Modół5_kot.doc

Protokół Komunikacyjny:

·         element oprogramowania,

·         element jawnie zainstalowany  na wszystkich urządzeniach i elementach sieciowych i komputerach klienckich

Są dwie kategorie:

- otwarte,

- charakterystyczne dla producenta

              Protokoły otwarte są standardem oficjalnym, nie są własnością żadnej organizacji. TCP/IP- podstawowa forma komunikacji w sieci Internet.

              Protokoły charakterystyczne dla producenta są własnością konkretnego producenta (np. : IPX/SPX- grupa protokołów zamkniętych opracowana przez jedną firmę- Novel).

Model OSI standard zdefiniowany przez ISO oraz ITU-T opisujący strukturę komunikacji sieciowej.

Model ISO OSI RM jest traktowany jako model odniesienia (wzorzec) dla większości rodzin protokołów komunikacyjnych. Podstawowym założeniem modelu jest podział systemów sieciowych na 7 warstw (ang. layers) współpracujących ze sobą w ściśle określony sposób.

Organizacja warstwowa

Model OSI definiuje jakie zadania oraz rodzaje danych mogą być przesyłane między warstwami w całkowitym oderwaniu od ich fizycznej i algorytmicznej realizacji, czyli zakłada istnienie warstw abstrakcji w medium transmisyjnym, sprzęcie oraz oprogramowaniu i wokół tych warstw orientuje specyficzne dla nich protokoły, realizowane przez te protokoły usługi świadczone wyższym warstwom oraz posiadane interfejsy, umożliwiające dostęp do warstwy przez procesy z innych warstw. Mimo, iż każda z warstw sama nie jest funkcjonalna, to możliwe jest projektowanie warstwy w całkowitym oderwaniu od pozostałych. Jest to realne, jeżeli wcześniej zdefiniuje się protokoły wymiany danych pomiędzy poszczególnymi warstwami.

Warstwy górne

Wyróżniamy trzy warstwy górne, czyli warstwę aplikacji, prezentacji i sesji. Ich zadaniem jest współpraca z oprogramowaniem realizującym zadania zlecane przez użytkownika systemu komputerowego. Tworzą one pewien interfejs, który pozwala na komunikację z warstwami niższymi. Ta sama warstwa realizuje dokładnie odwrotne zadanie w zależności od kierunku przepływu danych. Dla ustalenia uwagi załóżmy, że dane przepływają w dół Modelu OSI, kiedy płyną od użytkownika do urządzeń sieciowych oraz w górę w przeciwnym wypadku.

Warstwa aplikacji

Warstwa aplikacji jest warstwą najwyższą, zajmuje się specyfikacją interfejsu, który wykorzystują aplikacje do przesyłania danych do sieci (poprzez kolejne warstwy modelu ISO/OSI). W przypadku sieci komputerowych aplikacje są zwykle procesami uruchomionymi na odległych hostach. Interfejs udostępniający programistom usługi dostarczane przez warstwę aplikacji opiera się na obiektach nazywanych gniazdami (ang. socket).

Jeżeli użytkownik posługuje się oprogramowaniem działającym w architekturze klient-serwer, zwykle po jego stronie znajduje się klient, a serwer działa na maszynie podłączonej do sieci świadczącej usługi równocześnie wielu osobom. Zarówno serwer jak i klient znajdują się w warstwie aplikacji. Komunikacja nigdy nie odbywa się bezpośrednio między tymi programami. Kiedy klient chce przesłać żądanie do serwera, przekazuje komunikat w dół do warstw niższych, które fizycznie przesyłają go do odpowiedniej maszyny, gdzie informacje ponownie wędrują w górę i są ostatecznie odbierane przez serwer.

Warstwa prezentacji

Podczas ruchu w dół zadaniem warstwy prezentacji jest przetworzenie danych od aplikacji do postaci kanonicznej (ang. canonical representation) zgodnej ze specyfikacją OSI-RM, dzięki czemu niższe warstwy zawsze otrzymują dane w tym samym formacie. Kiedy informacje płyną w górę, warstwa prezentacji tłumaczy format otrzymywanych danych na zgodny z wewnętrzną reprezentacją systemu docelowego. Wynika to ze zróżnicowania systemów komputerowych, które mogą w różny sposób interpretować te same dane. Dla przykładu bity w bajcie danych w niektórych procesorach są interpretowane w odwrotnej kolejności niż w innych.

Warstwa sesji

Warstwa sesji otrzymuje od różnych aplikacji dane, które muszą zostać odpowiednio zsynchronizowane. Synchronizacja jest między warstwami sesji systemu nadawcy i odbiorcy. Warstwa sesji "wie", która aplikacja łączy się z którą, dzięki czemu może zapewnić właściwy kierunek przepływu danych - nadzoruje połączenie. Wznawia je po przerwaniu.

Warstwy dolne

Najniższe warstwy zajmują się odnajdywaniem odpowiedniej drogi do celu, gdzie ma być przekazana konkretna informacja. Dzielą również dane na odpowiednie dla urządzeń sieciowych pakiety określane często skrótem PDU (ang. Protocol Data Unit). Dodatkowo zapewniają weryfikację bezbłędności przesyłanych danych. Ważną cechą warstw dolnych jest całkowite ignorowanie sensu przesyłanych danych. Dla warstw dolnych nie istnieją aplikacje, tylko pakiety (ramki) danych. Warstwy dolne to warstwa transportowa, sieciowa, łącza danych oraz fizyczna.

Warstwa transportowa

Warstwa transportowa realizuje transport pomiędzy punktami końcowymi. Kontroluje wiarygodność połączenia poprzez kontrolę przepływu, segmentację/desegmentację i kontrolę błędów. Protokoły połączeniowe mogą dodatkowo śledzić, czy segmenty dotarły do celu i w przypadku porażki dokonywać retransmisji.

Warstwa sieciowa

Warstwa sieciowa jako jedyna dysponuje wiedzą dotyczącą fizycznej topologii sieci. Rozpoznaje, jakie drogi łączą poszczególne komputery (ang. routing) i decyduje, ile informacji należy przesłać jednym z połączeń, a ile innym. Jeżeli danych do przesłania jest zbyt wiele, to warstwa sieciowa po prostu je ignoruje. Ona nie musi zapewniać pewności transmisji, więc w razie błędu pomija niepoprawne pakiety danych. Standardowa paczka danych w tej warstwie czasami oznaczana jest jako NPDU (ang. Network Protocol Data Unit). Nie znajdują się w nim żadne użyteczne dla użytkowników aplikacje. Jedyne jego zadanie, to zapewnienie sprawnej łączności między bardzo odległymi punktami sieci. Routery są podstawą budowy rozległych sieci informatycznych takich jak Internet, bo potrafią odnaleźć najlepszą drogę do przekazania informacji. Warstwa sieciowa podczas ruchu w dół umieszcza dane wewnątrz pakietów zrozumiałych dla warstw niższych (enkapsulacja).

Warstwa łącza danych

Warstwa łącza danych jest czasami nazywana warstwą liniową. Ma ona nadzorować jakość przekazywanych informacji. Nadzór ten dotyczy wyłącznie warstwy niższej. Warstwa łącza danych ma możliwość zmiany parametrów pracy warstwy fizycznej, tak aby obniżyć liczbę pojawiających się podczas przekazu błędów. Zajmuje się pakowaniem danych w ramki i wysyłaniem do warstwy fizycznej. Rozpoznaje błędy związane z niedotarciem pakietu oraz uszkodzeniem ramek i zajmuje się ich naprawą. Podczas ruchu w dół w warstwie łącza danych zachodzi enkapsulacja pakietów z warstwy sieciowej tak, aby uzyskać ramki zgodne ze standardem. Czasami są one oznaczane jako LPDU (ang. data Link Protocol Data Unit).

Urządzenia działające w tej warstwie to: most i przełącznik.

Warstwa fizyczna

Fundamentem, na którym zbudowany jest model referencyjny OSI, jest jego warstwa fizyczna. Określa ona wszystkie składniki sieci niezbędne do obsługi elektrycznego, optycznego, radiowego wysyłania i odbierania sygnałów. Warstwa fizyczna składa się z czterech obszarów funkcjonalnych:

mechanicznego,

elektrycznego,

funkcjonalnego,

proceduralnego.

Wspólnie obejmują one wszystkie mechanizmy potrzebne do obsługi transmisji danych, takie jak techniki sygnalizacyjne, napięcie prądu elektrycznego przenoszącego sygnał, rodzaje nośników i odpowiadające im właściwości impedancji, elektroniczne składniki kart sieciowych, a nawet fizyczny kształt złącza używanego do terminacji nośnika. Specyficznymi przykładami mechanizmów, które potrzebne są do obsługi przesyłania danych, lecz które nie należą do zakresu warstwy fizycznej, są:

nośniki fizyczne,

routery,

huby.

Warstwa fizyczna przesyła i odbiera sygnały zaadresowane dla wszystkich protokołów jej stosu oraz aplikacji, które je wykorzystują. Musi ona więc wykonywać kilka istotnych funkcji – w szczególności:

Aby móc nadawać dane, musi ona:

zamieniać dane znajdujące się w ramkach na strumienie binarne,

wykonywać taką metodę dostępu do nośnika, jakiej żąda warstwa łącza danych,

przesyłać ramki danych szeregowo (czyli bit po bicie) w postaci strumieni binarnych.

W celu odbierania danych konieczne jest natomiast:

oczekiwanie na transmisje przychodzące do urządzenia hosta i do niego zaadresowane,

odbiór odpowiednio zaadresowanych strumieni,

przesyłanie binarnych strumieni do warstwy danych w celu złożenia ich z powrotem w ramki.

Lista ta, jak widać, nie obejmuje żadnych sposobów weryfikowania integralności danych. Warstwa fizyczna nie posiada bowiem mechanizmu służącego rozpoznawaniu znaczenia wysyłanych jak też otrzymywanych danych. Służy wyłącznie przesyłaniu jedynek i zer.

Warstwa fizyczna, w postaci określonej przez Model Referencyjny OSI, składa się ze wszystkich procesów, mechanizmów, elektroniki oraz protokołów, które potrzebne są urządzeniu obliczającemu w celu wysłania i odbierania binarnych strumieni danych. W specyfikacji warstwy fizycznej technologii LAN zamieszczone są oczekiwania odnośnie wydajności nośnika łączącego komunikujące się ze sobą urządzenia. Model jednak nie określa samego rodzaju nośnika.

Praktyczne znaczenie Modelu OSI

W praktyce Model OSI został częściowo zmodyfikowany. Najczęstszą zmianą było połączenie warstwy fizycznej oraz łącza danych w jedną. Wynikało to z praktycznych cech tych warstw, które powodowały, że nie dało się odseparować ich pracy od siebie. Nie należy mylić Modelu OSI-RM z TCP/IP. Mimo pewnego podobieństwa, oba te modele nie są w pełni zgodne.

<Stosy protokołów
Protokoły i przesyłanie danych
Protokoły rutowalne i nierutowalne
Typy transmisji danych> obejrzec

TCP/IP- jest pakietem najbardziej rozpowszechnionych protokołów komunikacyjnych współczesnych sieci komputerowych. Następca protokołu NCP. Najczęściej obecnie wykorzystywany standard sieciowy, stanowiący podstawę współczesnego Internetu. Nazwa pochodzi od dwóch najważniejszych jego protokołów: TCP oraz IP.

TCP/IP jest standardem komunikacji otwartej. Otwartość oznacza tu możliwości komunikacji między dowolnymi typami urządzeń, bez względu na ich fizyczną różnorodność. TCP/IP zwany jest także stosem protokołów ze względu na strukturę warstwową, w której ramka protokołu wyższej warstwy jest zawarta jako dane w protokole warstwy niższej.Spis treści

Model DoD

Model odniesienia TCP/IP, zwany modelem DoD (Departament of Defense), inaczej niż OSI nie przypisuje sztywno funkcji do każdej warstwy, jest więc bardziej elastyczny od modelu OSI. Podstawowa różnica między modelem OSI a DoD polega na braku stałej gwarancji dostarczania pakietów przez warstwę transportową. Protokoły TCP i IP łącznie zarządzają przepływem danych przez sieć w obydwu kierunkach. Warstwami dla modelu DoD są:

warstwa aplikacji - obejmuje protokoły HTTP, SMTP, FTP, NFS, NIS, LPD, Telnet, SSH. Protokoły warstwy aplikacji zawierają się jako dane w protokołach warstwy transportowej.

warstwa transportowa – obejmuje protokoły UDP i TCP. Pierwszy dostarcza pakiety prawie bez sprawdzania poprawności transmisji, drugi natomiast gwarantuje bezstratne ich dostarczenie. Ramki warstwy transportowej zawierają się jako dane w protokole IP z warstwy sieciowej.

warstwa sieciowa – zawiera protokoły ICMP, IP, IGMP, RIP, OSPF i EGP. Protokół IP odpowiada za odnalezienie adresata danych w sieci. Ramki tych protokołów są transportowane przez protokoły z warstwy łącza.

warstwa łącza - zawiera protokoły ARP i RARP obsługujące niskopoziomową transmisję pakietów

Właściwości

Protokoły te mają następujące cechy charakterystyczne:

dobrą odtwarzalność po awarii

możliwość dodawania nowych sieci bez przerywania pracy istniejących

wysoki współczynnik korekcji błędów

niezależność od platformy

mały stopień obciążenia danych własnymi strukturami

dużą wydajność

Protokoły TCP i IP łącznie zarządzają przepływem większości danych przez sieć. IP odpowiada za przesyłanie dowolnych danych z punktu do punktu i zawiera w sobie na przykład TCP lub UDP. Zadaniem TCP jest:

uzgadnianie tożsamości (handshake)

zarządzanie pakietami (mogą docierać do adresata w innej kolejności, niż były wysłane)

sterowanie przepływem

wykrywanie i obsługę błędów

Para TCP+IP jest stosowana do tzw. transmisji połączeniowej, gdzie zagwarantowany jest przepływ danych dowolnej długości w obydwie strony, lub zwrotne poinformowanie nadawcy o nieusuwalnym błędzie.

Para protokołów UDP+IP jest najczęściej używanym standardem do tzw. transmisji bezpołączeniowej, czyli przesłania w jedną stronę, bez potwierdzenia odbioru, niewielkiej paczki danych zwanych datagramem.

Protokół IPX/SPX został opracowany przez firmę Novell dla potrzeb komunikacji w lokalnych sieciach komputerowych. W porównaniu z obowiązującym w internecie protokołem TCP/IP posiada on bardzo uproszczoną obsługę i znacznie większą wydajność, co powoduje, że jest chętnie wykorzystywany przez twórców gier - wystarczy wymienić firmy ID Software (Doom, Quake I), czy Blizzard (StarCraft, WarCraft itd.).

Nieprawidłowo skonfigurowany protokół IPX/SPX powoduje problemy w działaniu całej sieci.

Interfejs NetBEUI został opracowany przez IBM i wprowadzony na rynek w 1985 roku. Jest stosunkowo małym, ale wydajnym protokołem komunikacyjnym LAN. NetBEUI jest wyłącznie protokołem transportu sieci LAN dla systemów operacyjnych Microsoft. Nie jest trasowany. Dlatego jego implementacje ograniczają się do warstwy 2 modelu OSI, w których działają wyłącznie komputery wykorzystujące systemy operacyjne firmy Microsoft. Aczkolwiek staje się to coraz mniejszą przeszkodą, to jednak ogranicza dostępne architektury obliczeniowe i aplikacje technologiczne. Zalety korzystania z protokołu NetBEUI są następujące: komputery korzystające z systemów operacyjnych lub oprogramowania sieciowego firmy Microsoft mogą się komunikować. NetBEUI jest w pełni samodostrajającym się protokołem i najlepiej działa w małych segmentach LAN. Ma minimalne wymagania odnośnie pamięci. Zapewnia doskonałą ochronę przed błędami transmisji, a także powrót do normalnego stanu w razie ich wystąpienia. Wadą protokołu NetBEUI jest fakt, że nie może być trasowany (za wyjątkiem usług IPTunnel) i niezbyt dobrze działa w sieciach WAN.

AppleTalk, czyli stos protokołów pracy sieciowej, a także niezbędny sprzęt. AppleTalk jest siecią równoprawną dostarczające proste funkcję jak korzystanie z plików i drukarek. Inaczej niż w sieciach klient serwer, funkcjonalności sieci równoprawnej nie ograniczają żadne sztywne definicje. Każdy komputer może działać jako serwer i klient. Stos protokołów AppleTalk obejmuje pięć warstw funkcjonalnych: dostępu do sieci, datagramową, sieci, informacji o strefach o aplikacji. Warstwa fizyczna i łącza danych służą do zapewnienia zgodności z technologiami sieciwymi opartymi na ustanowionych standardach.
 

<Inne protokoły komunikacyjne>

ATM (ang. Asynchronous Transfer Mode) - to szerokopasmowa technologia komunikacyjna, dzięki której możliwe jest przesyłanie danych interakcyjnych, różnej wielkości plików, sygnału wizyjnego a także możliwa jest transmisja głosu. Jest to standard, który obecnie może być stosowany w sieciach lokalnych LAN, miejskich MAN a nawet rozległych WAN. Informacja w tym standardzie przesyłana jest w postaci krótkich pakietów zaopatrzonych w nagłówek o minimalnej wielkości (48 bajtów informacji + 5 bajtów nagłówka).

Interfejsy w sieci ATM

W standardzie ATM zdefinowane są dwa podstawowe rodzaje styków (interfejsów) UNI i NNI.

UNI (ang. User Network Interface) - styk użytkownika z siecią szerokopasmową, styk umieszczony pomiędzy sprzętem użytkownika a zakończeniem sieci, w którym są realizowane protokoły dostępu do sieci.

NNI (ang. Network Node Interface) - styk umieszczony w węźle sieci, wykorzystywany do połączenia z innymi węzłami.

Kanały i ścieżki wirtualne

Relacja pomiędzy kanałem wirtualnym, ścieżką wirtualną i łączem ATM

Pomiędzy stacją źródłową a docelową zostaje zestawione logiczne połączenie zwane kanałem wirtualnym VCC (ang. Virtual Channel Connection). Kanały o tym samym węźle docelowym tworzą tzw. wirtualną ścieżkę VPC (ang. Virtual Path Connection). W komutatorze ATM ma miejsce multipleksacja statystyczna poszczególnych kanałów. Kanały i ścieżki wirtualne są rozróżniane przez części nagłówka ATM - pole VPI (ang. Virtual Path Identifier) i pole VCI (ang. Virtual Channel Identifier).

Użycie ścieżek wirtualnych znacznie upraszcza zarządzanie całą siecią. Wynika to z faktu, że liczba ścieżek wirtualnych jest mniejsza od liczby kanałów wirtualnych. Dzięki temu zestawienie połączenia w węźle pośrednim, przez który przebiega dana ścieżka, wpływa na przyspieszenie zestawiania nowego połączenia, wykorzystującego ścieżki wirtualne.

Kanały wirtualne, które należą do jednej ścieżki wirtualnej muszą charakteryzować się jednakowym poziomem wymaganej jakości usługi QoS.

Budowa pakietu w standardzie ATM

Struktura pakietu w standardzie ATM dla styku UNI i NNI przedstawione zostały na rysunku obok.

Struktura komórki ATM dla styku UNI i NNI

Poniżej została przedstawiona zawartość poszczególnych pól nagłówka:

GFC (ang. Generic Flow Control) - pole zawierające 4 bity, występujące tylko w styku UNI. Służy do zarządzania przepływem pakietów pomiędzy elementami sieci użytkownika. W przypadku gdzy procedura GFC nie jest wykorzystywana, pole nadpisywane jest czteroma zerami.

VPI (ang. Virtual Path Identifier) - wielkość pola zależna jest od styku (w UNI - 8 bitów, w NNI - 12 bitów). Pole identyfikuje nawiązane połączenie ze ścieżką wirtualną w łączu fizycznym.

VCI (ang. Virtual Channel Identifier) - pole zawierające 16 bitów, identyfikujące kanał wirtualny w ścieżce wirtualnej. Możliwość utworzenia do 65536 kanałów wirtualnych w każdej ścieżce.

PT (ang. Payload Type) - 3 [[bit|bitowe] pole okteślające typ komórki ATM.

CLP (ang. Cell Loss Priority) - pole zawierające 1 bit, określające prorytet pakietu. Jeśli CLP=1 pakiet może być utracony w sytuacji natłoku. CLP=0 podnosi priorytet komórki względem utraty ale nie gwarantuje niezawodnego dostarczenia do miejsca przeznaczenia.

HEC (ang. Header Error Control) - ośmiobitowe pole protekcji przed błędami transmisji. Dzięki niemu chroniona jest zawartość całego nagłówka poprzez wykrywanie błędów i korygowanie pojedyńczych błędów.

Pole użytkownika to pole przeznaczone na informacje użytkownika o długości 48 bajtów. Wielkość pola przeznaczonego w rzeczywistości na przesyłanie informacji własciwej użytkownika zależy od zastosowanej wersji warstwy AAL.

Architektura ATM

Model protokołu ATM składa się z trzech warstw: warstwy fizycznej, warstwy ATM i warstwy adaptacji ATM. W modelu można także wyróżnić "płaszczyzny" o budowie warstwowej: płaszczyznę użytkownika, płaszczyznę sterowania oraz płaszczyznę zarządzania.

Warstwa

Warstwa fizyczna dzieli się na dwie podwarstwy:

podwarstwę PM (ang. Physical Medium Sublayer, medium fizycznego) - realizuje funkcje ściśle związane z wykorzystaniem medium transmisyjnego (transfer bitów, zarządzanie informacją synchonizującą itp, transformacja optyczno-elektryczna, kodowanie liniowe (jeśli występuje))

podwarstwę TC (ang. Transmision Convergence, zbieżności transmisji) - realizuje funkcje adaptacji strumienia pakietów do przepływu podstawowych elementów danych w fizycznym medium (obliczanie nadmiaru kodowego dla każdego pakietu i umieszczanie go w polu HEC nagłówka, weryfikacja nagłówka w odebranym pakiecie, dokonywanie skramblingu pola informacyjnego, umieszczanie pakietu w ramce transmisyjnej oraz wydzielanie pakietu z ramki transmisyjnej)

Warstwa ATM

Warstwa ATM jest zespołem funkcji niezależnych od medium transmisyjnego, dostarczających możliwości przeźroczystego transferu informacji użytkownika. Pomiędzy warstwą adaptacji ATM a warstwą ATM są przesyłane pola informacyjne pakietów tj. ciągi 48-bitowe. Podstawowymi funkcjami tej warstwy jest multipleksacja i demultipleksacja pakietów w komutatorach, tworzenie i rozpakowywanie nagłówka pakietu, realizacja doboru trasy dla pakietu, realizacja procedur sterowania przepływem.

Warstwa adaptacji ATM

Warstwa adaptacji ATM (ang. ATM Adaptation Layer) stanowi warstwę pośrednią pomiędzy warstwami wyższymi protokołu ATM a warstwą ATM. Wyróżnia się dwie podwarstwy:

podwarstwa CS (ang. Convergence Sublayer, znieżności) - podwarstwa CS zależy od wybranej usługi, jakie prowadzi poprzez punkty udostępniania usług AAL-SAP, będące adresami aplikacji.

podwarstwa SAR (ang. Segmentation And Reassembly, segmentacji i składania) - podwarstwa SAR segmentuje pakiety PDU z podwarstwy CS i składa komórki warstwy ATM w pakiety CS PDU.

Ze względu na różnorodność charakterystyk przepływu danych zostały wydzielone klasy usług, z każdą z klas związana jedna z warstw adaptacji AAL. W tabeli przedstawione są podstawowe parametry opisujące klasy usług realizowanych w środowisku szerokopasmowym przy wykorzystaniu techniki ATM.Przeprowadzenie takiej klasyfikacji jest podstawowym warunkiem realizacji polaczeń w technce ATM dla usług dowolnego typu. Warstwa AAL stanowi rodzaj "filtru", który na podstawie typu pochodzącego zgłoszenia, pomaga określić możliwości jego realizacji przy aktualnym stanie zasobów sieci oraz dostosowuje jednostki informacyjne warstw wyższych do sposobu przesyłania informacji w standardzie ATM tzn. w postaci krótkich pakietów.

Nie wszystkie kombinacje cech mają znaczenie w środowisku telekomunikacyjnym (np. usłubi realizowane w trybie bezpołączeniowym nie wymagają istnienia zależności czsowych pomiędzy komunikującymi się terminalami).

Powstała także (niezdefiniowana w tabeli) klasa X o zasadniczo różnym charakterze w stosunku do porzednich klas usług. Klasa X jest definiowana przez użytkownika i oznacza prostą transmisje komórek.

Płaszczyzny

W modelu protokołu ATM można wyróżnić następujące płaszczyzny:

płaszczy...