7.2. Передача информации в сетях

Данные, циркулирующие между абонентами, представляются в таком виде, который обеспечивает возможность ее обработки техническими средствами и учитывает функциональные уровни сети. На табл. 7.1 представлена эталонная открытая функциональная сетевая архитектура OSI (Open System Interconnection basic reference model), включающая семь сетевых уровней.

Не все типы сетей в полном объеме соответствуют эталону. Некоторые уровни в них могут объединяться или вообще не включаться в стек протоколов. В качестве иллюстрации в третьем столбце показаны уровни более ранней и наиболее распространенной сетевой технологии TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol), созданной при формировании глобальной сети Internet. Стек протоколов TCP/IP является межсетевым, т.е. обеспечивает совместную работу локальных сетей разных типов и глобальной сети Internet.

Протокол – правила взаимодействия смежных вертикальных уровней, которые задаются соответствующим набором соглашений о форматах сообщений и порядке их следования во временной шкале. Примеры протоколов приведены в четвертом столбце табл. 7.1.

Таблица 7.1

Структура сети протоколов

Номер уровня	Уровни OSI	Уровни TCP/IP	Примеры протоколов
7	Приложений (Application Layer)	Прикладной	WWW, SNMP, FTP, Тelnet, SMTP, TFTP
6	Представления данных (Presentation Layer)
5	Сеансовый (Session Layer)
4	Транспортный (Transport Layer)	Транспортный	TCP, UDP
3	Сетевой (Network Layer)	Межсетевого взаимодействия	IP, ICMP, RIP, OSPF, ARP
2	Управления передачей данных (Data Link) – канальный	Сетевых интерфейсов	Ethernet, Fast Ethernet, PPP, FDDI, 100VG-AnyLAN, Frame relay, X.25, CAN, HART, AS-i
1	Физический (Phisical Layer)

Протоколы первого уровня описывают физические, электрические и процедурные характеристики установления подключения, поддержания соединения и разъединения абонента с информационным каналом.

Протоколы второго уровня регламентируют управление информационным каналом: защиту от ошибок, контроль дискретных каналов, мультиплексирование передаваемых блоков информации. Дискретный канал – совокупность канала связи и модема. Данные по дискретному каналу передаются в виде организованных последовательностей двоичных знаков (битов), из которых формируются восьмибитовые символы (байты). Из байтов составляются информационные посылки – кадры. Передача данных управляется побайтно или побитно.

Протоколы третьего уровня определяют приоритеты обслуживания сообщений, выбор маршрутов движения информации, доступ к базе данных сервера.

Протоколом четвертого уровня осуществляется поиск и идентификация места подключения абонента к сети; контроль ошибок, потерь и задержек сообщений с последующим восстановлением на приемном конце; мультиплексирование информации для передачи.

На пятом уровне обеспечивается согласованное взаимодействие между абонентами, участвующими в сеансе связи.

На шестом – кодовое преобразование (например, в формат ASCII), шифрование и сжатие информации.

Протокол седьмого уровня приложений отвечает за поддержку прикладного программного обеспечения абонентов.

При передаче информации от одного абонента к другому или на уровень сервера она поэтапно, в соответствии с функциональными слоями, преобразуется и «обрастает» дополнительными данными, связанными с адресацией и управлением ее движением. На рис. 7.4 в качестве примера представлена структура информационного пакета (фрейма), формируемого в процессе движения от одного ПК к другому в информационной ЛС Ethernet.

Пример выбран из соображений, что сеть Ethernet в силу распространенности и высокого уровня стандартизации является базовым эталоном для оценки достоинств и недостатков других сетевых технологий. Доступ к сети Ethernet осуществляется по случайному методу с выявлением коллизий CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), обеспечивающему полное равноправие абонентов. В сети используются пакеты переменной длины в стандартном коде Манчестер-II. Длина кадра (пакета без преамбулы) составляет 512 битовых интервалов, или 51,2 мкс, что равно предельной величине двойного времени прохождения в сети.

Р и с. 7.4. Структура пакета сети Ethernet (цифры показывают количество байт)

В пакет Ethernet входят следующие поля:

• преамбула состоит из 8 байт и включает признак начала кадра (SFD – Start of Frame Delimiter);

• адрес получателя (DA – Destination Address) и адрес отправителя (SA –Source Address) включают по 6 байт, которые обрабатываются аппаратурой абонентов;

• поле управления (L/T – Length/Type) содержит информацию о длине поля данных;

• поле данных (Data) включает от 46 до 1500 байт;

• поле контрольной суммы (FCS – Frame Check Sequence) содержит 32-разрядную циклическую контрольную сумму пакета (CRC) и служит для проверки правильности передачи пакета.

Для адресации и управления движением информации по каналам связи в сети и межсетевом пространстве используются MAC-адреса, IP-адреса и доменные имена. MAC-адрес (Media Access Control) является фиксированным аппаратным 6-байтовым адресом сетевого интерфейса конкретного абонента локальной сети и обычно встраивается в аппаратуру компанией-изготовителем.

IP-адрес является межсетевым адресом, назначаемым администратором составной или глобальной сети (например, службой Internet Network Information Center – InterNIC). Этот адрес состоит из четырех байтов: два – номер сети, два – номер узла сети. Если ПК задействован в нескольких сетях, то по каждой из них у него будет свой IP-адрес. Структура IP-адреса имеет пять вариантов в зависимости от класса: А, В, С, D, E. Класс адреса определяется количеством бит в первом байте (от 1 до 5), предназначенных для обозначения числа байтов, выделенных на нумерацию сетей и узлов написания адреса. На рис. 7.5 в качестве примера приведен формат адреса В класса для средних составных сетей с идентификацией до 16384 ЛС и 65534 узлов.

Р и с. 7.5. Формат IP-адреса В-класса

В новой версии протокола IPv6 для IP-адреса предусмотрено 16 байт. С целью разрешения проблемы адресации из-за несовпадения форматов кадров разных типов сетей применяются методы инкапсуляции фреймов различных стандартов в стек TCP/IP на основе соответствующего межсетевого соглашения (Request for Comment – RFC).

Доменное имя в сетях TCP/IP устанавливается в соответствии с рекомендациями службы доменных имен (Domain Name System – DNS) и содержит имя хоста (узла), затем группы узлов (организации), домена более высокого уровня и т.д. вплоть до страны. Пример, характерный для пользователя в лаборатории университета: user1.nil23.ssau.vus.ru.

Для сетей применяются различные стандарты среды передачи данных. Например, для сети Ethernet, работающей на скоростях 10 Мбит/с и 100 Мбит/с, стандарт определяет типы сред передачи информации, представленные на табл. 7.2.

Таблица 7.2