i korisnog tereta, predstavljena je kao jedna jedinica sloju 6 (iako sloj 6 može pročitati nadzemlje sloja 7). Protokol prezentacijskog sloja izvodi potrebne radnje na temelju podataka primljenih iz zaglavlja aplikacijskog sloja i dodaje svoje zaglavlje sloja, koje sadrži informacije za odgovarajući (6.) odredišni sloj. Rezultirajuća poruka prosljeđuje se dalje "dolje" do sloja sesije, gdje se također dodaje opterećenje. Podstavljena poruka prosljeđuje se sljedećem transportni sloj itd. na svakoj sljedećoj razini (to je shematski prikazano na sl. 16.1). U tom slučaju servisne informacije mogu se dodati ne samo na početak poruke, već i na kraj (na primjer, na 3. razini, sl. 16.2). Rezultat je poruka koja sadrži servisne informacije svih sedam razina.

Riža. 16.1.

Riža. 16.2.

Proces "omatanja" prenesenih podataka s nadzemnim informacijama naziva se enkapsulacija ( enkapsulacija).

Ta se poruka zatim prenosi kroz mrežu u obliku bitova. Bit je najmanji podatak koji može biti 0 ili 1. Dakle, cijela poruka je kodirana kao skup nula i jedinica, na primjer, 010110101. U najjednostavnijem slučaju, na fizičkom sloju za prijenos, a električni signal, koji se sastoji od niza električnih impulsa (0 - nema signala, 1 - ima signala). Ova jedinica je usvojena za mjerenje brzine prijenosa informacija. Moderne mreže obično pružaju kanale s propusnošću od desetaka i stotina Kbps i Mbps.

Primatelj na fizičkoj razini prima poruku u obliku električnog signala (slika 16.3). Zatim se događa proces koji je obrnut od enkapsulacije, dekapsulacije ( dekapsulacija). Na svakoj razini analiziraju se servisne informacije. Nakon dekapsulacije poruke na prvoj razini (čitanje i obrada servisnih informacija 1. razine), ova poruka koja sadrži servisne informacije druge razine i podatke u obliku korisnih podataka i servisnih informacija viših razina prenosi se u sljedeća razina. Na razini kanala (2.) ponovno se analiziraju informacije o sustavu i poruka se prenosi na sljedeću razinu. I tako sve dok poruka ne stigne do aplikacijskog sloja, gdje se kao konačni podatak prenosi aplikaciji primateljici.

Riža. 16.3.

Primjer je poziv preglednika web poslužitelju. Klijentska aplikacija - preglednik - generira zahtjev za primanje web stranice. Ovaj zahtjev aplikacija prosljeđuje sloju 7, a zatim uzastopno svakom sloju OSI modela. Dospijevši do fizičkog sloja, naš inicijalni zahtjev "pribavlja" servisne informacije svakog sloja. Nakon toga se fizičkom mrežom (kabelima) u obliku električnih impulsa prenosi do poslužitelja. Poslužitelj analizira odgovarajuće sistemske informacije svake razine, uslijed čega poslani zahtjev dolazi do aplikacije web poslužitelja. Tamo se obrađuje, nakon čega se klijentu šalje odgovor. Proces slanja odgovora sličan je slanju zahtjeva, osim što poruku šalje poslužitelj, a prima klijent.

Budući da je svaki sloj OSI modela standardiziran, potrošači mogu dijeliti hardver i softver raznih proizvođača. Kao rezultat web poslužitelj pokretanje operativnog sustava Sun Solaris može poslužiti HTML stranicu korisniku MS Windows.

Naravno, kompatibilnost se može osigurati samo do određene razine. Ako jedan stroj prenosi podatke u obliku radio valova, a drugi u obliku svjetlosnih impulsa, tada je njihova interakcija bez upotrebe dodatne opreme nemoguća. Stoga je uveden koncept mrežno neovisnih i mrežno ovisnih razina.

Tri niža sloja - fizički, kanalni i mrežni - ovise o mreži. Na primjer, promjena Etherneta u ATM podrazumijeva potpunu promjenu u protokolu fizičkog sloja i sloja podatkovne veze.

Gornje tri razine - aplikacije, predstavnik i sesija - usmjerene su na zadatke aplikacije i praktički ne ovise o fizičkoj tehnologiji izgradnje mreže. Dakle, prijelaz s Token Ringa na Ethernet ne zahtijeva promjene u navedenim razinama.

transportni sloj nalazi se u sredini između razine ovisne o mreži i razine neovisne o mreži. Skriva sve detalje funkcioniranja nižih razina od gornjih. To omogućuje programeru aplikacije da ne razmišlja o tome tehnička sredstva implementacija prijenosa mrežnih poruka.

Zajedno s nazivom poruka (poruka) u ISO standardima, termin se koristi za označavanje jedinice podataka jedinica podataka protokola(Podatkovna jedinica protokola, PDU). U različitim protokolima koriste se drugi nazivi, utvrđeni standardima ili jednostavno tradicionalni. Na primjer, u TCP / IP obitelji protokola, TCP protokol dijeli tok podataka u segmente, UDP protokol radi s datagramima (ili datagramima, od datagram), sam IP protokol koristi termin paketi. Često se isto govori o okvirima ili okvirima.

Za dublje razumijevanje principa mreže, razmotrit ćemo svaku razinu zasebno.

fizički sloj (sloj 1)

Kao što se može vidjeti iz općeg rasporeda slojeva u OSI modelu, fizički sloj ( fizički sloj) prvi. Ovaj sloj opisuje komunikacijski medij. Standardizirano fizičke uređaje, odgovoran za prijenos električnih signala (konektori, kabeli itd.) i pravila za formiranje tih signala. Pogledajmo redom sve komponente ove razine.

Većina mreža izgrađena je na kabelskoj strukturi (iako postoje mreže koje se temelje na prijenosu informacija pomoću npr. radio valova). Sada postoje različite vrste kabela. Najčešći su:

• telefonska žica;
• koaksijalni kabel ;
• upletena parica;
• optičko vlakno .

Telefonski kabel se koristi za prijenos podataka od pojave prvih računala. Glavna prednost telefonskih linija bila je prisutnost već stvorene i razvijene infrastrukture. Uz njegovu pomoć možete prenositi podatke između računala koja se nalaze na različitim kontinentima, jednako lako kao da razgovarate s ljudima koji su udaljeni tisućama kilometara. Do danas, korištenje telefonskih linija također ostaje popularno. Korisnici koji su zadovoljni malim brzina prijenosa podaci mogu pristupiti internetu sa svojih kućnih računala. Glavni nedostaci korištenja telefonskog kabela su mali brzina prijenosa, jer veza se ne odvija izravno, već putem telefonskih centrala. Istodobno, zahtjev za kvalitetom odaslanog signala kod prijenosa podataka mnogo je veći nego kod prijenosa "glasa". A budući da se većina analognih PBX-a ne nosi s ovim zadatkom (razina "buke" ili smetnje, a kvaliteta signala ostavlja mnogo za željeti), brzina prijenosa podataka je vrlo niska. Iako kada se poveže sa suvremenim digitalna razmjena možeš se naduvati pouzdana brzina veze.

Koaksijalni kabel korišten u mrežama prije nekoliko godina, ali danas je rijetkost. Ova vrsta kabela po strukturi je gotovo identična uobičajenom televizijskom kabelu. koaksijalni kabel– središnja bakrena jezgra odvojena je slojem izolacije od pletiva. Postoje neke razlike u električnim karakteristikama (TV kabel koristi kabel s valni otpor 75 Ohma, u mreži - 50 Ohma).

Glavni nedostaci ovog kabela su niski brzina prijenosa podataka (do 10 Mbps), izloženost vanjskim smetnjama. Osim toga, povezivanje računala u takvim mrežama događa se paralelno, što znači da se najveća moguća propusnost dijeli na sve korisnike. No, u usporedbi s telefonskim kabelom, koaksijalni vam omogućuje povezivanje blisko udaljenih računala s mnogo boljom kvalitetom komunikacije i većim brzinama prijenosa podataka.

upletena parica (" upletena parica") najčešći je način prijenosa podataka između računala. In ovaj tip Kabel koristi bakrenu žicu upletenu u parove, što smanjuje količinu smetnji i smetnji, kako prilikom prijenosa signala kroz sam kabel, tako i kada je izložen vanjskim smetnjama.

Postoji nekoliko kategorija ovog kabela. Nabrojimo glavne. Cat 3 - standardiziran je 1991. godine, električne karakteristike dopuštale su podršku frekvencijama prijenosa do 16 MHz, korišten je za prijenos podataka i glasa. Viša kategorija, Cat 5, posebno je dizajnirana za podršku protokolima velike brzine. Dakle, njegove električne karakteristike leže u rasponu do 100 MHz. Na ovoj vrsti kabela rade protokoli prijenosa podataka od 10, 100, 1000 Mbps. Do danas je Cat5 kabel gotovo istisnuo Cat 3. Glavna prednost kabela s upredenom paricom nad telefonskim i koaksijalni kabeli- viši brzina prijenosa podaci. Također, korištenje Cat 5 u većini slučajeva omogućuje, bez mijenjanja strukture kabela, povećanje izvođenje mreže (prijelaz s 10 na 100 i sa 100 na 1000 Mbps).

Optičko vlakno koristi se za povezivanje velikih mrežnih segmenata koji su međusobno udaljeni ili u mrežama koje zahtijevaju veliki propusnost, otpornost na buku. Optički kabel sastoji se od središnjeg vodiča svjetlosti (jezgre) - staklenog vlakna okruženog drugim slojem stakla - omotačem koji ima manji indeks loma od jezgre. Šireći se kroz jezgru, zrake svjetlosti ne prelaze njezine granice, odbijajući se od pokrovnog sloja ljuske. Svjetlosnu zraku obično formira poluvodički ili diodni laser. Ovisno o raspodjeli indeksa loma i veličini promjera jezgre razlikuju se.

Protokoli su skup pravila i postupaka koji upravljaju načinom na koji se odvija komunikacija. Računala koja sudjeluju u razmjeni moraju raditi na istim protokolima kako bi se kao rezultat prijenosa sve informacije vratile u izvorni oblik.

Protokoli nižih slojeva (fizičkog i kanalskog) koji se odnose na opremu već su spomenuti u prethodnim odjeljcima. To posebno uključuje metode kodiranja i dekodiranja, kao i upravljanje razmjenom u mreži. Neke od njih bit će detaljnije opisane u poglavljima knjige posvećenim standardnim mrežama. A sada bismo se trebali zadržati na značajkama protokola više razine implementiranih u softver.

Komunikaciju mrežnog adaptera s mrežnim softverom provode upravljački programi mrežni adapteri. Zahvaljujući upravljačkom programu računalo možda ne zna nikakve hardverske značajke adaptera (njegove adrese, pravila za razmjenu s njim, njegove karakteristike). Upravljački program objedinjuje, čini interakciju softvera visoke razine s bilo kojim adapterom ove klase jedinstvenom. Mrežni upravljački programi koji dolaze s mrežnim adapterima omogućuju vam da mrežni programi ravnopravno raditi s pločama različitih dobavljača, pa čak i s pločama iz različitih lokalnih mreža (Ethernet, Arcnet, Token-Ring itd.). Ako govorimo o standardnom OSI modelu, tada upravljački programi u pravilu obavljaju funkcije sloj veze, iako ponekad implementiraju i dio funkcija mrežnog sloja (sl. 6.1). Na primjer, upravljački programi formiraju paket za prijenos u međuspremniku adaptera, čitaju paket koji je došao preko mreže iz te memorije, izdaju naredbu za prijenos i obavještavaju računalo o prijemu paketa.

Riža. 6.1. Upravljački program mrežnog adaptera funkcionira u OSI modelu

Kvaliteta pisanja upravljačkog programa uvelike određuje učinkovitost mreže kao cjeline. Čak i uz najbolje performanse mrežnog adaptera, upravljački program niske kvalitete može drastično pogoršati mrežni promet.

Prije kupnje adapterske kartice, trebali biste pregledati Popis kompatibilnosti hardvera (HCL) koji su objavili svi proizvođači mrežnih operativnih sustava. Izbor je prilično velik (na primjer, za Microsoft Windows Popis poslužitelja uključuje preko stotinu upravljačkih programa mrežnog adaptera). Ako adapter neke vrste nije uključen u HCL popis, bolje je ne kupiti ga.

Protokoli visoke razine.

Postoji nekoliko standardnih skupova (ili, kako se još nazivaju, hrpa) protokola koji se danas široko koriste:

• skup ISO/OSI protokola;
• IBM System Network Architecture (SNA);
• Digitalni DECnet;
• Novell NetWare;
• Apple AppleTalk;
• skup protokola za globalni Internet, TCP/IP.

Uključivanje WAN protokola u ovaj popis je sasvim razumljivo, jer, kao što je već navedeno, OSI model se koristi za bilo koji otvoreni sustav: koji se temelji na lokalnim i širokim mrežama ili kombinaciji lokalnih i regionalnih mreža.

Protokoli navedenih skupova podijeljeni su u tri glavne vrste:

• Aplikacijski protokoli (obavljaju funkcije gornja tri sloja OSI modela - aplikacija, prezentacija i sesija);
• Transportni protokoli (implementacija funkcija srednjih slojeva OSI modela - transport i sesija);
• Mrežni protokoli (obavljaju funkcije tri niže razine OSI modela).

Aplikacijski protokoli omogućuju interakciju aplikacija i razmjenu podataka između njih. Najpopularniji:

• FTAM (File Transfer Access and Management) - OSI protokol za pristup datotekama;
• X.400 - CCITT protokol za međunarodni promet elektronička pošta;
• X.500 - CCITT protokol za usluge datoteka i imenika na više sustava;
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) je globalni internetski protokol za razmjenu e-pošte;
• FTP (File Transfer Protocol) - protokol za globalni Internet za prijenos datoteka;
• SNMP (Simple Network Management Protocol) - protokol za nadzor mreže, kontrolu rada mrežnih komponenti i upravljanje njima;
• Telnet je globalni internetski protokol za registraciju na udaljenim poslužiteljima i obradu podataka na njima;
• Microsoft SMB (blokovi poruka poslužitelja, blokovi poruka poslužitelja) i klijentske ljuske ili preusmjerivači od Microsofta;
• NCP (Novell NetWare Core Protocol) i Novell klijentske ljuske ili preusmjerivači.

Transportni protokoli podržavaju komunikacijske sesije između računala i jamče pouzdanu razmjenu podataka među njima. Najpopularniji od njih su sljedeći:

• TCP (Transmission Control Protocol) - dio skupa TCP / IP protokola za zajamčenu isporuku podataka razbijenih u niz fragmenata;
• SPX je dio skupa IPX / SPX protokola (Internetwork Packet Exchange / Sequential Packet Exchange) za zajamčenu isporuku podataka razbijenih u niz fragmenata koje je predložio Novell;
• NetBEUI - (NetBIOS Extended User Interface, prošireno NetBIOS sučelje) - uspostavlja komunikacijske sesije između računala (NetBIOS) i pruža gornje slojeve s transportnim uslugama (NetBEUI).

Mrežni protokoli upravljaju zahtjevima za adresiranje, usmjeravanje, provjeru pogrešaka i ponovni prijenos. Sljedeće je široko rasprostranjeno:

• IP (Internet Protocol) - TCP/IP protokol za nezajamčeni prijenos paketa bez uspostavljanja veze;
• IPX (Internetwork Packet Exchange) - NetWare protokol za nezajamčeni prijenos paketa i usmjeravanje paketa;
• NWLink je implementacija IPX/SPX protokola tvrtke Microsoft;
• NetBEUI je transportni protokol koji pruža transportne usluge za NetBIOS sesije i aplikacije.

Svi ovi protokoli mogu se preslikati na jedan ili drugi sloj OSI referentnog modela. Međutim, treba uzeti u obzir da se razvijači protokola ne pridržavaju striktno ovih razina. Na primjer, neki protokoli obavljaju funkcije vezane uz nekoliko slojeva OSI modela odjednom, dok drugi izvode samo dio funkcija jednog od slojeva. To rezultira protokolima različite tvrtkečesto su međusobno nekompatibilni. Osim toga, protokoli se mogu uspješno koristiti isključivo kao dio vlastitog skupa protokola (protocol stack), koji obavlja više ili manje cjelovitu skupinu funkcija. Upravo to mrežni operativni sustav čini "vlasničkim", odnosno nekompatibilnim sa standardnim modelom otvorenog OSI sustava.

Kao primjer, na sl. 6.2, sl. 6.3 i sl. Slika 6.4 shematski prikazuje odnos između protokola koje koriste popularni vlasnički mrežni operativni sustavi i slojeva standardnog OSI modela. Kao što se može vidjeti iz slika, praktički ni na jednoj razini ne postoji jasna korespondencija između stvarnog protokola i bilo koje razine idealnog modela. Izgradnja takvih odnosa prilično je proizvoljna, jer je teško jasno razlikovati funkcije svih dijelova softvera. Osim toga, softverske tvrtke ne opisuju uvijek detaljno unutarnju strukturu proizvoda.

Pogledajmo sada pobliže neke od najčešćih protokola.

OSI model omogućuje dvije glavne metode interakcije između pretplatnika u mreži:

• Metoda interakcije bez logičke veze (ili metoda datagrama).
• Metoda za interakciju s logičkom vezom.

Metoda datagrama je najjednostavnija metoda, u kojem se svaki paket smatra neovisnim objektom (Sl. 6.5).

Paket ovom metodom prenosi se bez uspostavljanja logičkog kanala, odnosno bez prethodne razmjene servisnih paketa za utvrđivanje spremnosti primatelja, kao i bez eliminacije logičkog kanala, odnosno bez paketa koji potvrđuje kraj prijenos. Ne zna se hoće li paket doći do primatelja ili ne (provjera činjenice prijema prenosi se na više razine).

Metoda datagrama nameće povećane zahtjeve hardveru (budući da primatelj uvijek mora biti spreman primiti paket). Prednosti metode su u tome što odašiljač i prijamnik rade neovisno jedan o drugom, osim toga paketi se mogu spremati u međuspremnik i zatim zajedno prenositi, također možete koristiti i broadcast prijenos, odnosno adresirati paket svim pretplatnicima u isto vrijeme. Nedostaci metode su mogućnost gubitka paketa, kao i beskorisno opterećenje mreže paketima u odsutnosti ili nedostupnosti primatelja.

Metoda logičke veze (Slika 6.6, Slika 4.5) razvijena je kasnije od metode datagrama i ima kompliciraniji redoslijed interakcije.

Ovom metodom paket se prenosi tek nakon što se uspostavi logička veza (kanal) između primatelja i odašiljača. Svaki informacijski paket prati jedan ili više servisnih paketa (uspostava veze, potvrda primitka, zahtjev za ponovnim slanjem, prekid veze). Logički kanal može se postaviti za vrijeme trajanja jednog ili više paketa.

Riža. 6.2. Odnos između razina OSI modela i internetskih protokola

Riža. 6.3. Odnos između razina OSI modela i protokola operacijskog sustava Windows poslužitelj

Riža. 6.4. Odnos između slojeva OSI modela i protokola operativnog sustava NetWare

Riža. 6.5. Metoda datagrama

Riža. 6.6. Metoda s logičkom vezom

Logička metoda povezivanja, kao što je već spomenuto, je kompliciranija od metode datagrama, ali puno pouzdanija, jer do trenutka zatvaranja logičkog kanala odašiljač je siguran da su svi njegovi paketi stigli na svoje odredište i da su uspješno stigli. . Ovom metodom nema zagušenja mreže zbog beskorisnih paketa. Nedostatak logičke metode povezivanja je da je prilično teško riješiti situaciju kada pretplatnik primatelj nije spreman za razmjenu iz jednog ili drugog razloga, na primjer, zbog prekida kabela, nestanka struje, kvara mrežne opreme, kvara računala . U ovom slučaju potreban je algoritam razmjene s ponavljanjem nepotvrđenog paketa zadani broj puta, a bitan je i tip nepotvrđenog paketa. Ova metoda ne može prenijeti emitirane pakete (odnosno, upućene svim pretplatnicima), budući da je nemoguće organizirati logičke kanale sa svim pretplatnicima odjednom.

Primjeri protokola koji koriste metodu datagrama su IP i IPX protokoli.

Primjeri protokola koji rade s metodom logičke veze su TCP i SPX.

Upravo da bi se spojile prednosti obiju metoda, ovi se protokoli koriste u obliku povezanih skupova: TCP/IP i IPX/SPX, u kojima protokol više razine (TCP, SPX) funkcionira na temelju nižeg protokol razine (IP, IPX) , osigurava da se paketi ispravno isporučuju traženim redoslijedom.

IPX/SPX protokoli koje je razvio Novell čine skup (skup) koji se koristi u mreži softverski alati prilično raširene Novell (NetWare) lokalne mreže. To je relativno mali i brz protokol koji podržava usmjeravanje. Aplikacijski programi mogu izravno pristupiti IPX sloju, na primjer, za slanje emitiranih poruka, ali je mnogo vjerojatnije da će raditi sa SPX slojem, koji jamči brzu i pouzdanu isporuku paketa. Ako brzina nije previše važna, onda aplikacijski programi koristite još višu razinu, kao što je NetBIOS protokol, koji pruža prikladnu uslugu. Microsoft je predložio vlastitu implementaciju IPX/SPX protokola pod nazivom NWLink. IPX/SPX i NWLink protokole podržavaju operativni sustavi NetWare i Windows. Odabir ovih protokola osigurava mrežnu kompatibilnost svih pretplatnika s tim operativnim sustavima.

Skup TCP/IP protokola (skup) posebno je dizajniran za mreže širokog područja i za rad na mreži. U početku je usmjeren na nisku kvalitetu komunikacijskih kanala, na veliku vjerojatnost pogrešaka i prekida veze. Ovaj je protokol usvojen u svjetskoj računalnoj mreži Internet, čiji je značajan dio pretplatnika povezan putem dial-up linija (odnosno običnih telefonskih linija). Kao i IPX/SPX protokol, TCP/IP protokol također podržava usmjeravanje. Temelji se na protokolima visoke razine kao što su SMTP, FTP, SNMP. Nedostatak TCP/IP protokola je niža brzina od IPX/SPX. Međutim, TCP/IP se sada također koristi u lokalne mreže kako bi se olakšalo pregovaranje LAN i WAN protokola. Trenutno se smatra glavnim u najčešćim operativnim sustavima.

TCP/IP protokolni stog često uključuje protokole svih viših slojeva (Sl. 6.7). I tada već možemo govoriti o funkcionalnoj cjelovitosti TCP/IP steka.

I IPX i IP su protokoli najniže razine, tako da oni izravno enkapsuliraju svoje informacije, koje se nazivaju datagram, u polje podataka mrežnog paketa (vidi sliku 4.6). U ovom slučaju zaglavlje datagrama uključuje adrese pretplatnika (pošiljatelja i primatelja) više razine od MAC adresa - to su IPX adrese za IPX protokol ili IP adrese za IP protokol. Ove adrese uključuju brojeve mreže i hosta, host (ID pojedinačnog pretplatnika). U isto vrijeme, IPX adrese (slika 6.8) su jednostavnije, imaju samo jedan format, a IP adresa (slika 6.9) može uključivati ​​tri formata (klase A, B i C), koji se razlikuju u vrijednostima tri početna bita.

Riža. 6.7. Odnos između slojeva OSI modela i skupa TCP/IP protokola

Riža. 6.8. IPX format adrese

Riža. 6.9. Formati IP adresa

Zanimljivo je da IP adresa nema nikakve veze s MAC adresama pretplatnika. Broj čvora u njemu dodjeljuje se pretplatniku bez obzira na njegovu MAC adresu. Kao identifikator stanice, IPX adresa uključuje punu MAC adresu pretplatnika.

Broj mreže je šifra dodijeljena svakoj specifičnoj mreži, odnosno svakom području emitiranja općeg, jedinstvena mreža. Područje emitiranja shvaća se kao dio mreže koji je transparentan za emitirane pakete i slobodno ih propušta.

Protokol NetBIOS (Network Basic Input/Output System) razvio je IBM za IBM PC mrežu i IBM Token-Ring, po uzoru na BIOS osobno računalo. Od tada je ovaj protokol postao de facto standard (nije službeno standardiziran), a mnogi mrežni operativni sustavi uključuju NetBIOS emulator za interoperabilnost. U početku je NetBIOS implementirao sesijski, transportni i mrežni sloj, ali kasnije mreže koriste standardne protokole na nižim razinama (na primjer, IPX / SPX), ostavljajući samo sesijski sloj za NetBIOS emulator. NetBIOS pruža višu razinu usluge od IPX/SPX, ali je sporiji.

Na temelju NetBIOS protokola razvijen je NetBEUI protokol koji predstavlja proširenje NetBIOS protokola na transportni sloj. Međutim, nedostatak NetBEUI-ja je taj što ne podržava međudjelovanje i ne omogućuje usmjeravanje. Stoga se ovaj protokol koristi samo u jednostavne mreže nije dizajniran za povezivanje s internetom. Složene mreže oslanjaju se na svestranije TCP/IP i IPX/SPX protokole. Protokol NetBEUI sada se smatra zastarjelim, iako čak i u operacijski sustav Windows XP pruža svoju podršku, međutim, samo kao dodatnu opciju.

Konačno, skup OSI protokola koji je već spomenut je kompletan skup (skup) protokola, gdje svaki protokol točno odgovara određenoj razini standardnog OSI modela. Paket sadrži protokole za usmjeravanje i prijenos, seriju protokola IEEE 802, protokol sloja sesije, protokol sloja prezentacije i nekoliko protokola sloja aplikacije. Do sada ovaj skup protokola nije dobio široku distribuciju, iako je u potpunosti u skladu s referentnim modelom OSI.

Protokoli implementirani na mrežnom sloju koji prenose korisničke podatke uključuju:

• Internetski protokol verzije 4 (IPv4)
• Internetski protokol verzija 6 ( IPv6)
• Međusobno djelovanje Novell paketa ( IPX)
• AppleTalk
• Mrežna usluga bez uspostavljanja veze ( CLNS/DECnet)

Internetski protokol (IPv4 i IPv6) najrašireniji je protokol za prijenos podataka sloja 3, koji će biti u fokusu sljedećeg. Rasprava o drugim protokolima bit će samo površna.

IP protokol - primjer protokola mrežnog sloja

Uloga IPv4

Kao što je prikazano na slici, usluge mrežnog sloja implementirane u skup TCP/IP protokola uključuju internetski protokol (IP). Verzija 4 IP-a (IPv4) trenutno je najraširenija verzija IP-a. Ovo je jedini Layer 3 protokol koji se koristi za prijenos korisničkih podataka preko Interneta i bit će uzet kao primjer. protokoli mrežnog sloja u ovom i sljedećim člancima.

Verzija 6 IP-a (IPv6) se razvija i implementira u nekim područjima. IPv6 će raditi uz IPv4 i mogao bi ga zamijeniti u budućnosti. Usluge koje pruža IP, kao i struktura i sadržaj zaglavlja paketa definirani su ili IPv4 ili IPv6. Ove usluge i struktura paketa koriste se za enkapsulaciju UDP datagrama ili TCP segmenata za njihov prolaz kroz međumrežu.

Karakteristike svakog protokola su različite. Razumijevanje ovih karakteristika omogućit će vam razumijevanje rada usluga opisanih odgovarajućim protokolom.

Internetski protokol dizajniran je kao protokol s malim opterećenjem. Ovo pruža samo funkcionalnost potrebnu za isporuku paketa od izvora do odredišta preko sustava međusobno povezanih mreža. Protokol nije dizajniran za praćenje i kontrolu protoka paketa. Ove funkcije obavljaju drugi protokoli na drugim razinama.

Glavne karakteristike IPv4:

• Bez povezivanja - Nijedna sesija se ne uspostavlja prije slanja paketa.
• Nezajamčena isporuka (nepouzdana) - Ne koriste se dodatni troškovi za jamčenje isporuke paketa.
• Neovisan o okruženju - radi neovisno o mediju koji prenosi podatke.

Protokoli mrežnog sloja razvijeni su mnogo prije nego što je predložena OSI arhitektura i usvojeni standardi za mrežne usluge.

Kako bi se pojasnilo mjesto različitih protokola ovog sloja u OSI referentnom modelu, razvijena je arhitektura mrežnog sloja (ISO 8648). Ovaj dokument razlikuje 3 podsloja na mrežnom sloju. Pretpostavlja se da usluge stvarnog podsustava mogu biti:

U posljednja dva slučaja, za pružanje standardne usluge, potrebno je implementirati određeni skup dodatnih funkcija.

Na slici su prikazani protokoli tri podsloja mreže.

Protokoli mrežnog sloja u mrežama s paketnom komutacijom

NA računalne mreže paketno komutirani (PS) protokoli razlikuju se na mrežnoj razini po tri funkcionalna tipa:

Protokoli za obradu paketa - definiraju formate paketa i procedure za njihovu obradu u pretplatničkim i komunikacijskim sustavima

Protokoli za kontrolu paketa - sadrže algoritme odlučivanja o izboru putova prijenosa paketa, ograničavanju ulaznog opterećenja, kontroli paketa, postavljaju sastav servisnih informacija koje sustavi razmjenjuju, te pravila za odgovaranje na iste.

Protokoli za prijenos servisnih informacija definiraju formate servisnih informacija i procedure za njihov prijenos.

Osim ove klasifikacije, ovisno o vrsti sustava koji međusobno djeluju, razlikuju se sljedeća tri mrežna protokola (vidi sliku):

E

Ovo je jedan od prvih dokumenata razvijenih za reguliranje razvoja tri niže razine (uključujući mrežu) za paketno komutirane mreže.

X.25 ne sadrži algoritme za usmjeravanje. Preporuka je formalna specifikacija za sučelje DTE-ova i DCE-ova (vidi sliku). Pod, ispod DTE odnosi se na bilo koju podatkovnu terminalnu opremu (DTE), i DCE je oprema za završetak podatkovne veze (DCE). Standard je asimetričan, jer definirana je samo jedna strana veze između pretplatnika kroz mrežu.

H

a drugi sloj koristi LAPB podskup HDLC protokola.

Paket sloja 3 (mreža) (vidi sliku) transportira se u informacijskom polju (I) okvira HDLC protokola koji radi u LAPB modu.

Značajke paketnog sloja (protokol X.25/3)

Protokol koristi princip virtualnih sklopova (u X.25 oni se nazivaju logički kanali). Logički kanali se dobivaju multipleksiranjem paketa različitih korisnika u jednom fizičkom kanalu. Takvom fizičkom kanalu može se dodijeliti do 4095 logičkih kanala. Logički brojevi kanala koriste se za identifikaciju DTE-a koji je spojen na mrežu.

kontrola protoka

Koriste se dva mehanizma: prozor mjenjača i ovjes mjenjača. Paketi podataka su numerirani modulom 8 (dopušten je prošireni format - modulo 128), tj. 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 itd. Primatelj paketa prati sekvencijske brojeve P(S) primljenih paketa i u polju P(R) odgovornih paketa označava redni broj paketa koji očekuje (pretpostavlja se da su svi brojevi prije toga već ispravno primljen od strane njega).

Prijelazni prozor

D

za reguliranje protoka podataka koristi se mehanizam prozora. W prozor je broj paketa koje DTE može poslati bez potvrde. Protokol X.25/3 preporučuje W = 2, ali svaka mrežna administracija može postaviti specifične vrijednosti.

Slika prikazuje početno stanje DTE s W=3. Takva stanica može poslati maksimalno 3 paketa bez potvrde, tj. paketi s P(S)=0, P(S)=1 i P(S)=2. DCE prati slijed brojeva i može obavijestiti DTE o sljedećem broju P(R) paketa za koji se očekuje da će biti primljen. Dakle, potvrđuje primitak svih paketa s rednim brojevima do (P(R)-1) uključivo. Ova se kontrola odnosi samo na DTE/DCE uparivanje.

P

Pretpostavimo da je broj P(R)=2 prijavljen u paketu odgovora od DCE. To znači da su dva paketa potvrđena. Prozor se pomiče (vidi sliku). DTE sada može nastaviti emitirati do P(S)=4.

Budući da podaci teku u oba smjera sučelja, istu kontrolu protoka iz DCE-a obavlja DTE.

Lokalna (na razini DTE/DCE sučelja) kontrola protoka je raspravljena gore. Osim lokalnog, prozorski mehanizam se može koristiti i za kontrolu protoka preko virtualnog kanala. Ako je bit posebne usluge (D-bit) u paketu postavljen na "1", to znači da je potrebna isporuka paketa s kraja na kraj (end-to-end, tj. DTE - DTE).

Obustavite pakete

Ako je potrebno hitno obustaviti izdavanje paketa od strane partnera, primjenjuje se dodatni mehanizam kontrole protoka. Pretpostavimo da DCE želi obustaviti protok paketa podataka iz DTE. Zatim izdaje paket "Nije spreman za prijem" (RNR) - Prijem nije spreman (vidi sliku).

P(R) broj u paketu potvrđuje sve pakete do (P(R)-1) uključivo.

Za nastavak prijema izdaje se paket Spreman za primanje (RR). Takav paket također sadrži P(R) broj.

P

Postupci Protokola X.25/3

Prijenos podataka Veličina podatkovnog polja može biti od 16 do 4096 bajtova.

Postupak resetiranja Koristi se u slučaju grešaka u određenom virtualnom kanalu. Pokreće ga zahtjev za poništavanje ili paket indikacije poništavanja iz DTE ili DCE. Virtualni krug nije isključen. Inicijalizira se. Brojači paketa na obje strane su postavljeni na "0". Svi paketi u tranzitu se odbacuju.

Ponovno pokretanje postupka Primjenjuje se u slučaju ozbiljnih grešaka koje utječu na cijelo DTE/DCE sučelje. Svi virtualni krugovi između DTE i DCE su isključeni. Zatim morate ponovo instalirati sve kanale. Paketi koji se koriste su Restart Request i Restart Indication.

P

prijenos hitnih podataka Moguće je prenijeti podatke bez pridržavanja postupaka kontrole protoka.

Za to se koristi Interrupt paket. Maksimalna duljina podataka u paketu je 32 bajta. Ovaj paket zaobilazi sve redove na putu i prima se na drugom kraju, čak i ako DTE ne prima normalne podatke. Svaki paket (vidi sliku) šalje potvrdu prekida. DTE koji šalje ne šalje sljedeći paket prekida sve dok ne primi potvrdu za prethodni.

Dodatne usluge Ima ih dovoljno. Među njima, na primjer:

Retransmisija paketa(pomoću posebnog paketa “Odbaci”. DTE može zahtijevati da mu se prebace paketi s navedenog P(R) broja i svi koji slijede).

Preusmjeravanje poziva. Ako je pozvani DTE neispravan ili zauzet, mreža prosljeđuje poziv drugom DTE-u.

Formiranje zatvorene grupe korisnika. Ovi korisnici mogu komunicirati samo jedni s drugima. Možete, na primjer, dopustiti DTE-u da upućuje odlazne pozive bez ograničenja, ali prihvaća samo dolazne pozive od zatvorene grupe korisnika.

Obrnuto naplatu(zahtjev mreži da sve troškove obračuna naplati pozvanom pretplatniku) itd.

TEMA: Mrežni sloj prijenosa podataka. Protokoli mrežnog sloja.

mrežni sloj (mrežasloj) - stupanj međusobne povezanosti(internetwork) – (treća razina OSI modela), služi za formiranje jednog transportnog podsustava koji objedinjuje više mreža. Istodobno, mreže mogu koristiti potpuno različite principe prijenosa poruka između krajnjih čvorova i imati proizvoljnu komunikacijsku strukturu.

Podaci do kojih dolazi mrežni sloj i koji se trebaju prenijeti preko kompozitne mreže opremljeni su zaglavljem mrežnog sloja.

Podaci zajedno sa zaglavljem čine paket. Zaglavlje paketa mrežnog sloja nosi informaciju o broju mreže kojoj je paket namijenjen, kao i druge servisne informacije potrebne za uspješan prijelaz paketa iz mreže jednog tipa u mrežu drugog tipa. Takve informacije mogu uključivati, na primjer:

Broj fragmenata paketa potreban za uspješne operacije sklapanja - rastavljanje fragmenata pri povezivanju mreža s različitim maksimalnim veličinama paketa;

Životni vijek paketa, koji pokazuje koliko dugo putuje internetom, ovo se vrijeme može koristiti za uništavanje "izgubljenih" paketa;

Kvaliteta usluge je kriterij odabira rute za međumrežne prijenose - na primjer, čvor - pošiljatelj može zahtijevati da se paket prenese s maksimalnom pouzdanošću, moguće nauštrb vremena isporuke.

Glavni protokoli mrežnog sloja su mrežni protokoli (npr. IP ili IPX) i protokoli usmjeravanja ( POČIVAO U MIRU, OSPF, BGP i tako dalje.).

Pomoćnu ulogu igraju protokoli kao što su - protokol međumrežnih kontrolnih poruka ICMP ( Internetski protokol kontrolnih poruka ) , koji je dizajniran za razmjenu informacija o pogreškama između mrežnih usmjerivača i izvorišnog čvora paketa. Uz pomoć posebnih poruka ICMP javlja o nemogućnosti isporuke paketa ili o isteku paketa, o promjeni rute prosljeđivanja, o stanju sustava itd. Protokol grupne kontrole IGMP i protokol za rješavanje adresa ARP.

Mrežni protokoli i protokoli usmjeravanja implementirani su kao softverski moduli na krajnjim čvorovima - računalima, često zvanim hostovi i na međučvorovima - usmjerivačima, zvanim pristupnici.

Mrežni protokoli su dizajnirani za prijenos korisničkih podataka, dok protokoli za usmjeravanje prikupljaju i prenose preko mreže samo servisne informacije o mogućim rutama. Mrežni protokoli aktivno koriste tablicu usmjeravanja u svom radu, ali je ne grade niti održavaju njezin sadržaj. Ove funkcije obavljaju protokoli usmjeravanja. Protokoli usmjeravanja mogu se graditi na temelju različitih algoritama koji se razlikuju po načinu na koji izrađuju tablice usmjeravanja, odabiru najbolje rute i drugim značajkama svog rada. Postoje algoritmi usmjeravanja s jednim i više skokova.

Na razini mreže također se uspostavlja korespondencija između IP adrese i hardverske adrese (MAC adresa). Uspostava se provodi protokolom za rješavanje adresa - ARP, koji u tu svrhu pregledava ARP - tablice. Ako željena adresa nedostaje, izvodi se ARP zahtjev za emitiranje.

Funkcije mrežnog sloja.

Funkcije mrežnog sloja uključuju sljedeće zadatke:

1. Prijenos paketa između krajnjih čvorova u kompozitnim mrežama. Mrežni sloj djeluje kao koordinator koji organizira rad svih podmreža koje leže na putu napretka paketa kroz kompozitnu mrežu. Kompozitna mreža (Internet) skup je nekoliko mreža, koje se nazivaju i podmreže, koje su međusobno povezane usmjerivačima.

2. Izbor rute prijenosa paketa, najbolje prema nekom kriteriju.

3. Pregovaranje različitih protokola sloja veze koji se koriste u zasebnim podmrežama složene mreže. Za premještanje podataka unutar podmreža, mrežni sloj se odnosi na tehnologije koje se koriste na tim podmrežama.

4. Na mrežnoj razini obavlja se jedna od najvažnijih funkcija routera – filtriranje prometa. Usmjerivači omogućuju administratorima postavljanje različitih pravila filtriranja. Na primjer, zabraniti prolaz svim paketima u korporativnu mrežu, osim paketa koji dolaze iz podmreža istog poduzeća. Filtriranje se u ovom slučaju događa prema mrežnim adresama. Softver usmjerivača može implementirati različite discipline čekanja paketa, kao i različite opcije prioritetnih usluga.

5. Na mrežnoj razini provjerava se kontrolni zbroj i ako je paket stigao oštećen, odbacuje se (mrežna razina se ne bavi ispravljanjem grešaka). Također se provjerava životni vijek paketa - prelazi li dopuštenu vrijednost (ako je premašio, onda se paket odbacuje).

Načela usmjeravanja.

Mrežni sloj pruža mogućnost premještanja paketa kroz mrežu koristeći rutu koja je trenutno racionalnija.

Ruta je niz usmjerivača koje paket mora prijeći od pošiljatelja do odredišta. U složenim višeslojnim mrežama gotovo uvijek postoji više alternativnih ruta za putovanje paketa između dva krajnja čvora. Zadatak izbora rute rješavaju oba krajnja čvora – računala i međučvorovi – usmjerivači na temelju tablica usmjeravanja. Usmjerivači obično automatski stvaraju tablice usmjeravanja razmjenom nadzemnih informacija; za krajnje čvorove, tablice usmjeravanja često ručno kreiraju administratori i pohranjuju kao trajne datoteke na diskove. Usmjerivači imaju više priključaka za povezivanje mreža, svaki port usmjerivača ima vlastitu mrežnu adresu i vlastitu lokalnu adresu. Ako usmjerivač ima upravljačku jedinicu, tada ta jedinica ima vlastitu adresu, na kojoj joj pristupa središnja upravljačka stanica smještena negdje u složenoj mreži.

Usmjerivači koriste protokole usmjeravanja za mapiranje veza u različitim stupnjevima detalja. Na temelju tih informacija za svaki broj mreže donosi se odluka koji sljedeći router treba prosljeđivati ​​pakete namijenjene toj mreži kako bi ruta bila racionalna. Rezultati tih odluka unose se u tablicu usmjeravanja.

Protokoli usmjeravanja uključuju protokole kao što su RIP, OSPF, BGP; ICMP Internet Control Message Protocol.

Velike mreže se dijele na autonomne sustave, autonomni sustavi su mreže spojene na kralježnicu, imaju vlastitu administraciju i vlastite protokole usmjeravanja.

Protokoli usmjeravanja dijele se na vanjske i unutarnje. Vanjski protokoli (EGP, BGP) prenose informacije o usmjeravanju između autonomnih sustava, dok se interni protokoli (RIP, OSPF) koriste unutar određenog autonomnog sustava.

Protokol BGP omogućuje prepoznavanje prisutnosti petlji između autonomnih sustava i njihovo isključivanje iz međusistemskih ruta.

RIP protokol (Routing Internet Protocol) je jedan od najranijih protokola za razmjenu informacija o usmjeravanju i još uvijek je vrlo čest zbog jednostavnosti usmjeravanja. Protokol RIP ima nekoliko verzija, na primjer, za IP protokol, postoji verzija RIPv1 koja ne podržava maske i verzija RIPv2, to je protokol koji prenosi informacije o mrežnim maskama. Pomoću RIP protokola izrađuje se tablica usmjeravanja. U prvom stupcu tablice navedeni su brojevi mreža uključenih u Internet. U svakom retku iza broja mreže slijedi mrežna adresa porta sljedećeg usmjerivača na koji treba poslati paket kako bi se racionalnom rutom kretao prema mreži s tim brojem. Treći stupac označava broj izlaznog porta ovog usmjerivača. Četvrti stupac označava udaljenost do odredišne ​​mreže.

Stol 1. Tablica usmjeravanja

Što se tiče udaljenosti do odredišne ​​mreže, standardi RIP protokola dopuštaju različite vrste metrika: skokove, metrike koje uzimaju u obzir propusnost, latenciju i pouzdanost mreže. Najjednostavnija metrika je broj skokova, odnosno broj međuusmjerivača koje paket treba prijeći da bi stigao do odredišne ​​mreže. RIP protokol uspješno radi u relativno malim mrežama s do 15 usmjerivača.

OSPF (Open Shortest Path Fist) protokol razvijen je za učinkovito usmjeravanje IP paketa u velike mreže sa složenom topologijom, uključujući petlje. Temelji se na algoritmu stanja veze koji je vrlo otporan na promjene topologije mreže. Prilikom odabira OSPF rute, usmjerivači koriste metriku koja uzima u obzir propusnost sastavnih mreža. OSPF protokol uzima u obzir bitove kvalitete usluge, zasebna tablica usmjeravanja izgrađena je za svaku vrstu kvalitete. OSPF protokol ima visoku računsku složenost, pa se najčešće izvodi na snažnim hardverskim usmjerivačima.