Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем

Московская финансово-промышленная академия

Кафедра Информационного менеджмента и электронной коммерции

Тарарук Ю.О.

Лужецкий М.Г.

Руководство по изучению дисциплины

«Интернет-технологии»

Москва, 2006

Содержание

ТЕМА 1. ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ СЕТИ ИНТЕРНЕТ. МОДЕЛЬ OSI И СТАНДАРТЫ СЕТИ ИНТЕРНЕТ.. 3

ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ПРОЧИТАЙТЕ.. 3

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПО ТЕМЕ.. 4

ТЕМА 2. ФИЗИЧЕСКИЙ И КАНАЛЬНЫЙ УРОВНИ В СЕТИ ИНТЕРНЕТ. СТАНДАРТЫ СЕРИИ IEEE 802.Х... 9

ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ПРОЧИТАЙТЕ.. 10

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПО ТЕМЕ.. 10

ТЕМА 3. СЕТЕВОЙ УРОВЕНЬ В СЕТИ ИНТЕРНЕТ: ПРОТОКОЛЫ ARP И IP 14

ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ПРОЧИТАЙТЕ.. 14

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПО ТЕМЕ.. 15

ТЕМА 4. ТРАНСПОРТНЫЙ УРОВЕНЬ. ПРОТОКОЛЫ TCP, UDP, ICMP И SNMP 22

ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ПРОЧИТАЙТЕ.. 23

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПО ТЕМЕ.. 23

ТЕМА 5. УРОВНИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРИКЛАДНОГО ПО В СЕТИ ИНТЕРНЕТ 26

ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ПРОЧИТАЙТЕ.. 26

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПО ТЕМЕ.. 27

ТЕМА 6. СЛУЖБА ДОМЕННЫХ ИМЕН (DNS). 31

ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ПРОЧИТАЙТЕ.. 31

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПО ТЕМЕ.. 32

ТЕМА 7. ИНТЕРНЕТ-ПРИЛОЖЕНИЯ И ПРОТОКОЛ HTTP. ПЕРЕДАЧА ФАЙЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОТОКОЛА FTP... 35

ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ПРОЧИТАЙТЕ.. 36

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПО ТЕМЕ.. 37

ТЕМА 8. ПРОКСИ-СЕРВЕРЫ И ТЕХНОЛОГИЯ ИХ РАБОТЫ..... 46

ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ПРОЧИТАЙТЕ.. 47

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПО ТЕМЕ.. 47

ТЕМА 9. СТАНДАРТЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЫ И СЕТЕВЫЕ ПРОТОКОЛЫ 50

ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ПРОЧИТАЙТЕ.. 50

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПО ТЕМЕ.. 51

ТЕМА 10. БЕСПРОВОДНЫЕ СЕТИ И РАЗВИТИЕ СЕТИ ИНТЕРНЕТ 2.. 56

ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ПРОЧИТАЙТЕ.. 57

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПО ТЕМЕ.. 57

ТЕМА 1. ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ СЕТИ ИНТЕРНЕТ.
МОДЕЛЬ OSI И СТАНДАРТЫ СЕТИ ИНТЕРНЕТ

В РЕЗУЛЬТАТЕ УСПЕШНОГО ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ВЫ

Узнаете:

· историю возникновения Интернета;

· сущность и основные понятия Интернета;

· преимущества использования Интернета в мировом сообществе;

· перспективы развития сети Internet;

· структуру эталонной модели OSI;

· краткое описание уровней модели OSI.

Приобретете следующие компетенции:

· умение анализировать процесс взаимодействия между компьютерными системами;

· умение использовать международный стандарт OSI при передаче данных в сфере коммуникаций.

В ПРОЦЕССЕ ОСВОЕНИЯ ТЕМЫ

АКЦЕНТИРУЙТЕ ВНИМАНИЕ

НА СЛЕДУЮЩИХ ПОНЯТИЯХ

· Internet – «Сеть сетей». Объединение компьютерных сетей. Возникла в начале 70-х годов на основе сети APRANet. В настоящее время Internet объединяет (при помощи шлюзов) более 60 тысяч независимых сетей в одну единую глобальную сеть.

· Протокол IP – Межсетевой протокол, на котором основана сеть Internet. Этот протокол обеспечивает прохождение пакетов к пункту назначения через различные сети.

· ISO – (International Standards Organization). Ассоциация национальных организаций по стандартизации, обеспечивающая разработку и поддержку глобальных стандартов в сфере коммуникаций и обмена информацией.

· OSI – (Open Systems Interconnection). Международная программа стандартизации обмена данными между компьютерными системами различных производителей.

ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ПРОЧИТАЙТЕ

1. Акимов С.В. Технологии Internet / Intranet в почтовой связи: учебное пособие / СПбГУТ. СПб, 2005. Глава 1. Введение.

2. Internet – среда обитания. С. Клименко, В. Уразметов, Russian Institute for Public Networks.

3. Эталонная сетевая модель ISO. Семенов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПО ТЕМЕ

Эпоха Internet началась с освоения космического пространства. После запуска первого искусственного космического спутника СССР, в США интенсивно начались исследования в области передачи данных. Именно тогда Министерством Обороны США была создана сеть ARPanet – прародитель существующей в данный момент сети Internet.

ARPAnet была экспериментальной сетью, она создавалась для поддержки научных исследований в военно-промышленной сфере, в частности для исследования методов построения сетей, устойчивых к частичным повреждениям, получаемым, например, при бомбардировке авиацией и способных в таких условиях продолжать нормальное функционирование. В модели ARPAnet на связывающиеся компьютеры – не только на саму сеть – также была возложена ответственность обеспечивать поддержание связи и ее налаживание.

Сеть задумывалась и проектировалась так, чтобы от пользователей не требовалось никакой информации о конкретной структуре сети. Для того чтобы послать сообщение по сети, компьютер должен поместить данные в некий «конверт», указать на этом «конверте» конкретный адрес в сети и передать получившиеся в результате этих процедур пакеты в сеть.

Международная организация по стандартизации (Organization for International Standartization – ISO) тратила годы, создавая окончательный стандарт для компьютерных сетей, но пользователи ждать не желали. Активисты Internet начали устанавливать IP-программное обеспечение на все возможные типы компьютеров. Вскоре это стало единственно приемлемым способом для связи разнородных компьютеров. Подобная схема отвечала требования правительства и университетов, которые проводят политику покупки компьютеров у различных производителей. Каждый покупал тот компьютер, который ему нравился, и вправе был ожидать, что сможет работать по сети совместно с другими компьютерами.

Примерно 10 лет спустя после появления ARPAnet появились Локальные Вычислительные Сети (LAN), например такие, как Ethernet. Одновременно появились компьютеры, которые стали называть рабочими станциями. В связи с возникновением принципиально новых задач и методов их решения появилась новая потребность: организации желали подключиться к ARPAnet своей локальной сетью. Примерно в то же время появились другие организации, которые начали создавать свои собственные сети, использующие близкие к IP коммуникационные протоколы.

Одной из важнейших среди этих новых сетей была NSFNET, разработанная по инициативе Национального научного фонда (National Science Foundation – NSF). В конце 80-х NSF создал пять суперкомпьютерных центров, сделав их доступными для использования в любых научных учреждениях. Возникла проблема связи: требовался способ соединить эти центры и предоставить доступ к ним различным пользователям. Сначала была сделана попытка использовать коммуникации ARPAnet, но это решение потерпело крах, столкнувшись с бюрократией оборонной отрасли и проблемой обеспечения персоналом. Тогда NSF решил построить свою собственную сеть, основанную на IP-технологии ARPAnet. Центры были соединены специальными телефонными линиями с пропускной способностью 56 Kbps (7 KB/s). Однако было очевидно, что не стоит даже и пытаться соединить все университеты и исследовательские организации непосредственно с центрами, т.к. проложить такое количество кабеля – не только очень дорого, но и практически невозможно. Поэтому решено было создавать сети по региональному принципу. В каждой части страны заинтересованные учреждения должны были соединиться со своими ближайшими соседями. Получившиеся цепочки подсоединялись к суперкомпьютеру в одной из своих точек, таким образом суперкомпьютерные центры были соединены вместе. В такой топологии любой компьютер мог связаться с любым другим, передавая сообщения через соседей.

Совместное использование суперкомпьютеров позволяло подключенным общинам использовать и множество других вещей, не относящихся к суперкомпьютерам. Неожиданно университеты, школы и другие организации осознали, что заимели под рукой море данных и мир пользователей. Поток сообщений в сети (трафик) нарастал все быстрее и быстрее, пока в конце концов не перегрузил управляющие сетью компьютеры и связывающие их телефонные линии. В 1987 г. контракт на управление и развитие сети был передан компании Merit Network Inc., которая занималась образовательной сетью Мичигана совместно с IBM и MCI. Старая физически сеть была заменена более быстрыми (примерно в 20 раз) телефонными линиями. Были заменены на более быстрые и сетевые управляющие машины.

Усилия NSF по развитию сети привели к тому, что любой желающий может получить доступ к сети. Прежде Internet была доступна только для исследователей в области информатики, государственным служащим и подрядчикам. NSF способствовал всеобщей доступности Internet по линии образования, вкладывая деньги в подсоединение учебного заведения к сети, только если то, в свою очередь, имело планы распространять доступ далее по округе.

Потребности продолжают расти. Большинство таких колледжей на Западе уже подсоединено к Internet, предпринимаются попытки подключить к этому процессу средние и начальные школы. Выпускники колледжей прекрасно осведомлены о преимуществах Internet и рассказывают о них своим работодателям. Вся эта деятельность приводит к непрерывному росту сети, к возникновению и решению проблем этого роста, развитию технологий и системы безопасности сети.

Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем

Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем (рис. 1) (Open System Interconnection, OSI) предложена Международной организацией по стандартизации (International Organization for Standartization, ISO). Модель ISO/OSI предполагает, что все сетевые приложения можно подразделить на семь уровней, для каждого из которых созданы свои стандарты и общие модели. В результате задача сетевого взаимодействия делится на меньшие и более легкие задачи, обеспечивается совместимость между продуктами разных производителей и упрощается разработка приложений за счет создания отдельных уровней и использования уже существующих реализаций.

Рис. 1.1. Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем

Теоретически каждый уровень должен взаимодействовать с аналогичным уровнем удаленного компьютера. На практике каждый из них, за исключением физического, взаимодействует с выше- и нижележащими уровнями – представляет услуги вышележащему и пользуется услугами нижележащего. Нужно учитывать, что в реальной ситуации на одном компьютере независимо друг от друга иногда выполняется несколько реализаций одного уровня. Например, рис. 1.1.

Конечно, модель ISO/OSI должна была появиться первой, а уже потом – все остальные разработки, созданные коммерческими, исследовательскими и стандартизирующими организациями, причем каждая – для конкретного уровня архитектуры. Но на самом деле многие технологии появились раньше семиуровневой модели. Кроме того, некоторые новые технологии, разработанные позже модели ISO/OSI, не полностью с ней совместимы. Но, несмотря на столь сложный путь развития, эта модель обеспечивает достаточную совместимость.

Физический уровень.

Физический уровень описывает физические свойства (например, электромеханические характеристики) среды и сигналов, переносящих информацию. Это физические характеристики кабелей и разъемов, уровни напряжения и электрического сопротивления и т. д., в том числе, например, спецификация кабеля «неэкранированная витая пара» (unshielded twisted pair, UTP).

Канальный уровень.

Канальный уровень обеспечивает перенос данных по физической среде. Он делится на два подуровня: управления логическим каналом (logical link control, LLC) и управления доступом к среде (media access control, MAC). Такое деление позволяет одному уровню LLC использовать различные реализации уровня MAC. Уровень MAC работает с применяемыми в Ethernet и TokenRing физическими адресами, которые «вшиты» в сетевые адаптеры их производителями.

Сетевой уровень.

Сетевой уровень работает с логическими адресами. Он обеспечивает подключение и маршрутизацию между двумя узлами сети. Сетевой уровень предоставляет транспортному уровню услуги с установлением логического соединения (connection-oriented) или без установления логического соединения (connectionless). Одна из основных функций сетевого уровня – маршрутизация.

Транспортный уровень.

Транспортный управляет передачей пакетов и обеспечивает их целостность (обнаруживает и устраняет ошибки; укрупняет / разукрупняет пакеты данных; устанавливает приоритеты при передаче; восстанавливает пакеты, потерянные нижними уровнями протоколов; предоставляет приоритеты при передачи блоков). Различают сегментирующие протоколы транспортного уровня, разбивающие исходное сообщение на блоки данных транспортного уровня, и датаграммные протоколы транспортного уровня, отправляющие сообщение одним куском (датаграммой).

Сеансовый уровень.

Сеансовый уровень обеспечивает установление и разрыв сеансов и управление ими. Сеансом называют логическое соединение между двумя конечными пунктами. Использование сеансового уровня не всегда необходимо; например, если приложения применяют модель передачи данных без установления логического соединения, то протокол сеансового уровня абсолютно не нужен. Сеансовый уровень следит также за очередностью передачи данных. Эту функцию называют «управление диалогом» (dailog management). Примеры протоколов сеансового, представительного и прикладного уровней – SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), FTP (File Transfer Protocol) и Telnet.

Представительный уровень.

Представительный уровень позволяет двум стекам протоколов «договориться» о синтаксисе (представлении) передаваемых друг другу данных. Поскольку гарантий одинакового представления информации нет, то этот уровень при необходимости переводит данные из одного вида в другой.

Прикладной уровень.

Прикладной уровень – высший в модели ISO/OSI. На этом уровне выполняются конкретные приложения, которые пользуются услугами представительного уровня (и косвенно – всех остальных). Это может быть обмен электронной почтой, пересылка файлов или любое сетевое приложение.