2 зачем необходима стандартизация протоколов

Стандартизация протоколов локальных сетей

Каждая из технологий локальных сетей первоначально появлялась как фирменная тех­нология; так, например, технология Ethernet «появилась на свет» в компании Xerox, а за технологией Token Ring стояла компания IBM. Первые стандарты технологий локальных сетей также были фирменными, что было, естественно, не очень удобно как для пользова­телей, так и для компаний-производителей сетевого оборудования.

Для исправления ситуации в 1980 году в институте IEEE был организован комитет 802 по стандартизации технологий LAN. Результатом работы комитета IEEE 802 стало принятие семейства стандартов IEEE 802.x, содержащих рекомендации по проектированию нижних уровней локальных сетей. Эти стандарты базировались на обобщении популярных фир­менных стандартов, в частности Ethernet и Token Ring.

Комитет IEEE 802 и сегодня является основным международным органом, разрабатываю­щим стандарты технологий локальных сетей, в том числе коммутируемых локальных сетей, а также стандарты беспроводных локальных сетей на разделяемой среде.

Помимо IEEE в работе по стандартизации протоколов LAN принимали и принимают уча­стие и другие организации. Так, для сетей, работающих на оптоволокне, институтом ANSI был разработан стандарт FDDI, обеспечивающий скорость передачи данных 100 Мбит/с. Это был первый протокол LAN, который достиг такой скорости, в 10 раз превысив скорость технологии Ethernet.

Структуру стандартов IEEE 802 иллюстрирует рис. 12.3.

Рис. 12.3. Структура стандартов IEEE 802.x

Стандарты IEEE 802 описывают функции, которые можно отнести к функциям физиче­ского и канального уровней модели OSI. Как видно из рисунка 12.3, эти стандарты имеют как общие для всех технологий части, так и индивидуальные.

Общую группу стандартов составляют стандарты рабочей группы 802.1. Эти стандарты описывают наиболее высокоуровневые функции локальных сетей. Так, в документах 802.1 даются общие определения локальных сетей и их свойств, показана связь трех уровней модели IEEE 802 с моделью OSI. Наиболее практически важными являются те стандарты рабочей группы 802.1, которые описывают взаимодействие различных технологий, а также стандарты по построению более сложных сетей на основе базовых топологий. Эта группа стандартов носит общее название стандартов межсетевого взаимодействия.Наиболее важ­ным в настоящее время является стандарт 802.1D, описывающий логику работы прозрач­ного моста, которая лежит в основе любого современного коммутатора Ethernet (и лежала бы в основе коммутатора Token Ring или FDDI, если бы они сохранились до наших дней).

Набор стандартов, разработанных рабочей группой 802.1, продолжает расти, в настоящее время это наиболее активный подкомитет комитета 802. Например, этот комитет стандар­тизовал технологию виртуальных локальных сетей, также он занимается стандартизацией технологий, известных под общим названием Carrier Ethernet.

Каждая из рабочих групп 802.3, 802.4, 802.5 и т. д. ответственна за стандартизацию конкретной технологии, например группа 802.3 занимается технологией Ethernet, группа

— технологией ArcNet, группа 802.5 — технологией Token Ring, группа 802.11 — тех­нологией беспроводных локальных сетей. Стандарты этих рабочих групп описывают как физический уровень (или несколько возможных физических уровней), так и канальный уровень конкретной технологии (последний включает описание метода доступа, используе­мого технологией). Основу стандарта 802.3 составила технология экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox (сокращенно — DIX) совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для сети, построенной на основе коаксиального кабеля. Эту по­следнюю версию фирменного стандарта Ethernet называют стандартом Ethernet DIX, или Ethernet II. На базе стандарта Ethernet DIX был разработан стандарт IEEE 802.3, который во многом совпадает со своим предшественником.

Однако, как видно из рис. 12.3, помимо индивидуальных для каждой технологии уровней существует и общий уровень, который был стандартизован рабочей группой 802.2.

Появление этого уровня связано с тем, что комитет 802 разделил функции канального уровня модели OSI на два уровня:

§ управление логическим каналом (Logical Link Control, LLC);

§ управление доступом к среде (Media Access Control, MAC).

Основными функциями уровня MAC являются:

§ обеспечение доступа к разделяемой среде;

§ передача кадров между конечными узлами посредством функций и устройств физи­ческого уровня.

Если уровень MAC специфичен для каждой технологии и отражает различия в методах до­ступа к разделяемой среде, то уровень LLC представляет собой обобщение функций разных технологий по обеспечению передачи кадра с различными требованиями к надежности.

Логика образования общего для всех технологий уровня LLC заключается в следующем: после того как узел сети получил доступ к среде в соответствии с алгоритмом, специфи­ческим для конкретной технологии, дальнейшие действия узла или узлов по обеспечению надежной передачи кадров от технологии не зависят.

Так как в зависимости от требований приложения может понадобиться разная степень надежности, то рабочая группа 802.2 определила три типа услуг:

Услуга LLC1 — это услуга без установления соединения и без подтверждения получения данных. LLC1 дает пользователю средства для передачи данных с минимумом издержек. В этом случае LLC поддерживает дейтаграммный режим работы, как и MAC, так что и технология LAN в целом работает в дейтаграммном режиме. Обычно эта процедура используется, когда такие функции, как восстановление данных после ошибок и упо­рядочивание данных, выполняются протоколами вышележащих уровней, поэтому нет нужды дублировать их на уровне LLC.

Услуга LLC2 дает пользователю возможность установить логическое соединение перед началом передачи любого блока данных и, если это требуется, выполнить процедуры восстановления после ошибок и упорядочивание потока блоков в рамках установлен­ного соединений.

Услуга LLC3 — это услуга без установления соединения, но с подтверждением получения данных. В некоторых случаях (например, при использовании сетей в системах реального времени, управляющих промышленными объектами), с одной стороны, временное из­держки установления логического соединения перед отправкой данных неприемлемы, а с другой стороны, подтверждение о корректности приема переданных данных необходимо. Для такого рода ситуаций и предусмотрена дополнительная услуга LLC3, которая является компромиссом между LLC1 и LLC2, так как она не предусматривает установ­ление логического соединения, но обеспечивает подтверждение получения данных.

Какой из трех режимов работы уровня LLC будет использован, зависит от требований протокола верхнего уровня. Информация о требуемой от LLC транспортной услуге пере­дается через межуровневый интерфейс уровню LLC вместе с аппаратным адресом и паке­том с пользовательскими данными. Например, когда поверх LLC работает протокол IP, он всегда запрашивает режим LLC1, поскольку в стеке TCP/IP задачу обеспечения надежной доставки решает протокол TCP.

Нужно сказать, что на практике идея обобщения функций обеспечения надежной передачи кадров в общем уровне LLC не оправдала себя. Технология Ethernet в версии DIX изна­чально функционировала в наиболее простом дейтаграммном режиме — в результате обору­дование Ethernet и после опубликования стандарта IEEE 802.2 продолжало поддерживать только этот режим работы, который формально является режимом LLC1. В то же время оборудование сетей Token Ring, которое изначально поддерживало режимы LLC2 и LLC3, также продолжало поддерживать эти режимы и никогда не поддерживало режим LLC1.

Помимо обеспечения заданной степени надежности уровень LLC выполняет также интер­фейсные функции. Эти функции заключаются в передаче пользовательских и служебных данных между уровнем MAC и сетевым уровнем. При передаче данных сверху вниз уровень LLC принимает от протокола сетевого уровня пакет (например, IP- или IPX-пакет), в ко­тором уже находятся пользовательские данные. Помимо пакета сверху также передается адрес узла назначения в формате той технологии LAN, которая будет использована для до­ставки кадра в пределах данной локальной сети. Напомним, что в терминах стека TCP/IP такой адрес называется аппаратным. Полученные от сетевого уровня пакет и аппаратный адрес уровень LLC передает далее вниз — уровню MAC. Кроме того, LLC при необходи­мости решает задачу мультиплексирования, передавая данные от нескольких протоколов сетевого уровня единственному протоколу уровня MAC.

При передаче данных снизу вверх LLC принимает от уровня MAC пакет сетевого уровня, пришедший из сети. Теперь ему нужно выполнить еще одну интерфейсную функцию — де­мультиплексирование, то есть решить, какому из сетевых протоколов передать полученные от MAC данные (рис. 12.4).

Рис 12.4. Демультиплексирование кадров протоколом LLC

Источник

Стандартизация протоколов локальных сетей

Каждая технология локальных сетей первоначально появлялась как фирменная технология; так, например, технология Ethernet «появилась на свет» в компании Xerox. Это было очень неудобно как для пользователей, так и для компаний-производителей сетевого оборудования.

Для исправления ситуации в институте IEEE был организован комитет 802 по стандартизации технологий LAN. Результатом работы комитета IEEE 802 стало принятие семейства стандартов IEEE 802.x, содержащих рекомендации по проектированию нижних уровней локальных сетей.

Комитет IEEE 802 и сегодня является основным международным органом, разрабатывающим стандарты технологий локальных сетей.

Стандарты IEEE 802 описывают функции, которые можно отнести к функциям физического и канального уровней модели OSI. Как видно из рисунка 2, эти стандарты имеют как общие для всех технологий части, так и индивидуальные.

Рис. 2. Структура стандартов IEEE 802.x.

Как видно из рисунка, помимо индивидуальных для каждой технологии уровней существует и общий уровень, который был стандартизован. Появление этого уровня связано с тем, что комитет 802 разделил функции канального уровня модели OSI на два уровня:

— управление логическим каналом (Logical Link Control, LLC) – реализуется программно соответствующим модулем операционной системы;

— управление доступом к среде (Media Access Control, MAC) – реализуется программно и аппаратно: сетевым адаптером и его драйвером.

Основные функции уровня LLC:

— организует интерфейс с прилегающим к нему сетевым уровнем;

— обеспечивает доставку кадров с заданной степенью надежности;

Основными функциями уровня MAC являются:

— обеспечение доступа к разделяемой среде;

— передача кадров между конечными узлами посредством функций и устройств физического уровня.

Если уровень MAC специфичен для каждой технологии и отражает различия в методах доступа к разделяемой среде, то уровень LLC представляет собой обобщение функций разных технологий по обеспечению передачи кадра с различными требованиями к надежности.

Так как в зависимости от требований приложения может понадобиться разная степень надежности, то рабочая группа 802.2 определила три группы услуг:

Услуга LLC1 – это услуга без установления соединения и без подтверждения получения данных. LLC1 дает пользователю средства для передачи данных с минимумом издержек. В этом случае LLC поддерживает дейтаграммный режим работы, как и MAC, так что и технология LAN в целом работает в дейтаграммном режиме. Обычно эта процедура используется, когда такие функции, как восстановление данных после ошибоки упорядочивание данных, выполняются протоколами вышележащих уровней, поэтому нет нужды дублировать их на уровне LLC.

Услуга LLC2 дает возможность установить логическое соединение перед началом передачи любого блока данных и, если это требуется, выполнить процедуры восстановления после ошибок и упорядочивание потока блоков в рамках установленного соединения.

Услуга LLC3 – это услуга без установления соединения, но с подтверждением получения данных. В некоторых случаях (например, при использовании сетей в системах реального времени, управляющих промышленными объектами), с одной стороны, временные издержки установления логического соединения перед отправкой данных неприемлемы, а с другой стороны, подтверждение о корректности приема переданных данных необходимо.

Какой из трех режимов работы уровня LLC будет использован, зависит от требований протокола верхнего уровня. Информация о требуемой от LLC транспортной услуге передается через межуровневый интерфейс уровню LLC вместе с аппаратным адресом и пакетом с пользовательскими данными. Например, когда поверх LLC работает протокол IP, он всегда запрашивает режим LLC1, поскольку в стеке TCP/IP задачу обеспечения надежной доставки решает протокол TCP.

Ethernet со скоростью 10 Мбит/с на разделяемой среде

Источник

Реферат: Стандартизация в области компьютерных сетей

Стандартизация в области компьютерных сетей

магистрант группы МПМ-002

Чередов Андрей Викторович

1. Основные сведения о сетях

2. Стандарты современных сетей

2.1 Модели сетевого взаимодействия

2.2 Технологии и протоколы передачи данных по сети

Список используемой литературы

Введение

Возникновение и развитие сетей дало новый, надёжный и высокоэффективный способ взаимодействия между людьми. Так же, как и другие ресурсы в сфере информационных технологий, сети первоначально использовались для научных целей, затем получив распространение во всех областях человеческой деятельности. Первоначально сети существовали независимо друг от друга, каждая сеть решала конкретные задачи для конкретных групп пользователей. Со временем, возникла идея объединить множество локальных сетей в единую глобальную сеть (Internet), что дало новые требования к её организации (в том числе и её стандартизации).

Таким образом, сеть Internet никому не принадлежит, точнее, она принадлежит любому, кто может оплатить адресное пространство в ней. Сегодня десятки миллионов пользователей подключаются к сети Internet и десятки тысяч компаний уже не могут обходиться без ее услуг. Администраторы и разработчики сетей вынуждены учитывать при проектировании сетей новые требования. В настоящее время понимание структуры сети, современных стандартов (технологий и протоколов) является необходимым условием создания сетей. [3]

Известны следующие модели сетевого взаимодействия: модель OSI имеет семиуровневую структуру, модель DOD (TCP/IP) имеет 4 уровня, таким образом, я посчитал целесообразным подробно рассмотреть функции каждого из уровней моделей, а так же познакомить читателя с наиболее известными протоколами и технологиями в области передачи данных по сети.

Итак, целью данной работы является изучение самых распространенных сетевых протоколов и стандартов, применяемых в современных компьютерных сетях. Также в работе я рассмотрел некоторые вопросы технической реализации сети.

Выбранную мной тему считаю актуальной, поскольку развитие сетевой инфраструктуры и её оптимизация имеет огромнейшую роль как в вычислительных, так и в информационных целях.

1. Основные сведения о сетях

Вычислительные сети классифицируются по ряду признаков.

По территориальной распространённости выделяют CAN (сеть контроллеров), LAN (локальная сеть), WAN (глобальная сеть), PAN (персональная сеть).

В данной работе подробнее речь пойдёт о локальных и глобальных сетях.

Под локальной компьютерной сетью (Local Area Network, LAN) понимается совокупность компьютеров, объединенных одной средой передачи данных и одной технологией доступа к среде.

В зависимости от топологии соединений узлов различают сети.

Компьютеры любой сети называют узлами или хостами.

Cети разделяют также в зависимости от топологии соединений узлов на шинную (магистральную), кольцевую, звездную, иерархическую, произвольную структуру [7]

По типу функционального взаимодействия выделяют: клиент-сервер, сменные сети, одноранговые сети, многоранговые сети;

Сети разделяются и по типу среды передачи данных (проводные, беспроводные), по скорости передачи данных, по функциональному значению, а также по используемым операционным системам.

2. Стандарты современных сетей

2.1 Модели сетевого взаимодействия

Для того чтобы облегчить изучение сети, упростить разработку сетевых протоколов и устройств, а также для упрощения проектирования сети была разработана эталонная модель OSI (Open System Interconnection), модель описывает взаимосвязи открытых систем: как два узла сети взаимодействуют между собой [7]. В этой модели для упрощения описания сетевых операций используют семь уровней. Уровни относительно независимы и разделены на основе выполняемых ими функций. Названия уровней и их функции перечислены в таблице [1]:

Функции семиуровневой модели сети

(Уровень канала связи)

Основные принципы выделения уровней в OSI (7 уровней, в основке которых положены следующие принципы)

1) подходящая степень модуляризации (уровней не слишком много)

2) прозрачность (реализация сетевого взаимодействия не слишком сложная)

3) минимальное количество информации, передаваемое интерфейсами между уровнями.

4) четкое распределение задач (каждый уровень решает конкретные задачи)

5) новый уровень должен создаваться каждый раз, когда требуется новый уровень абстракции (пример: если одна функция оперирует битами, а появляется другая функция, которая манипулирует группами бит, то эти функци должны быть на разных уровнях). [2]

Наибольшую роль для правильной работы сети играют первые три уровня. Каждому из них соответствует свое сетевое оборудование.

Основные устройства перечислены в следующей таблице [1]:

компьютерная сеть протокол стандарт

1) физический уровень

Физический уровень определяет такие виды среды передачи данных как оптоволокно, витая пара, коаксиальный кабель, спутниковый канал передач данных и т.п. [8]

2) канальный уровень.

Канальный уровень предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть.

Сетевой уровень отвечает за выбор маршрута следования и коммутацию пакетов. Основным протоколом этого уровня в стеке протоколов TCP/IP является протокол IP (Internet Protocol).

4) транспортный уровень

Транспортный уровень модели формирует сегменты данных, размер которых зависит от протокола, и преобразует их в поток, обеспечивая надёжную передачу данных.

5) сеансовый уровень

Сетевой уровень отвечает за поддержание сеанса связи, позволяет приложениям взаимодействовать между собой длительное время (в том числе в периоды неактивности приложений)

6) уровень представлений

Уровень представлений имеет дело не только с форматами и представлением данных, он также занимается структурами данных, которые используются программами.

7) п рикладной (приложений) уровень

Прикладной уровень обеспечивает взаимодействие пользовательских приложений с сетью. Этот уровень позволяет приложениям использовать сетевые службы, такие как удалённый доступ к файлам и базам данных, пересылка электронной почты. Также отвечает за передачу служебной информации, предоставляет приложениям информацию об ошибках и формирует запросы к уровню представления.

2.2 Технологии и протоколы передачи данных по сети

Документы, входящие в систему стандартов информационного обмена между вычислительными системами:

1) эталонная модель OSI

2) стандартизация методологии и средств тестирования комфорности (X290)

3) стандарты протоколов и сервисов сетевых технологий.

4) Стандарты абстрактных методов тестирования сетевых протоколов.

5) Стандарты общесистемных функций (управления, безопасности, качества сервисов)

6) Вспомогательные документы (руководства, словари понятий, технические отчёты и др.) [2]

Как уже было написано, на каждом уровне эталонной модели взаимодействия двух хостов (модели OSI) работают свои устройства, обеспечивающие передачу данных, используя те или иные стандарты: технологии и протоколы. Каждый протокол также работает на своём уровне.

Рассмотрим следующую таблицу [1]: Соответствие протоколов и уровней.

Форматы данных: JPEG, GIF, ASCII. Шифрование: RSA, DES, ГОСТ89

Стандарты на схемы кодирования сигналов.

Стандарты на среды передачи данных. Витая пара: UTP CAT5, UTP CAT3, Shielded TP.

Коаксиальный кабель: Thin и Thick Ethernet. Стандарты структуриро-ванных кабельных сетей: TIA/EIA-568A,B;

Далее я посчитал целесообразным рассмотреть подробнее некототорые протоколы и технологии.

Спецификации: 10Base-5, 10Base-2,10Base-T, 10Base-F [4]

Итак, рассмотренные стандарты (Ethernet, PPP) работают на первом уровне модели TCP/IP и соответственно на 1 и 2-ом уровнях модели OSI.

1) монопольное соединение TCP. Означает, что при установке сеанса TCP соединение монопольно и уникально для двух хостов.

2) порядковые номера. Обеспечивают хронологию в посылке и приеме данных TCP.

3) квитанции подтверждения. Используются для сообщения отправителю о приеме данных. Работа TCP протокола состоит из 3 этапов: Установка соединения. Передача данных. Завершение соединения.

Протоколы прикладных уровней.

Заключение

Для правильного взаимодействия компьютеров, работающих в сетях разнообразной структуры, с использованием различного программного обеспечения необходимо наличие стандартов. Как мы и убедились, этих стандартов на данный момент существует также достаточно большое количество. Данные стандарты и протоколы строго определяют нормы и правила технической организации компьютерных сетей и программ, реализующих взаимодействие по сети.

Изучение сетевых стандартов и протоколов является на сегодняшний день обязательным для любого специалиста по информационным технологиям. Поскольку удельное количество персональных компьютеров объединенных в сети неуклонно возрастает, вопросы рассмотрения темы сетевых протоколов и стандартов приобретают особую актуальность. Важную значимость, данная тема имеет и в аспекте выбора того или иного способа построения компьютерной сети, отвечающей заданному набору требований.

Список используемой литературы

[1] Д.Н. Лавров Сети и системы телекоммуникаций.

[2] З.В. Семёнова Современные стандарты в области передачи данных по сетям.

[3] С. Хелеби Принципы маршрутизации в Internet

[4] Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы. Технологии, протоколы.

[5] К. Кларк, К. Гамильтон Принципы коммутации в локальных сетях

[6] Л.З. Шауцукова Информатика

[7] И.П. Норенков, И.П. Норенков Телекоммуникационные технологии и сети

[8] А. Дудкин Структура сетей и протоколов

[9] Д. Найк Стандарты и протоколы интернета

Источник

• в соответствии с теоремой шеннона можно найти такой способ кодирования чтобы избыточность кода была →