Компютърни мрежи и комуникации



страница3/18
Дата22.07.2016
Размер7.77 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18

Услугата е логическа функция по осигуряването на съседния слой на модела OSI в един възел от компютърната мрежа.

Интерфейс са правилата за взаимодействие на обектите от съседните слоеве на един и същ възел от мрежата.

Протоколът е съвкупност от правила за взаимодействие на обекти от едноименни слоеве от различни възли в компютърната мрежа.

OSI – моделът (Фиг.15.) използва протокола, като инструмент за осъществяване на необходимата услуга. Моделът е скелет на по-нататъшната стандартизация при проектиране на компютърните мрежи. За всеки слой на модела се разработват отделни стандарти. Моделът дефинира функциите за всеки слой, с което се улеснява разработването на нови стандарти като:



  • Стандартите за всеки слой се разработват независимо и паралелно във времето с останалите, тъй като функциите на всеки слой са добре дефинирани;

  • Новите промени в стандартите за даден слой няма да се отразят на вече устновените стандарти или софтуер за другите слоеве, тъй като границите между слоевете са дефинирани.

СЛОЙ 7
....


СЛОЙ N
…..
СЛОЙ 2
СЛОЙ 1

СЪВКУПНОСТ ОТ ДЕКОМПОЗИЦИЯ

КОМУНИКАЦИОННИ

ФУНКЦИИ


УСЛУГА КЪМ N + 1 СЛОЙ

ОБЕКТ НА СЛОЙ

N
ПРОТОКОЛ С ДРУГ
ОБЕКТ ОТ N СЛОЙ

УСЛУГА ОТ N- 1 СЛОЙ


Фиг. 15. OSI – моделът, като обект на стандартизация.
Във всеки слой на модела се стандартизират задължително три елемента:

  • Спецификация на протокола;

  • Дефиниция на услугите;

  • Адресацията.


Спецификацията на протоколите се заключава в определяне на формата на неговите полета за данни на протоколните единици - PDU ( Protocol Data Unit ), семантиката на полетата на тази единица, допустимата последователност на предаване на отделните протоколни единици дефинирането на и т.н.

Услугите са свързани само с определяне на списъка с услуги предоставяни на горния слой, но не се указва как се извършва услугата.

Адресацията се състои в указание за обектите на по-горния слой на точките SAP (Service Access Point), чрез които те могат да получат достъп до услугите на по-горния слой.



1.2.1. Протоколи в отворения модел за комуникации
Протоколът е съвкупност от правила за комуникация между обектите в едноименните слоеве от различни възли на комуникационната мрежа. Те осигуряват логическо и процедурно съгласуване между обектите. Логическото съгласуване е свързано с представяне на съобщения в един и същ формат (синтаксис). Процедурното съгласуване определя съдържанието на различните формати и реда за тяхното прилагане (семантика).

СЛОЙ N


СЛОЙ N – 1
Фиг.16. Взаимодействие между обекти на съседните слоеве на модела.
Обектите от слой N си взаимодействат чрез съединения с обекти от слой N-1 (Фиг.16), по които се предават масиви от информация, наречени протоколни единици за данни на слой N. Всеки слой N-1 осигурява услуги за обекти от слой N. На всеки обект може да му се предоставят данни по съединения тип “точка - точка” или “точка – много точки”. Данните се обменят по три типа съединения:

  • Симплексни съединения;

  • Полудуплексни съединения;

  • Дуплексни съединения.

Протоколите в отворения модел за комуникации се състоят от следните основни елементи:



  • Синтаксис – включва формата на данните, кодирането им и нивото на сигналите;

  • Семантика – включва управляващата информация за формата на данните, кодирането и контрола на грешките при предаването;

  • Синхронизация – включва регулиране на скоростта и управление на последователността на предване на фрагментите на протоколните единици.

Основните характеристики на протоколите в отворения модел са следните:



  • Директност или индиректност – директни са протоколите при съединения между възлите от типа „точка-точка” и „точка-много точки”, индиректни са при съединения през мрежа и интермрежа (Фиг.17);

  • Монолитност или структурност: - монолитност когато комуникационните функции се изпълняват от един протокол, структурност – когато комуникационните функции се изпълняват от набор от протоколи;

  • Симетричност или асиметричност: - симетрични са протоколите в мрежи с равноправен достъп – ( peer-to-peer), асиметрични са протоколите при LAN с отделни сървъри;

  • Стандартност или нестандартност: - стандартни са тези протоколи, които са одобрени от международните организации ITU, ISO, IEEE, ANSI (протоколи на OSI).

А В LAN


точка – точка
многоточково съединение

комуникационна подмрежа

съединение чрез интермрежа
Фиг.17. Видове съединения, поддържани от различни протоколи.

1.2.2. Функции на протоколите на отворения модел.
Протоколите в отворения модел за комуникация OSI извършват следните основни функции:


  • Фрагментация и дефрагментация на съобщенията;

  • Капсулация на протоколните единици;

  • Управление на съединението;

  • Доставка на протоколните единици в правилен ред;

  • Управление на потока от данни;

  • Контрол на грешките в протоколните единици;

  • Адресация на протоколните единици;

  • Мултиплексиране при предавне на протоколните единици;

  • Услуги при предаване на съобщенията.


Фрагментацията е процесът по разделянето на потока данни на части (блокове, сегменти, пакети и кадри). Блоковете, сегментите, пакетите и кадрите се наричат протоколни единици от данни - PDU (Protocol Data Unit). PDU има фиксирана и променлива дължина за едни или други стандарти и протоколи. Използват се следните дължини на PDU в различните стандарти:

  • ATM стандартът има PDU с дължина 53 байта;

  • Eternet стандартът има PDU с променлива дължина до 1526 байта;

  • Frame Relay стандартът има PDU с променлива дължина до 1608 байта;

  • FDDI стандартът има PDU с променлива дължина до 4500 байта;

  • Х.25 стандартът има PDU с променлива дължина до 4096 байта или 128 байта (с подразбиране).

В приемната точка на крайните възли протоклолните единици се обединявят и формират първоначалното съобщение. Този процес се нарича дефрагментиране.

Капсулацията е процес, при който PDU от по-горен слой или част от него се вмъква в полето “данни” на PDU от по-нисък слой и към нея се допълва служебна информация за предаването. Служебната информация в PDU се състои от адресна, управляваща и контролна част: адресна информация служи за правилно доставка на PDU до нужния адресат; управляваща информация служи за правилното функциониране на протокола; контролна информация се използва за откриване или коригиране на възникнали грешки при предаването на PDU.

В управление на съединението се използват два режима на работа:



  • Без установяване на логическо съединение;

  • С установяване на логическо съединение.

Режимът с установяване на логическо съединение се реализира в три фази:



  • Установяване на съединението;

  • Предаване на данни;

  • Разпадане на съединението.

По-сложните протоколи имат фаза “Прекъсване на съединението” и възстановяване на грешки. Всеки обект при комуникация номерира последователно протоколните си единици, от което следват три допълнителни функции:



  • Доставка на протоколните единици в правилен ред;

  • Управление на потока от данни;

  • Контрол на грешките в протоколните единици.


Доставката на протоколните единици в правилен ред се реализира чрез използане на ограничен брой номера, които циклично се повтарят. Приемникът използва тези номера за възстановяване на първоначалния ред на следване на протоколните единици.

Управление на потока от данни е функция на приемника, с която се ограничава големината на протоколните единици и скоростта на предаване на данните. Съществуват два метода за управление на потока от данни (flow-control):

  • Старт – стопен метод;

  • Метод на “плъзгащия се прозорец”.


Контрол на грешките е функция, свързана с откриване и/или коригиране на грешките при предаване на протоколните единици. Използват се шумоустойчиви кодове. Повечето протоколи използват режим на откриване на грешки и повторно предаване на сгрешените протоколни единици – прост и евтин метод за корекция на грешки.

Адресацията в протоколите е свързана с елементите:

  • Ниво на адресация;

  • Адресен обхват;

  • Идентификация на съединението;

  • Режим на адресация.


Нивото на адресация е свързано със слоя на комуникационната архитектура, на който се намира обекта.

В мрежовия слой се използват мрежови адреси ( IP – адреси в модела TCP/IP; NSAP – Network Service Access Point – в модела OSI). В каналния слой се използват канални адреси – MAC адреси (Media Access Control) за локалните компютърни мрежи.



Адресният обхват е свързан с два вида адреси:

  • глобални – IP – адресите и NSAP;

  • локални – MAC – адресите за локалните мрежи и Х.25 адресите в стандарта Х.25. за глобална мрежа.


Идентификацията на съединението е свързана с присвояване на номер на съединението (идентификатор), който го отличава от други логически съединения, използващи същата комуникационна линия. За пример може да се посочи виртуалното съединение при стандартите за изграждане на глобални мрежи, X.25, Frame Relay и ATM.

Съществуват три режима на адресация, при които се използват адресите:



  • Индивидуален адрес на система или порт (unicast address) ;

  • Групов адрес (multicast address) на определена група обекти от дадена област на мрежата;

  • Общодостъпен адрес (broadcast address) на всички обекти от дадена област или мрежа.


Мултиплексиране е процес на изграждане на множество едновременни съединения. В една система – съществуват два модела на мултиплексиране:

  • Мултиплексиране нагоре – няколко съединения от по-горния слой си поделят едно съединение от долния слой;

  • Мултиплексиране надолу – едно съединение от горния слой се реализира чрез няколко съединения в долния слой.


Услуги на предаването са свързани със следните възможности:

  • Приоритетност – по-висок приоритет се присвоява на съобщения, които трябва да се предадат с минимално закъснение;

  • Праг на закъснението – дефинира се за изходния трафик, който е чувствителен към закъснението (глас или видео в реално време);

  • Сигурност на данните – използват се методи: криптиране (шифриране), ограничаване на достъп до информация чрез пароли и предоставяне права на потребителите;

  • Максимална производителност – определя се от ресурсите на мрежовите възли.


1.3. Комуникационен сценарий на отворения модел за комуникации.
Комуникационният сценарии на отворения модел за комуникации може да се представи чрез схемата на Фиг.18.:

Система 1 Система 2

ПРИЛОЖЕН


ПРИЛОЖЕН
7 Приложен протокол съобщ.

ПРЕДСТАВИТЕЛЕН

ПРЕДСТАВИТЕЛЕН

6 Представителен протокол съобщ.


СЕСИЕН


СЕСИЕН

Сесиен протокол съобщeние

5
ТРАНСПОРТЕН

ТРАНСПОРТЕН


Транспортен протокол съобщение

4

рутер 1 рутер N



МРЕЖОВ

МРЕЖОВ


М

М

межд. възел 1 межд. възел N



МП МП

3 пакет
КАНАЛЕН

КАНАЛЕН

К

К



КП КП

2 кадър


ФИЗИЧЕСКИ

ФИЗИЧЕСКИ

Ф

Ф

ФП ФП



1

битове


подмрежа
Комуникационна линия Комуникационна линия

Краен възел 1 Краен възел 2


Фиг.18. Схема на комуникация по модела OSI между приложни процеси от различни системи, свързани чрез комуникационна подмрежа.

Съгласно схемата процес А от система 1 предава съобщение на процес В в система 2. За целта процес А подготвя масив от данни и призовава приложния слой, който установява логическа връзка с приложния слой от система 2 чрез приложен протокол. Приложните слоеве изискват услуги от представителните слоеве на системи 1 и 2. За целта те използват за връзка съответен протокол. В слой 6 на система 1 съобщението идва от слой 7 във вид удобен за транспортиране. Преобразува се кода, азбуката, съгласува се формата и съобщението се предава към сесийния слой 5.

В слой 5 се организира предаване на съобщението, като се установява съединение между процеси А и В. Използва се сесиен протокол за поддръжане на съединението, идентификация на съединението, управление на диалога и разпадане на съединението.

В слой 4 съобщението се транспортира по комуникационната подмрежа от край до край. За целта се организира се двупосочно съединение и състоянието му се контролира от транпортен протокол. По-големите съобщения се фрагментират на блокове.

В мрежовия слой 3 се организира съединение между съседните мрежови възли, извършва се маршрутизация, комутация, управление на натоварването. Съобщенията се фрагментират и предават във вид на отделни фрагменти (пакети).

В каналния слой 2 се организират канали за предаване на данни между два съседни възли. Съобщенията се предава във вид на фрагменти – нарачани кадри”. Извършва се синхронизация по кадри, контрол на грешките, управление на потока от данни, контрол на състоянието на канала и др.

Във физическия слой 1 се използва комуникационна (физическа) среда за предаване на структуриран поток от битове. По линията може да има уплътнение и едновременно могат да се предават няколко съобщения. Извършва се контрол на линията, синхронизация по битове и кадри.

Между равностойните слоеве на комуникационните системи няма физическа връзка с изключение при слой 1, където между два съседни възела от комуникационната мрежа е необходимо да съществува реална линия за предаване на данните.

Във всеки слой N на предаващата система към протоколната единица (PDU), получена от слой N + 1 се добавя собствена заглавна част (header). Изключение прави каналният слой, който добавя не само заглавна част (header), но и крайна част (trailer).

В приемната система 2 се извършват обратни преобразувания, в резултат на които се въстановява съобщението от получените фагменти.

Всеки слой на модела може допълнително да фрагментира PDU (Фиг.19.) на горния слой, за да удовлетвори своите изисквания за дължината на предавания блок от данни.

СЛОЙ PDU


3Ч ДАННИ П ПР

7 СЪОБЩЕНИЕ

3Ч ДАННИ П
6 СЪОБЩЕНИЕ

3Ч ДАННИ С


5 СЪОБЩЕНИЕ

3Ч ДАННИ Т


4 СЪОБЩЕНИЕ

3Ч ДАННИ М

3 ПАКЕТ

ДАННИ К КЧ


2 КАДЪР
1 ПОТОК - БИТОВЕ

Фиг.19. Протоколни единици (PDU) на слоевете от отворения модел за комуникации.

ЗЧ – заглавна част (header); КЧ – крайна част (trailer)
Услугите между слоевете в OSI – модела са описани с термините – примитиви и параметри:

Примитивите са четири вида:


  • REQUEST (заявка);

  • INDICATION (индикация);

  • RESPONSE (отговор);

  • CONFIRM (потвърждение);

Всички примитиви участват в услуги с потвърждение (confirmed services), като първите две участват и в услуги без потвърждаване на съдиненията (non-confirmed services).



Параметрите на предаването се дават в данните на полетата на протоколните единици за служебната информация и управление. При предаване на данни с установяване на съединение се използват следните осем примитива:

  • CONNECT Request – установяване на съединение;

  • CONNECT Indication – за за потвърждение на съединение;

  • CONNECT Response – виканият обект приема или отказва заявката за съединение;

  • CONNECT Confirm – известява се викащият обект дали заявката му е приета;

  • DATA Request - заявка за изпращане на данни по установеното съединение;

  • DATA Indication – известява за пристигане на данни;

  • DISCONNECT Request – заявка за разпадане на съединението;

  • DISCONNECT Indication – известие за разпадане на съединението.

Всяка заявка (request) или отговор (response) на един обект предизвиква индикация (indication) или потвърждение (confirm) по-късно в другия обект.

Предаването на данни е услуга, която може да е с или без потвърждение в зависимост от това дали предаващият обект иска или не иска потвърждение за приемането на предадените протоколни единици.


    1. Функции на слоевете на отворения модел за комуникации


1.4.1. Функции на физическия слой на отворения модел
Физическият слой (ФС) е непосредствено свързан с комуникационната линия (физическата среда). Основната му функция е предаване на структуриран поток от битове по комуникационната линия така, че когато предавателят генерира двоична единица, то приемникът да я възприема като единица, а не като нула. Само протоколите на физическия слой се наричат интерфейсни. Тези протоколи реализират следните съгласувания:

  • Механическо - задава се броят и дължината на проводниците между устройствата, типа и размерът на съединителите;

  • Електрическо – определя се формата, продължителността и нивото на сигналите, синхронизира се моментът на смяна на полярността;

  • Функционално – определя се смисловото значение на електрическите сигнали, разменяни между системите;

  • Процедурно – специфира се последователността от събития, чрез които се обменя потокът от битове между два обекта от физическия слой.

Основните функции на физическия слой са следните:



  • Изграждане и разпадане на физически съединения;

  • Преобразуване на данните на протоколните единици в сигнали;

  • Физическо предаване на битове;

  • Синхронизация по битове;

  • Реализиране на физически интерфеис;

  • Диагностика на определен клас неизправности.


Изграждането и разпадането на физическите съединения е необходима функция поради отсъствие на постоянно физическо съединение между комуникиращите възли. Физическите съединения осигуряват последователно (побитово) и паралелно (побайтово) предаване на данни.

Физическите съединения са постоянни (наети) и временни (комутируеми) линии. Процедурите по изграждане и разпадане на съединенията са регламентирани от международната организация по телекомуникация ITU:



  • Серия Х – за предаване на данни по слециални мрежи;

  • Серия V – за предаване на данни по телефонни мрежи;

  • Серия I – за предаване на данни по ISDN – мрежи.

Съществуват четири възможности за преобразуване на съобщенията в сигнали:



  • Преобразуване на аналогово съобщение в цифров сигнал;

  • Преобразуване на цифрово съобщение в цифров сигнал;

  • Преобразуване на цифрово съобщение в аналогов сигнал;

  • Преобразуване на аналогово съобщение в аналогов сигнал.

Първите две преобразувания се наричат „кодиране” и се извършват от „кодер”. Обратните преобразувания се наричат ‘декодиране” се извършват от „декодер”. Двете преобразувания имат общо име „модулация”– съответно „демодулация” и се извършват от устройства наречени модулатор и демодулатор. Когато едно устройството извършва едновременно модулация и демодулация се нарича „модем”.


1.4.1.1.Преобразуване на аналогови съобщения в цифрови сигнали
В този вид преобразуване най-широко приложение има импулсно-кодовота модулация (ИКМ) (Pulse Code Modulation – PCM). ИКМ е процес, при който аналоговото съобщение се дискретизира по време, след което дискретите му се квантоват по нива и чрез кодиране се преобразуват в цифрови сигнали (Фиг.20).

Съгласно теорема на Найкуист – Котелников дискретизацията по време се извършва с честота не по-малко от два пъти по-голяма от честотата на модулирания аналогов сигнал. След дискретизацията се получава импулсна последователност, като всеки импулс има амплитуда, равна на моментната стойност на аналоговия сигнал в момента на дискретизация.

При квантоването амплитудата на импулсите се приравнява към най-близкото разрешено ниво. При кодирането всяко ниво се представя с двоично число и се предава по физическа среда във вид на импулси. В приемната страна двоичният код генерира импулси със съответната амплитуда, които преминават през филтър и се възстановява формата на аналоговия сигнал. ИКМ се използва основно за модулиране на телефонни съобщения. Телефонният канал е с честотна лента от 300 3400 Hz и за изпълнение на теоремата на Котелников се използва честота на дискретизация от 8000 Hz . При квантоване импулсите се сравняват със скала от 256 нива и при кодирането се представят с 1 байт (8 бита) .


Аналогово

съобщение

t


Дискретизация

и квантоване
10

5

t



0

-5

Кодиране



-10 . . . . . . . . . . . . .

1010


101 111 1000 1010
Фиг.20. Диаграма на импулсно кодова модулация.
За едновременно предаване на 8 разговора по телефоння канал е необходимо да се постигне скорост равна на 8000 . 8 = 64 000 b/s. Импулсно кодовата модулация е в основата на цифровите преносни системи. Тези системи се делят на две големи групи:

  • PDH – системи (Plesiochronous Digital Hierarchy) от по-стар вид – за медни кабели;

  • SDH – системи (Synchronous Digital Hierarchy) , които са от нов вид и се използват основно за предаване по влакнисто-оптични кабели.

В Европа PDH – системите имат 5 степени на йерархия:

  • Е1 /ИКМ – 30/ - 2,048 Mb/s – за 30 телефонни канала;

  • Е2 /ИКМ – 120/ - 8,1448 Mb/s – за 120 телефонни канала;

  • Е3 /ИКМ – 480/ - 34, 368 Mb/s – за 480 телефонни канала;

  • Е4 /ИКМ – 1920/ - 139,264 Mb/s – за 1928 телефонни канала;

  • Е5 /ИКМ – 7680/ - 565, 148 Mb/s – за 7680 телефонни канала.

В САЩ и Канада PDH – системите имат 4 степени на йерархия:



  • DS1/T1 - 1,544 Mb/s – за 24 телефонни канала;

  • DS2/T2 – 6,312 Mb/s – за 96 телефонни канала;

  • DS3/T3 – 44,736 Mb/s – за 672 телефонни канала;

  • DS4/T4 – 274, 176 Mb/s – за 4032 телефонни канала.

Взаимодействието между PDH – системите на Европа и Северна Америка става чрез трансатлантически подводни кабели със скорост на предаване 139,264 Mb/s чрез специално преобразуване на Е4 сигнала в три DS3 сигнала и обратно.

Използва се и диференциална ИКМ (ДИКМ), при която по канала се предава разликата между текущото значение на сигнала и предишното му значение. Предимство е, че при предаването на данни се използват по-малък брой битове за кодиране на съобщенията и вместо канал със скорост 64000 b/s се използва канал със скорост 32000 b/s.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница