1.3 Моделі та стандарти комп’ютерних мереж

Незалежно від розміру і області дії мережі, топології, архітектури, моделі адміністрування, комп’ютери зв’язуються в мережу з однією ціллю: для обміну інформацією. Це звучить досить просто, але в дійсності процеси комутації досить складні.

Базовими концепціями, що лежать в основі процесів комутації є:

• двійкова мова, що використовується для комунікації з комп’ютерами (машинна мова);

• моделі мереж, призначені для графічного представлення процесів комунікації;

• стандарти та специфікації, розроблені для того, щоб мережеві системи різних постачальників могли спілкуватися між собою.

1.3.1 Мова комп’ютера

Любу задачу комп’ютер виконує, оперуючись виключно нулями та одиницями, тобто двійковою системою числення. Всі процеси всередині комп’ютера – це команди, вихідними даними і результатами яких є двійкові числа, які прекрасно підходять для електронної комунікації. Самі команди являють собою також двійкові числа. Двійковий код команд називається машинним кодом. Двійкова цифра (0 чи 1) називається бітом. Один байт рівний восьми бітам. В комп’ютерах байт використовується для представлення символу, тобто букви, цифри або іншого символу.

Процес мережевої комунікації складний. Щоб одержувач міг прийняти повідомлення, всі введені користувачем слова з графічною інформацією і файлами повинні бути правильно перетворені в послідовність нулів та одиниць, яку приймаючий комп’ютер повинен правильно розшифрувати. Цей процес виконується в декілька етапів, які називаються рівнями процесу комунікації.

1.3.2 Мережеві моделі

Модель – схематичний опис системи, яка включає відомі властивості системи і може бути використана для її подальшого удосконалення. Мережеві моделі служать основою стандартизації обладнання і програмного забезпечення мережі. В моделі представлено, як повинні проходити процеси комунікації.

Модель osi

Міжнародна організація по стандартизації (International Organization for Standardization – ISO) розробила базову модель взаємодії відкритих систем OSI (Open System Interconnection Reference Model). Ця модель є міжнародним стандартом для передачі даних.

Модель OSI не являється самостійним мережевим стандартом, таким, наприклад, як Ethernet або Token Ring. Вона являє собою шаблон, по якому створюються всі стандартні системи. Модель визначає види мережевих операцій, які запропоновані різними мережевими стандартами. Вона є свого роду “стандартом стандартів”.

Так як функція передавання від одного комп’ютера до іншого дуже складна, тому доцільно розділити її на рівні. Кожен рівень виконує конкретний скінчений набір завдань. Межі між рівнями проводять так, щоб обмін був мінімальним. Рівні описують так, щоб зміна одного рівня не спричиняла зміни інших. Цю структуру визначає стандарт 7498 ISO.

Модель OSI розбиває комп`ютерну мережу на сім різних рівнів, кожен з яких являє собою певний етап процесу мережевої комунікації.

Хоча модель має сім рівнів, в невеликих мережах широко використовуються тільки два перших з них. Мережеві стандарти Ethernet і Token Ring відносяться до стандартів 1-го і 2-го рівнів.

Процес комунікації проходить слідуючим чином (рисунок 1.8).

Всередині кожного вузла взаємодія між рівнями йде по вертикалі. Взаємодія між рівнями двох вузлів логічно проходить по горизонталі. Реально із-за відсутності безпосередніх горизонтальних зв’язків дані проходять до нижчого рівня в передавачі, відбувається зв’язок через фізичний рівень і підняття до відповідного рівня в приймачі інформації.

Обладнання комп’ютерних мереж поділяють на кінцеві системи (пристрої), які є джерелами і/або споживачами інформації; і проміжні системи, що забезпечують проходження інформації по мережі:

• до кінцевих систем (ES – end Systems) відносять:комп’ютери, термінали, мережеві принтери, факс-машини, касові апарати і інші периферійні пристрої.

• до проміжних систем (IS – Intermediate System) відносять концентратори (повторювачі, мости, комутатори), маршрутизатори, модеми і інші телекомунікаційні пристрої, а також кабельна або безпровідникова інфраструктура, що їх з’єднує.

В проміжних пристроях інформація передається вверх до того рівня, який доступний “інтелекту” пристрою – так, наприклад, комутатори бувають другого і третього рівня.

Кожен рівень забезпечує набір сервісних функцій, “прикладна цінність” яких зростає з підвищенням рівня. Рівень, з якого відправляється запит, і симетричний йому рівень на приймаючій стороні формують свої блоки даних. Дані постачаються службовою інформацією (заголовком) даного рівня і опускаються на рівень нижче, користуючись сервісом відповідного рівня. На цьому рівні до отриманої інформації також приєднується службова інформація, і так проходить опускання до самого нижчого рівня. По нижньому рівні вся ця конструкція досягає споживача інформації, де по мірі піднімання вверх звільняється від службової інформації відповідного рівня. В кінцевому результаті, повідомлення в “чистому вигляді” досягає певного рівня споживача (рисунок 1.9).

Службова інформація керує процесом передачі і служить для контролю її успішності і достовірності. В випадку виникнення проблем може бути зроблена спроба їх налагодити на цьому рівні, де вони виявлені. Якщо рівень не може вирішити проблему, він повідомляє про неї на вищий рівень.

Сервіси по передачі даних можуть бути гарантованими і негарантованими. Гарантований сервіс на виклик відповість повідомленням про успішність (повідомлення йде від отримувача інформації) або неуспішність операції. Негарантований сервіс повідомить тільки про виконання операції (він звільнився), а чи дійшла інформація до споживача інформації – невідомо.

Контроль достовірності інформації і обробка помилок може виконуватися на різних рівнях і ініціювати повторення передачі блока даних. Як правило, чим нижчий рівень, на якому контролюються помилки, тим швидше вони обробляються.

На кожному рівні працюють протоколи – стандарти (правила) інформаційного обміну (“спілкування”) між комп’ютерами.

Протокол – це набір семантичних та синтаксичних правил, який визначає поведінку об’єктів під час їхньої взаємодії. Протоколи задають засоби передачі повідомлень і опрацювання помилок у мережі, а також дозволяють розробляти стандарти, не прив’язані до конкретної апаратної платформи. Всі параметри – від швидкості передачі даних до методів адресації при транспортуванні окремих повідомлень – задаються протоколами, що використовуються в даній конкретній мережі.

В моделі OSI розрізняють два основних типи протоколів. В протоколах з встановленням з`єднання (connection-oriented) перед обміном даними відправник і отримувач повинні спочатку встановити з`єднання і, можливо, вибрати деякі параметри протоколу, які вони будуть використовувати при обміні дани­ми. Після завершення діалога вони повинні розірвати це з`єднання. Телефон — це приклад взаємодії, основаній на встановленні з`єднання.

Друга група протоколів — протоколи без попереднього встановлення з`єднання (connectionless). Такі протоколи називаються також дейтаграмними протоколами. Відправник просто передає повідомлення, коли воно готове. Опускання листа в поштовий ящик — це приклад з`язку без попереднього встановлення зв`язку. При взаємодії комп`ютерів використовують протоколи обох типів.