Компютърни мрежи - теория - 5/5
7. Комуникационни модели и протоколи.
През 1970 година Изследователският отдел на Министерство на отбраната на САЩ (DAPRA) финансира създаването на мрежа. Основната цел на проекта е било свързването на различни модели компютри, използувани от МО, от раличните доставчици на военнна техника и от някои университети, въпреки тяхните различни архитектури, операционни системи и методи за комуникация. Като резултат е разработена съвкупност от стандарти за свързване на различаващи се компютърни системи и други устройства, както и програми за терминална емулация , предаваане на файлове и др. Тази съвкупност е наречена TCP/IP и е в основата на мрежата АRPANET, която по – късно прераства в INTERNET.
TCP/IP използува метод с комуникационни слоеве. Най – долните слоеве осигуряват общ метод за комуникация между различни компютри и други устройства, средните слоеве определят маршрутите на пакетите, а гор-ните предлагат услуги за терминална емулация, предаване на файлове и др.
През последните години бяха приети няколко стандарта за компютърни мрежи. Някои ръководещи организации в тази област разработиха протоколи (правила, осигуряващи съвместимост между продуктите - хардуерни и софтуерни - на различните производители).
С оглед да се осигури определено единство между производителите на мрежи Международната организация по стандартизация ISO (Open System Interconnection) разработи Стандарти за взаимната връзка между отворени системи (OSI). Основната идея е че, комуникационните системи трябва да се проектират като съвкупност от модули така, че един модул да осигурява определени функции и да поддържа връзка с съседните модули. Всеки модул представлява слой (layer) в комуникационния модел, изграден върху предишните слоеве.
8. Свързване на локални мрежи.
Различните ЛМ се свързват чрез мостове и маршрутизатори.
Мостовете са устройства, чието действие е свързано с каналния слой на модела OSI. На това ниво се обработват адресите на подателите и на получателите на пакетите, без да се засягат по-високите нива на протоколите. През мостовете могат да преминават пакети от каналния слой на различни мрежи, независимо от това по кой протокол работят.
Всеки мост съхранява списък с адресите на станциите от ЛМ, към която е включен. Той преглежда пакетите и проверява дали адресите на получателите им са от локалната мрежа. Ако даден пакет е адресиран до локален микрокмпютър, мостът го филтрира от останалите пакети и го насочва към получателя му. В случай че пакетът е адресиран до работна станция, вън от локалната мрежа, мостът го препредава към другия край на външната линия. Включеният там мост изпълнява аналогични функции и определя дали пакетът да се филтрира или препредаде към трета ЛМ.
Мостовете обикновено обработват пакетите много бързо, тъй като не ги преформатират. Те само прочитат адреса на получателя и взимат решение дали да филтрират или да препредадат пакета.
Мостовете за разклонени локални мрежи са приети като стандарт от комитета IЕЕЕ 802.1. В стандарта е посочен начинът за мостово свързване на локални мрежи, в които има няколко разклонения. Мостовете "преговарят" помежду си и определят по един порт за всяка посока на предаване в отделните ЛМ така, че избраният път да осигурява максимална ефективност на цялата мрежа (за конкретните условия на трафика).
Действието на маршрутизаторите е свързано с мрежовия слой на модела OSI и следователно зависи от използвания комуникационен протокол. Тези междумрежови възли определят пътя за предаване на пакетите, съставени например в съответствие с протокола ТСР/IР, или на пакети Netware.
Важно предимство на маршрутизаторите пред мостовете е, че те изграждат "защитна преграда" за дадена мрежа срещу пакети, генерирани в друга мрежа. Това води до намаляване на трафика на съобщенията на ниво работна станция.
Мостовете свързват локални мрежи в обща голяма мрежа. Естествено трафикът във всяка от свързаните локални мрежи е много голям. Ако в една от работните станции мрежовата интерфейсна платка се повреди - и предизвика генерирането на хиляди пакети с неверно съдържание (съобщителна буря) - всички свързани ЛМ могат да се претоварят. За разлика от мостовете действието на маршрутизаторите зависи от комуникационния протокол; те могат да се програмират така, че да пропускат само пакети с определени формати.
Маршрутизаторите са много по-сложни (и по-скъпи) устройства от мостовете. Преди да изпрати пакет към получателя, маршрутизаторът анализира условията на трафика и определя най-подходящия път за предаване на съобщението. Ако тези условия се променят (например ако даден междумрежов възел се повреди), маршрутизаторът може да избере нов път и да пренасочи пакетите си по него.
Маршрутизаторите са необходими за обединяване на ЛМ, използващи мрежови операционни системи с различни комуникационни протоколи. Друго решение на този проблем е различните локални мрежи да използват един общ протокол - какъвто е протоколът ТСР/IР. В този случай трябва да се инсталират маршрутизатори само за протокола ТСР/IР.
9. Режими за предаване на данни
Различават се три режима на предаване – комутация на канали, комутация на съобщения и комутация пакети.
Комутация на канали
Възловите компютри установяват физически канал за обмен на информация помежду си, а след това по този канал се предава едно съобщение. Когато съобщението се предаде напълно, предаващата възлова машина освобождава физическия канал. Когато пристигне следващото съобщение, отново се установява физическа връзка между компютрите, съобщението се предава докато се обмени цялата информация. При предаване на две съобщения между два възела могат да се използуват различни физически канали. Простотата на този режим на предаване е той да се появи най-напред. Негов недостатък е, че един канал трябва да се ангажира непрекъснато, докато се обмени цялата информация, което блокира канала.
Комутация на съобщения
Всяко съобщение се изпраща в комуникационната подмрежа. Тя избира неговия маршрут до местоназвачението му. Така във възловите ком-пютри се натрупват множество съобщения, които се съхраняват, докато се освободят канали за предаването им. Наличието на дълги съобщения изисква възловите компютри да притежават големи по обем памети за съхраняване на информацията и то за продължителен интервал от време.
Комутация на пакети
За да се облекчи предаването на данни по мрежата, съобщенията се разделят на части, наречени пакети (по 1000 –10000 бита). Всеки пакет се предава индивидуално в комуникационната подмрежа. Тъй като пакетът е по-къс от съобщението, той се обменя по-бързо между станциите, а това довежда до по-добро уплътняване на канала. Всеки пакет се предава с адрес на приемащата страна и пореден номер в рамките на съобщението. Тъй като за предаване на отделните съобщения могат да се използуват различни физични канали, в приемащата страна те могат да се получат не по реда на поредния номер. Приемащата страна има задължение да подреди съобщенията по реда както са били във възловия компютър, който ги е изпратил. В сравнение с предишния режим, тук дългите съобщения се изпращат по-бързо, тъй като се накъсват на пакети, които могат да се изпращат по различни канали.
Предимството на метода комутация на пакети е и бързото установяване на връзка при предаването на информация, като с това се повишават изискванията по отношение на грешките. Надежността на метода се повишава и поради факта, че за предаване на дадено съобщение винаги има не по-малко от два маршрута по различни физически канали, като често компютрите във възлите се дублират.
10. Протокол TCP/IP.
ТСР осигурява на протоколите от по-горните слоеве двупосочна (пълен дуплекс) система за предаване на данните, която използва потвър-ждения за получаване и поддържа управлението на потока. Данните се предават в непрекъснат поток от байтове, които се идентифицират с номер на последователността. Освен това, ТСР може да поддържа многобройни едновременни преобразувания на пакетите към формата на по-горния слой.
ТСР установява логическа връзка “от край до край” между двата хоста, които провеждат комуникация. Преди предаване на данни между двете крайни точки се разменя управляваща информация чрез процедура, наречена “ръкостискане” , за да се установи връзка. След нейното установяване се стартира предаването на информационния поток.
ТСР предава двупосочен непрекъснат поток от байтове (октети), като го пакетира в сегменти. Програмните модули, които реализират протокола ТСР, вземат решенията кога да предават или блокират данните.
ТСР е надежден протокол. Това означава, че ТСР поддържа средства, чрез които се извършва възстановяване на повредени или загубени данни, откриват се дублирани данни или такива, които не съответстват на текущата последователност. Всичко това е постигнато чрез присвояване на номер на последователността към всеки предаден октет, като от получаващия ТСР модул се изисква да потвърди, че успешно е приел данните. Ако не се получи потвърждение (АСК) в рамките на даден интервал от време, данните се предават отново. Получателят използва номерата на последователността, за да подреди сегментите, които пристигат не в реда, в който са изпратени и да премахне дублиранията. Повредените данни се откриват чрез добавяне към всеки сегмент на контролна сума, която се проверява от получателя.