Эталонные модели и уровни, Примеры сетей и систем передачи данных. (Лекция 3.2) презентация

ПЛАН Эталонная модель OSI Физический уровень Уровень канала данных Сетевой уровень Транспортный уровень Уровень сессии Уровень представления Уровень приложений Передача данных в МОС модели Эталонная модель TCP/IP Межсетевой уровень Транспортный уровень Уровень приложений Сравнение моделей МОС и TCP/IP Недостатки модели и протоколов МОС Недостатки эталонной модели TCP/IP

План ПРИМЕРЫ СЕТЕЙ ARPANET IPX/SPX NetBIOS SNA, DNA Internet ПРИМЕРЫ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ SMDS - Мегабитная система передачи данных с коммутацией Сети Х.25 Frame Relay Высокоскоростной ISDN и ATM Эталонная модель B-ISDN АТМ Сравнение СПД ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СОВРЕМЕННЫМ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫМ СЕТЯМ

ARPANET В середине 60-х министерство обороны США поставило задачу создания командных пунктов и управления связью, которые были бы способны сохранить работоспособность в ядерной войне. Обычные телефонные линии были не надежны, поражение АТС района означало потерю связи со всеми абонентами этого района. Министерство обороны обратилось к своему Агентству Перспективных Разработок ARPA (иногда DARPA) - Advanced Research Project Agency. ARPA не имеет лабораторий, научных сотрудников и т.п. Это бюрократическая организация, имеющая самостоятельный бюджет, из которого она выделяет гранты университетам и компаниям, если их идеи кажутся им интересными. Как раз в начале 60-х Paul Baran из RAND Сorporation опубликовал идеи организации сетей на основе коммутации пакетов. После некоторых обсуждений ARPA решила, что сеть, необходимая минобороны, должна основываться на идеи коммутации пакетов.

ARPANET Подсеть предполагалась из миникомпьютеров IMP - Interface Message Processor- соединенных линиями связи. Каждый как минимум с двумя. Подсеть должна была использовать дейтаграммный способ передачи. Тендер на построение сети выиграла компания BBN в декабре 1968. IMP машины соединялись 56 Kbps каналами. Программное обеспечение состояло из соединений IMP - host, IMP-IMP протокол, протокол IMP отправитель - IMP получатель.

ARPANET

ARPANET Позднее для подключения терминалов к сети был создан вариант IMP, названный TIP. Потом к одному IMP стало подключаться несколько хост-машин; одна хост-машина получила возможность соединяться с несколькими IMP. Затем начались эксперименты со спутниковой и радио связью. Был поставлен эксперимент: грузовик с оборудованием двигался по дорогам южной Калифорнии, пытаясь связаться с машинами, которые через спутниковый канал передавали сообщения в Лондон. В результате экспериментов стало ясно, что имеющиеся протоколы не достаточны для межсетевой связи. В результате дополнительных усилий в 1974 были опубликован TCP/IP протоколы. ARPA передало контракты на реализацию этих протоколов в университет Беркли, где шли работы над операционной системой Unix. С появлением BSD 4.3 с реализацией TCP/IP, сокетов и другой сетевой математикой, этот пакет стал быстро распространяться.

ARPANET К 1983 году ARPANET насчитывала более 200 IMP машин.

IPX/SPX Стек протоколов IPX/SPX был разработан фирмой Novell. Работает под операционной системой Netware. Одним из основных требований при разработке этого стека было способность работать на маломощных ПЭВМ с минимальными ресурсами. Был очень популярен до середины 90-х.

IPX/SPX

NetBIOS NetBIOS - Net Basic Input Output system. Это сетевое расширение стандарта I/O операций фирмы IBM для IBM PC.

SNA, DNA Сетевые стеки фирм IBM и DEC. Работают под их операционными системами. В настоящее время не имеют широкого распространения.

Internet К 1983 TCP/IP стал официальным протоколом в ARPANET. Чуть позже к сети ARPANET подключилась сеть NSFNET - сеть национального научного фонда США. После этого число сетей, подключенный к ARPANET, стало расти очень быстро. Во второй половине 80-х этот конгломерат сетей стали рассматривать как сеть сетей, а позднее как Internet. К 1990 году число сетей достигло 3000, а число машин в них - 200 000. К 1992 году число хост-машин в Internet достигло миллиона. К 1995 году число пользователей Internet достигло 20 миллионов. На сегодня оно приближается к 100 миллионам.

Internet Значительная часть роста Internet происходила за счет подключения таких сетей как SPAN - сеть космической физики NASA, HEP - сеть физики высоких энергий, BITNET - сеть машин среднего класса (mainframe) фирмы IBM, EARN - европейской сети научно-исследовательских организаций.

Internet Соединиться всем этим сетям позволил именно TCP/IP стек. Что означает что машины включена в Internet? Это значит, что на ней используется TCP/IP стек, она имеет индивидуальный IP адрес, она может посылать TCP/IP пакеты другим машинам в сети. Тут правда не ясно куда относить персональные машины, которые используют в основном электронную почту? Они подключаются через модем к поставщику этой услуги и от его имени посылают IP пакеты другим машинам в сети.

Internet Рост сети Internet: a)–Декабрь 1969, b)–Июль 1970, c)–Март 1971, d)–Апрель 1972, e)–Сентябрь 1972.

Internet В 1992 году было создано Сообщество Internet, чтобы способствовать распространению Internet и управлять этой сетью. Традиционными приложениями в Internet являются: Электронная почта Новости Удаленный вход в систему (TELNET, rlogin) Передача файлов (FTP) До начала 90-х Internet была в основном сетью академических организаций. Однако, с появлением нового приложения Всемирной паутины (World Wide Web - WWW) положение стало резко меняться. WWW было изобретено физиком Тимом Бернерс-Ли в CERN. С появлением броузера Mosaic, созданного в национальном центре приложений для суперЭВМ, количество WWW серверов в мире стало резко возрастать.

План ПРИМЕРЫ СЕТЕЙ ARPANET IPX/SPX NetBIOS SNA, DNA Internet ПРИМЕРЫ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ SMDS - Мегабитная система передачи данных с коммутацией Сети Х.25 Frame Relay Высокоскоростной ISDN и ATM Эталонная модель B-ISDN АТМ Сравнение СПД ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СОВРЕМЕННЫМ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫМ СЕТЯМ

SMDS - Мегабитная система передачи данных с коммутацией Эта система была разработана фирмой Bellcore для тех пользователей, у которых есть несколько LAN подразделений, территориально разобщенных. Для их соединения либо надо арендовать 6 телефонных линий. В последнем случае надо арендовать четыре короткие линии от LAN до SMDS сети точки подключения. Обычные телефонные линии рассчитаны на постоянную загрузку, SMDS сеть - на взрывную, т.е. большая часть трафика будет сосредоточена в рамках каждой LAN и лишь иногда пара LAN будет соединяться. Такое решение дешевле. Надо платить за n арендуемых линий, а не за n(n-1)/2 как в случае полного соединения обычными линиями. Скорость передачи 45 Mbps.

SMDS - Мегабитная система передачи данных с коммутацией

SMDS - Мегабитная система передачи данных с коммутацией Это решение лучше, чем решение через MAN, которое осуществимо лишь в условиях города. Ниже показан формат SMDS пакета. SMDS служба поддерживает только одну услугу - простую передачу потока пакетов. При этом не важно содержимое пакета. Это может быть IP пакет, IBM маркерный пакет и т.п.

SMDS - Мегабитная система передачи данных с коммутацией

SMDS - Мегабитная система передачи данных с коммутацией Развитие этой службы идет в направлении вещательной передачи, когда пользователь может определить несколько адресов для доставки пакета. В тоже время если допустить возможность предопределения тех телефонных номеров, от которых можно получать пакеты, пользователи получат прекрасную возможность создания своей индивидуальной сети на основе телефонной службы

Сети Х.25 Некоторые телефонные сети, особенно в Европе, используют стандарт Х.25, разработанный МКТТ 70-х годах и определяющий интерфейс между сетью с коммутацией пакетов и пользователями, а так же взаимодействие пользователей через сеть передачи данных. Рекомендации этого стандарта охватывают физический, канальный и сетевой уровни. Они определяют способ передачи цифровых данных по телефонным каналам. Протокол Х.21 определяет физический, электрический интерфейсы и процедуры взаимодействия хост-машины и сети. Сетей поддерживающих этот стандарт не так много. Это связано с тем, что он требует использование цифровых сигналов, а не аналоговых. Как временная мера был предложен интерфейс типа RS-232. Уровень канала данных отвечает за исправление ошибок на линии. Сетевой уровень отвечает за адресацию, управление потоком, подтверждение доставки, прерывания и т.п.

Сети Х.25 Пакеты в Х.25 имеют длину до 128 байт. Обычная скорость 64 Kbps. Стандарт ориентирован на соединение и поддерживает режим коммутируемых виртуальных каналов и режим постоянного виртуального канала. Поскольку в мире уже много оконечных устройств, не рассчитанных на Х.25, то было предложено решение - PAD (Packet Assembler Disassembler), который работает как черный ящик. Его работу определяют три протокола Х.3, Х.28 и Х.29.

Frame Relay Ретрансляция кадров (frame relay, FR) - это метод доставки сообщений в сетях передачи данных (СПД) с коммутацией пакетов (в отличие от СПД с коммутацией каналов и сообщений). Первоначально разработка стандарта FR ориентировалась на цифровые сети интегрированного обслуживания (ISDN - Integrated Services Digital Networks), однако позже стало ясно, что FR применим и в других СПД (здесь под данными понимается любое сообщение, представленное в цифровой форме). К числу достоинств метода прежде всего необходимо отнести малое время задержки, простой формат кадров, содержащих минимум управляющей информации, и независимость от протоколов верхних уровней ЭМВОС.

Frame Relay Эту службу можно рассматривать как аренду виртуальной линии, по которой можно передавать пакеты длиной до 1600 байт. Можно заказать постоянную виртуальную линию от одного ко многим. Разница между арендуемой физической линией и виртуальной в том, что по физической линии можно гнать данные с максимальной скоростью целый день, по виртуальной - средняя скорость будет меньше.

Frame Relay Эта служба предоставляет минимальный сервис. Если фрейм поступил с ошибкой, то он просто сбрасывается. Дело пользователя определить какой фрейм пропущен и как его восстановить. В отличии от Х.25 FR не поддерживает уведомлений о доставке и обычного управления потоком. В настоящее время разработкой и исследованием стандартов FR занимаются три организации:

Frame Relay Frame Relay Forum (FRF) - международный консорциум, включающий в себя свыше 300 поставщиков оборудования и услуг, среди которых 3Com, Northern Telecom, Digital, Cisco, Netrix, Ascom Timeplex, Newbridge Networks, Zilog и др.; American National Standards Institute (ANSI, Американский национальный институт по стандартизации); Международный союз электросвязи (ITU-T). Любой международный стандарт имеет (и всегда будет иметь) множество прикладных реализаций, что зачастую приводит к несовместимости аппаратно-программных средств разных производителей. Международные организации неоднократно пытались решить данную проблему. Результатом одной из таких попыток (предпринятой FRF) стал проект стандарта, включающего в себя спецификации ANSI, которые обязательны для выполнения членами FRF. В январе 1992 г. этот проект был доработан Техническим комитетом FRF и утвержден собранием членов FRF.

Frame Relay Принятый FRF проект рассматривает только спецификации для постоянных виртуальных каналов (PVC) и интерфейса "пользователь-сеть" (UNI). В него не вошли стандарты для коммутируемых виртуальных каналов (SVC) и интерфейса межсетевого взаимодействия. Однако работа по этим направлениям продолжается и ее результаты найдут свое отражение в новых стандартах FR. Проект FRF не рассматривает и стандарты физических интерфейсов, поэтому при создании сетей FR допускаются различные физические интерфейсы, среди которых V.35, G.703, X.21 и др.

Высокоскоростной ISDN и ATM Кроме проблем, связанных с быстро растущими требованиями в области сервиса, телефонные компании сталкиваются с еще одной серьезной проблемой - соединений разных сетей. Например, SMDS и FR используют собственные сети с коммутацией пакетов. DQDB - другой пример сети. Связывать и обслуживать все это разнообразие сетей - огромная головная боль. А есть еще кабельное телевидение и т.д. и т.д. Выход из этого ада - создать единую сеть, обеспечивающую такую высокую скорость передачи, что она будет способна поддерживать любую услугу. Это нельзя сделать быстро за одну ночь. Это очень масштабный проект и он уже начался. Этот новый сервис передачи данных называется Broadband ISDN - высокоскоростной ISDN. Этот сервис будет поддерживать передачу видео, аудио и цифровых данных высокого качества. Обеспечивать высокоскоростную связь между локальными сетями.

Высокоскоростной ISDN и ATM Основной технологией, которая делает возможным реализацию B-ISDN сервиса является АТМ (Asynchronous Transfer Mode) асинхронный способ передачи. Центральная идея АТМ - передавать данные малыми порциями, фиксированной длины, называемых ячейками. Каждая ячейка имеет 53 байта длину - 48 на данные и 5 на заголовок. АТМ это и технология, т.е. не видимая для пользователя, и сервис, т.е. видим для пользователя.

Высокоскоростной ISDN и ATM

Высокоскоростной ISDN и ATM Переход от старой технологии коммутации каналов, на коммутацию пакетов - это гигантский шаг. Есть много причин, почему удобно передавать небольшим пакетами - ячейками: ячейки удобно использовать для управления и передачи разнородных данных - звук, видео, цифра; при больших скоростях проще управлять переключением небольших ячеек, чем использовать старую технику мультиплексирования.

Высокоскоростной ISDN и ATM АТМ это технология ориентированная на соединение: прежде чем передавать данные устанавливается соединение и лишь потом передаются данные. Доставка данных не гарантируется, но порядок - да. АТМ сеть организована подобно WAN подсети: линии и маршрутизаторы. В настоящее время достигнута скорость 155 Mbps и 622Mbps. Когда АТМ появился, то основной областью применения этого сервиса считалось видео по заказу. В настоящее время появились приложения, которые также требуют высокой пропускной способности.

Эталонная модель B-ISDN АТМ Рассмотрим эталонную модель АТМ в том виде, как она представлена в области телефонии. Она представлена на рисунках ниже. Эта модель трехмерная. Она состоит из трех уровней: физического, АТМ и уровня адаптации. Сверху пользователь может поместить любое приложение, например, стек TCP/IP. Физический уровень определяет правила передачи и приема данных в форме потока битов и преобразования их в ячейки. Носителями этого потока могут быть разные среды. АТМ не ограничивает их число. АТМ уровень отвечает за транспорт ячеек. Он определяет формат ячейки, заголовок, его содержимое. Отвечает за установление и поддержание виртуальных соединений. Управление потоком и перегрузками также сосредоточено здесь.

Эталонная модель B-ISDN АТМ Уровень адаптации AAL обеспечивает приложениям пользователям возможность работы в терминах пакетов или подобных им единиц, а не ячеек. Плоскость пользователя отвечает за транспорт данных, управление потоком, исправление ошибок и другие функции пользователя. Плоскость управления отвечает за управление соединением.

Эталонная модель B-ISDN АТМ

Эталонная модель B-ISDN АТМ

Эталонная модель B-ISDN АТМ Уровни управления уровнем и плоскостью отвечают за управление ресурсами и координацию межуровневых взаимодействий. Физический уровень и уровень адаптации имеют по два подуровня.

Сравнение СПД Далее сведены в таблицу основные данные по каждому ранее рассмотренному сервису передачи данных. Почему так много? Все они появились в разное время, под давлением разных потребностей разных категорий пользователей, разрабатывались разными компаниями из разных областей: телефония, цифровые сети, телевизионные сети.

Сравнение СПД

План ПРИМЕРЫ СЕТЕЙ ARPANET IPX/SPX NetBIOS SNA, DNA Internet ПРИМЕРЫ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ SMDS - Мегабитная система передачи данных с коммутацией Сети Х.25 Frame Relay Высокоскоростной ISDN и ATM Эталонная модель B-ISDN АТМ Сравнение СПД ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СОВРЕМЕННЫМ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫМ СЕТЯМ

План ПРИМЕРЫ СЕТЕЙ ARPANET IPX/SPX NetBIOS SNA, DNA Internet ПРИМЕРЫ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ SMDS - Мегабитная система передачи данных с коммутацией Сети Х.25 Frame Relay Высокоскоростной ISDN и ATM Эталонная модель B-ISDN АТМ Сравнение СПД ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СОВРЕМЕННЫМ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫМ СЕТЯМ

Требования к современным вычислительным сетям Производительность — Производительность сети характеризует скорость работы сети. Эта характеристика измеряется в количестве услуг в единицу времени. Под услугой могут пониматься пропускная способность - число пакетов пройденное через сеть за секунду, минуту, час, день. Соответственно говорят о средней, мгновенной, пиковой, минимальной пропускной способности сети. Это может быть выполнение определенной операции √ тогда это время реакции. Чаще всего пользователь обращает внимание именно на этот индекс производительности. Она характеризует как скорость работы клиента, так и скорость работы сервера и СПД. Индекс, характеризующий только работу СПД, называется время передачи - время от поступления запроса на вход СПД до появления его на выходе.

Требования к современным вычислительным сетям Надежность — Эта характеристика сети определяет всегда ли сеть способна выполнять операции и, если операция запущена, то всегда ли она корректно завершится. Есть несколько подходов измерения этой характеристики - через измерение надежности устройств (время наработки на отказ, вероятность отказа, интенсивность отказов) коэффициент готовности - доля времени, в течении которого система может быть использована вероятность доставки пакета через СПД вероятность искажения пакета в СПД отказоустойчивость

Требования к современным вычислительным сетям Безопасность — Характеризует степень защищенности сети от несанкционированного использования ее ресурсов: СПД Вычислительные ресурсы Информация (доступ, изменение)

Требования к современным вычислительным сетям Расширяемость и масштабируемость — Расширяемость характеризует насколько сложно изменить конфигурацию сети: СПД, добавить новый узел и т.п. Масштабируемость характеризует способность сети плавно увеличивать вычислительную мощность без деградации производительности сети в целом. Прозрачность — Сеть - это компьютер. Передача разнородных потоков данных (видео, звук, цифра) — Слияние средств вычислений и средств передачи разнородных данных. Здесь основную сложность представляет синхронность передачи.

Требования к современным вычислительным сетям Управление — Возможность управлять и контролировать работу каждого отдельного устройства в сети из единого центра. Совместимость — Характеризует способность подключать разное оборудование и программное обеспечение.

План ПРИМЕРЫ СЕТЕЙ ARPANET IPX/SPX NetBIOS SNA, DNA Internet ПРИМЕРЫ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ SMDS - Мегабитная система передачи данных с коммутацией Сети Х.25 Frame Relay Высокоскоростной ISDN и ATM Эталонная модель B-ISDN АТМ Сравнение СПД ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СОВРЕМЕННЫМ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫМ СЕТЯМ