Стандартная модель стека протоколов

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ  И  НАУКИ  РФ

ЯРОСЛАВСКИЙ ФИЛИАЛ

 

Аккредитованного образовательного частного учреждения

высшего профессионального образования

 

«МОСКОВСКИЙ ФИНАНСОВО  – ЮРИДИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МФЮА»

 

 

 

 

Курсовая работа

  Вариант №2

 

 

по дисциплине __________________________________________________

на тему «_______________________________________________________»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                        Работу выполнил студент __ курса

                                                                        Группы ______________________

                                                                          ____________________________

                                                                                                                      (Ф.И.О.)

 

                       Работу

                               проверил ______________________

                                                                                                                                 (Ф.И.О.)

 

                                                                        Дата сдачи ___________________

                                                                     Дата защиты __________________

                                                                         Оценка _______________________

 

 

 

 

 

 

Ярославль 2012

 

Оглавление

 

 

 

 

Введение

1. Стеки сетевых протоколов………………………………………………………………………….

1.1. Семиуровневая модель OSI……………………………………………………………………

1.2. Уровни модели OSI………………………………………………………………

1.3. Инкапсуляция и  обработка пакетов……………………………………………..

2. Стек протоколов TCP/IP…………………………………………………………………………………..

2.1. Уровень приложений………………………………………………………………………

2.2. Транспортный уровень……………………………………………………………………..

2.3. Межсетевой уровень и протокол IP………………………………………………………

2.4. Уровень доступа  к среде передачи………………………………………………………

 

 

Введение.

Главная цель, которая преследуется при соединении компьютеров в  сеть - это возможность использования  ресурсов каждого компьютера всеми  пользователями сети. Для того, чтобы реализовать эту возможность, компьютеры, подсоединенные к сети, должны иметь необходимые для этого средства взаимодействия с другими компьютерами сети. Задача разделения сетевых ресурсов является сложной, она включает в себя решение множества проблем - выбор способа адресации компьютеров и согласование электрических сигналов при установлении электрической связи, обеспечение надежной передачи данных и обработка сообщений об ошибках, формирование отправляемых и интерпретация полученных сообщений, а также много других не менее важных задач.

Обычным подходом при решении сложной  проблемы является ее декомпозиция на несколько частных проблем - подзадач. Для решения каждой подзадачи  назначается некоторый модуль. При  этом четко определяются функции  каждого модуля и правила их взаимодействия.

Частным случаем декомпозиции задачи является многоуровневое представление, при  котором все множество модулей, решающих подзадачи, разбивается на иерархически упорядоченные группы - уровни. Для каждого уровня определяется набор функций-запросов, с которыми к модулям данного уровня могут  обращаться модули выше лежащего уровня для решения своих задач. Такой  формально определенный набор функций, выполняемых данным уровнем для  выше лежащего уровня, а также форматы  сообщений, которыми обмениваются два  соседних уровня в ходе своего взаимодействия, называется интерфейсом.

Интерфейс определяет совокупный сервис, предоставляемый  данным уровнем выше лежащему уровню.

При организации взаимодействия компьютеров  в сети каждый уровень ведет "переговоры" с соответствующим уровнем другого  компьютера. При передаче сообщений  оба участника сетевого обмена должны принять множество соглашений. Например, они должны согласовать уровни и  форму электрических сигналов, способ определения длины сообщений, договориться о методах контроля достоверности  и т.п. Другими словами, соглашения должны быть приняты для всех уровней, начиная от самого низкого уровня передачи битов, до самого высокого уровня, детализирующего, как информация должна быть интерпретирована.

Правила взаимодействия двух машин могут  быть описаны в виде набора процедур для каждого из уровней. Такие  формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в  разных узлах, называются протоколами.

Из  приведенных определений можно  заметить, что понятия "интерфейс" и "протокол", в сущности, обозначают одно и то же, а именно - формализовано  заданные процедуры взаимодействия компонент, решающих задачу связи компьютеров  в сети. Однако довольно часто в  использовании этих терминов имеется  некоторый нюанс: понятие "протокол" чаще применяют при описании правил взаимодействия компонент одного уровня, расположенных на разных узлах сети, а "интерфейс" - при описании правил взаимодействия компонентов соседних уровней, расположенных в пределах одного узла.

Согласованный набор протоколов разных уровней, достаточный  для организации межсетевого  взаимодействия, называется стеком протоколов.

Программные средства, реализующие некоторый  протокол, также называют протоколом. При этом соотношение между протоколом - формально определенной процедурой взаимодействия, и протоколом - средством, реализующим эту процедуру, аналогично соотношению между алгоритмом решения  некоторой задачи и программой, решающей эту задачу. Понятно, что один и  тот же алгоритм может быть запрограммирован с разной степенью эффективности. Точно  также и протокол может иметь  несколько программных реализаций, например, протокол IPX, реализованный  компанией Microsoft для Windows NT в виде программного продукта NWLink, имеет характеристики, отличающиеся от реализации этого же протокола компанией Novell. Именно поэтому, при сравнении протоколов следует учитывать не только логику их работы, но и качество программных решений. Более того, на эффективность взаимодействия устройств в сети влияет качество всей совокупности протоколов, составляющих стек, то есть, насколько рационально распределены функции между протоколами разных уровней и насколько хорошо определены интерфейсы между ними.

Протоколы реализуются не только программно-аппаратными  средствами компьютеров, но и коммуникационными  устройствами. Действительно, в общем  случае связь компьютеров в сети осуществляется не напрямую - "компьютер-компьютер", а через различные коммуникационные устройства такие, например, как концентраторы, коммутаторы или маршрутизаторы. В зависимости от типа устройства, в нем должны быть встроены средства, реализующие некоторый набор сетевых протоколов.

При организации взаимодействия могут  быть использованы два основных типа протоколов. В протоколах с установлением  соединения (connection-oriented network service, CONS) перед обменом данными отправитель и получатель должны сначала установить логическое соединение, то есть договориться о параметрах процедуры обмена, которые будут действовать только в рамках данного соединения. После завершения диалога они должны разорвать это соединение. Когда устанавливается новое соединение, переговорная процедура выполняется заново. Телефон - это пример взаимодействия, основанного на установлении соединения.

Вторая  группа протоколов - протоколы без  предварительного установления соединения (connectionless network service, CLNS). Такие протоколы называются также дейтаграммными протоколами. Отправитель просто передает сообщение, когда оно готово. Опускание письма в почтовый ящик - это пример связи без установления соединения.

1. Стеки сетевых протоколов

1.1. Семиуровневая модель OSI

Модель OSI (Open System Interconnect Reference Model, Эталонная модель взаимодействия открытых систем) представляет собой универсальный стандарт на взаимодействие двух систем (компьютеров) через вычислительную сеть.

Эта модель описывает  функции семи иерархических уровней  и интерфейсы взаимодействия между  уровнями. Каждый уровень определяется сервисом, который он предоставляет  вышестоящему уровню, и протоколом - набором правил и форматов данных для взаимодействия между собой объектов одного уровня, работающих на разных компьютерах.

Идея состоит  в том, что вся сложная процедура  сетевого взаимодействия может быть разбита на некоторое количество примитивов, последовательно выполняющихся  объектами, соотнесенными с уровнями модели. Модель построена так, что  объекты одного уровня двух взаимодействующих  компьютеров сообщаются непосредственно  друг с другом с помощью соответствующих  протоколов, не зная, какие уровни лежат  под ними и какие функции они  выполняют. Задача объектов - предоставить через стандартизованный интерфейс  определенный сервис вышестоящему уровню, воспользовавшись, если нужно, сервисом, который предоставляет данному  объекту нижележащий уровень.

Например, некий  процесс отправляет данные через  сеть процессу, находящемуся на другом компьютере. Через стандартизованный  интерфейс процесс-отправитель передает данные нижнему уровню, который предоставляет  процессу сервис по пересылке данных, а процесс-получатель через такой  же стандартизованный интерфейс  получает эти данные от нижнего уровня. При этом ни один из процессов не знает и не имеет необходимости  знать, как именно осуществляет передачу данных протокол нижнего уровня, сколько  еще уровней находится под  ним, какова физическая среда передачи данных и каким путем они движутся.

Эти процессы, с  другой стороны, могут находиться не на самом верхнем уровне модели. Предположим, что они через стандартный  интерфейс взаимодействуют с  приложениями вышестоящего уровня и  их задача (предоставляемый сервис) - преобразование данных, а именно фрагментация и сборка больших блоков данных, которые вышестоящие приложения отправляют друг другу. При этом сущность этих данных и их интерпретация для рассматриваемых процессов совершенно не важны.

Возможна также  взаимозаменяемость объектов одного уровня (например, при изменении способа  реализации сервиса) таким образом, что объект вышестоящего уровня не заметит подмены.

Вернемся к примеру: приложения не знают о том, что их данные преобразуются именно путем фрагментации/сборки, им достаточно знать то, что нижний уровень предоставляет им некий “правильный” сервис преобразования данных. Если же для какой-то другой сети понадобится не фрагментация/сборка пакетов, а, скажем, перестановка местами четных и нечетных бит, то процессы рассматриваемого уровня будут заменены, но приложения ничего не заметят, так как их интерфейсы с нижележащим уровнем стандартизованы, а конкретные действия нижележащих уровней скрыты от них.

Объекты, выполняющие  функции уровней, могут быть реализованы  в программном, программно-аппаратном или аппаратном виде. Как правило, чем ниже уровень, тем больше доля аппаратной части в его реализации.

Организация сетевого взаимодействия компьютеров, построенного на основе иерархических уровней, как  описано выше, часто называется протокольным стеком.

1.2. Уровни модели OSI

Ниже перечислены (в направлении сверху вниз) уровни модели OSI и указаны их общие функции.

Уровень приложения (Application) - интерфейс с прикладными процессами.

Уровень представления (Presentation) - согласование представления (форматов, кодировок) данных прикладных процессов.

Сеансовый уровень (Session) - установление, поддержка и закрытие логического сеанса связи между удаленными процессами.

Транспортный уровень (Transport) - обеспечение безошибочного сквозного обмена потоками данных между процессами во время сеанса.

Сетевой уровень (Network) - фрагментация и сборка передаваемых транспортным уровнем данных, маршрутизация и продвижение их по сети от компьютера-отправителя к компьютеру-получателю.

Канальный уровень (Data Link) - управление каналом передачи данных, управление доступом к среде передачи, передача данных по каналу, обнаружение ошибок в канале и их коррекция.

Физический уровень (Physical) - физический интерфейс с каналом передачи данных, представление данных в виде физических сигналов и их кодирование (модуляция).

1.3. Инкапсуляция и обработка пакетов

При продвижении  пакета данных по уровням сверху вниз каждый новый уровень добавляет  к пакету свою служебную информацию в виде заголовка и, возможно, трейлера (информации, помещаемой в конец  сообщения). Эта операция называется инкапсуляцией данных верхнего уровня в пакете нижнего уровня. Служебная  информация предназначается для  объекта того же уровня на удаленном  компьютере, ее формат и интерпретация  определяются протоколом данного уровня.

Разумеется, данные, приходящие с верхнего уровня, могут  на самом деле представлять собой  пакеты с уже инкапсулированными данными еще более верхнего уровня.

С другой стороны, при получении пакета от нижнего  уровня он разделяется на заголовок (трейлер) и данные. Служебная информация из заголовка (трейлера) анализируется  и в соответствии с ней данные, возможно, направляются одному из объектов верхнего уровня. Тот в свою очередь  рассматривает эти данные как  пакет со своей служебной информацией  и данными для еще более  верхнего уровня, и процедура повторяется, пока пользовательские данные, очищенные  от всей служебной информации, не достигнут  прикладного процесса.

Возможно, что пакет  данных не будет доведен до самого верхнего уровня, например, в случае, если данный компьютер представляет собой промежуточную станцию  на пути между отправителем и получателем. В этом случае объект соответствующего уровня при анализе служебной  информации заметит, что пакет на этом уровне адресован не ему (хотя с точки зрения нижележащих уровней  он был адресован именно этому  компьютеру). Тогда объект выполнит необходимые действия для перенаправления  пакета к месту назначения или  возврата отправителю с сообщением об ошибке, но в любом случае не будет  продвигать данные на верхний уровень.