Стандартные стеки коммуникационных протоколов. Стеки протоколов верхнего и среднего уровней. Лекция 6

1.

2.

Компьютерные сети в системах
управления
Лекция 6. Стандартные стеки коммуникационных
протоколов. Стеки протоколов верхнего и среднего
уровней. Протоколы передачи данных нижнего
уровня.
Лектор:
доцент кафедры Автоматизация и управление,
кандидат технических наук
Сябина Наталья Валерьевна
[email protected]

3.

Основная литература
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Список литературы
Сенкевич А.В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы: Учебник. - М.: Academia, 2018.
Галас В. П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник. //ч.2. Сети и
телекоммуникации. – Владимир: Изд-во ВлГУ, 2017.
Гусева А.И. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник. - М.: Academia,
2016.
Мелехин В.Ф. Вычислительные машины, системы и сети. - М.: Academia, 2017.
https://sites.google.com/site/abcdrblackrus67/urovni-osi-modeli
https://zametkinapolyah.ru/veb-programmirovanie/servernoe-programmirovanie-serverapache/osnovy-interneta-chast-1-sem-urovnej-modeli-osi-princip-raboty-etalonnoj-modeli.html
Видеоматериалы
1. https://www.youtube.com/watch?v=3c7FDp9S4k8
2. https://www.youtube.com/watch?v=F4Db7GqwLi0&t=131s
3. https://www.youtube.com/watch?v=VOfSsFqabtA
4. https://www.youtube.com/watch?v=0gUhqSCfpN4

4.

Стандартные стеки коммуникационных протоколов

5.

Стек OSI
Достоинства:
международный, независимый от производителей стандарт;
полностью соответствует модели OSI;
включает спецификации протоколов для всех семи уровней взаимодействия;
на нижних уровнях стек OSI использует популярные сетевые технологии: Ethernet,
Token Ring, FDDI, протоколы глобальных сетей, Х.25 и ISDN и другие;
протоколы сетевого, транспортного и сеансового уровней стека OSI специфицированы
и реализованы различными производителями, но распространены мало;
довольно удачны и популярны прикладные протоколы: протокол передачи файлов
FTAM, протокол эмуляции терминала VTP, протоколы справочной службы Х.500,
электронной почты Х.400 и ряд других;
Недостатки:
протоколы стека OSI отличает большая сложность и неоднозначность спецификаций;
из-за своей сложности протоколы OSI требуют больших затрат вычислительной
мощности.

6.

Стек TCP/IP
Достоинства:
наиболее популярный на сегодняшний день стек сетевых протоколов;
стек используется для связи компьютеров всемирной информационной сети Internet, а также в огромном
числе корпоративных сетей;
на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для
локальных сетей — это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных — протоколы работы на аналоговых
коммутируемых и выделенных линиях SLIP, РРР, протоколы территориальных сетей Х.25 и ISDN.
основными протоколами стека, давшими ему название, являются протоколы IP и TCP: IP обеспечивает
продвижение пакета по составной сети, a TCP гарантирует надежность его доставки.
включает в себя большое количество протоколов прикладного уровня: FTP, telnet, SMTP, HTTP и многие
другие.
значально создавался для глобальной сети Internet, в связи с этим способен фрагментировать пакеты; имеет
гибкую систему адресации; экономно использует возможности широковещательных рассылок.
Недостатки:
мощные функциональные возможности протоколов стека TCP/IP требуют для своей реализации высоких
вычислительных затрат;
гибкая система адресации и отказ от широковещательных рассылок приводят к наличию в IP-сети различных
централизованных служб типа DNS, DHCP и т. п.

7.

Стек IPX/SPX
разработан фирмой Novell для сетевой операционной системы NetWare;
не требует большой вычислительной мощности;
многие особенности стека IPX/SPX обусловлены ориентацией ранних версий ОС
NetWare (до версии 4.0) на работу в локальных сетях небольших размеров. В результате
протоколы стека IPX/SPX до недавнего времени хорошо работали в локальных сетях и не
очень — в больших корпоративных сетях, так как они слишком перегружали глобальные
связи широковещательными пакетами, которые интенсивно используются несколькими
протоколами этого стека (например, для установления связи между клиентами и
серверами);
с выпуском версии NetWare 4.0 Novell внесла и продолжает вносить в свои протоколы
серьезные изменения, направленные на адаптацию для работы в корпоративных сетях;
реализован не только в NetWare, но и в нескольких других популярных сетевых ОС:
SCO UNIX, Sun Solaris, Microsoft Windows NT.

8.

Стек NetBIOS/SMB
широко используется в продуктах компаний IBM и Microsoft;
на физическом и канальном уровнях этого стека используются все наиболее
распространенные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и другие;
на верхних уровнях работают протоколы NetBEUI и SMB;
протокол NetBIOS (Network Basic Input/Output System) появился в 1984 году как
сетевое расширение стандартных функций базовой системы ввода/вывода (BIOS)
IBM PC для сетевой программы PC Network фирмы IBM;
после этот протокол был заменен так называемым протоколом расширенного
пользовательского интерфейса NetBEUI — NetBIOS Extended User Interface;
для обеспечения совместимости приложений в качестве интерфейса к
протоколу NetBEUI был сохранен интерфейс NetBIOS;
протокол SMB (Server Message Block) выполняет функции сеансового,
представительного и прикладного уровней. На основе SMB реализуется файловая
служба, а также службы печати и передачи сообщений между приложениями.

9.

Стеки протоколов верхнего и среднего уровней
Сетевые - предоставляют следующие услуги: адресацию и
маршрутизацию информации, проверку на наличие ошибок, запрос
повторной передачи и установление правил взаимодействия в конкретной
сетевой среде;
Транспортные - предоставляют следующие услуги надежной
транспортировки данных между компьютерами;
Прикладные - отвечают за взаимодействие приложений.

10.

Наиболее популярные сетевые протоколы
DDP (Datagram Delivery Protocol – протокол доставки дейтаграмм) это протокол передачи данных Apple, используемый в Apple Talk.
IP (Internet Protocol – протокол Internet) - протокол стека TCP/IP,
обеспечивающий адресную информацию и информацию о маршрутизации.
IPX (Internetwork Packet Exchange) – межсетевой обмен пакетами в
NWLink. NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface – расширенный
пользовательский интерфейс базовой сетевой системы ввода-вывода) разработанный совместно IBM и Microsoft этот протокол обеспечивает
транспортные услуги для NetBIOS.
Система протоколов Novel NetWare, используемых для маршрутизации и
направления пакетов.

11.

Наиболее популярные транспортные протоколы
ATP (Apple Talk Protocol – транзакционный протокол Apple Talk) и
NBP (Name Binding Protocol – протокол связывания имен). Сеансовый и
транспортный протоколы Apple Talk.
NetBIOS (базовая сетевая система ввода-вывода) - устанавливает
соединение между компьютерами, а NetBEUI предоставляет услуги
передачи данных для этого соединения.
SPX (Sequenced Packet Exchange) – последовательный обмен пакетами в
NWLink.
Протокол Novel NetWare используется для обеспечения
доставки данных.
TCP (Transmission Control Protocol – протокол управления передачей) протокол стека TCP/IP, отвечающий за надежную доставку данных.

12.

Наиболее популярные прикладные протоколы
AFP (Apple Talk File Protocol) – файловый протокол Apple Talk
удаленного управления файлами Macintosh.
FTP (File Transfer Protocol) – протокол передачи файлов стека TCP/IP,
используемый для обеспечения услуг по передачи файлов.
NCP (NetWare Core Protocol) – базовый протокол NetWare. Оболочка и
редиректоры клиента Novel NetWare.
SNMP (Simple Network Management Protocol) – простой протокол
управления сетью стека TCP/IP, используемый для управления и наблюдения
за сетевыми устройствами.
HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) – протокол передачи гипертекста и
другие протоколы.

13.

Протоколы передачи данных нижнего уровня

14.

Принцип инкапсуляции/декапсуляции данных в компьютерной сети

15.

Инкапсуляция данных
Инкапсуляция данных - это процесс, в котором некоторая дополнительная информация добавляется к
элементу данных, чтобы добавить к нему некоторые функции
ПРОЦЕСС ИНКАПСУЛЯЦИИ (НА СТОРОНЕ ОТПРАВИТЕЛЯ)
Шаг 1. Уровень приложения, представления и сеанса в модели OSI принимает пользовательские данные в виде
потоков данных, инкапсулирует их и пересылает данные на транспортный уровень.
Шаг 2. Транспортный уровень берет поток данных с верхних уровней и разделяет его на несколько частей.
Транспортный уровень инкапсулирует данные, добавляя соответствующий заголовок к каждой части. Эти фрагменты
данных теперь называются сегментами данных. Заголовок содержит информацию о последовательности, так что сегменты
данных могут быть повторно собраны на стороне получателя.
Шаг 3. Сетевой уровень берет сегменты данных с транспортного уровня и инкапсулирует их, добавляя
дополнительный заголовок к сегменту данных. Этот заголовок данных содержит всю информацию о маршрутизации для
правильной доставки данных. Здесь инкапсулированные данные называются пакетом данных или дейтаграммой.
Шаг 4. Канальный уровень берет пакет данных или дейтаграмму с сетевого уровня и инкапсулирует ее, добавляя
дополнительный заголовок и нижний футер. Заголовок содержит всю информацию о коммутации для правильной доставки
данных соответствующим аппаратным компонентам, а футер содержит всю информацию, связанную с обнаружением
ошибок и контролем. Здесь инкапсулированные данные называются фреймом данных.
Шаг 5. Физический уровень берет кадры данных с уровня канала передачи данных и инкапсулирует их,
преобразовывая их в соответствующие сигналы данных или биты, соответствующие физической среде.

16.

Деинкапсуляция (декапсуляция) данных
Деинкапсуляция данных - это процесс, обратный инкапсуляции данных.
ПРОЦЕСС ДЕИНКАПСУЛЯЦИИ (НА СТОРОНЕ ПОЛУЧАТЕЛЯ)
Шаг 1. Физический уровень принимает инкапсулированные сигналы данных или биты от отправителя и
деинкапсулирует их в форме кадра данных, который будет перенаправлен на верхний уровень, то есть на канальный
уровень.
Шаг 2. Канальный уровень берет кадры данных с физического уровня. Он деинкапсулирует фреймы данных и
проверяет заголовок фрейма, скоммутирован ли фрейм данных на правильное оборудование или нет. Если кадр
пришел в неправильное место назначения, он отбрасывается, иначе он проверяет информацию в футере. Если есть
какая-либо ошибка в данных, запрашивается повторная передача данных, если нет, то они деинкапсулируются, и пакет
данных пересылается на верхний уровень.
Шаг 3. Сетевой уровень принимает пакет данных или дейтаграмму из канального уровня. Он деинкапсулирует
пакеты данных и проверяет заголовок пакета, направлен ли пакет в правильное место назначения или нет. Если пакет
направляется в неправильный пункт назначения, пакет отбрасывается, если все в порядке, то он деинкапсулируется, и
сегмент данных пересылается на верхний уровень.
Шаг 4. Транспортный уровень берет сегменты данных с сетевого уровня и деинкапсулирует их. Сначала он
проверяет заголовок сегмента, а затем повторно собирает сегменты данных для формирования потоков данных, а затем
эти потоки данных пересылаются на верхние уровни.
Шаг 5. Уровень приложения, представления и сеанса в модели OSI берет инкапсулированные данные с
транспортного уровня, деинкапсулирует их, и данные, относящиеся к конкретному приложению, пересылаются в
приложения.

17.

Домашнее задание
выполнить конспект лекции;
просмотреть предлагаемые видеоматериалы;
Контрольные вопросы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Что понимают под стандартными стеками коммуникационных протоколов?
Какие стеки протоколов существуют?
Какие стеки протоколов верхнего и среднего уровней вам известны?
Как классифицируются протоколы передачи данных нижнего уровня?
Что понимается под инкасуляцией и деинкапсуляцией данных?
Прокомментируйте на примере процессы инкасуляци и деинейкапсуляции.

18.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!