Các lớp vận chuyển mạng liên kết vật lý trong mô hình OSI. Mô hình tham chiếu OSI

Chỉ vì một giao thức là một thỏa thuận được chấp nhận bởi hai thực thể tương tác, trong trường hợp này là hai máy tính hoạt động trên một mạng, không có nghĩa là nó nhất thiết phải là tiêu chuẩn. Nhưng trong thực tế, khi triển khai mạng, người ta thường sử dụng giao thức chuẩn. Chúng có thể mang nhãn hiệu, quốc gia hoặc tiêu chuẩn quốc tế.

Vào đầu những năm 80, một số tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế - ISO, ITU-T và một số tổ chức khác - đã phát triển một mô hình đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển mạng lưới. Mô hình này được gọi là mô hình ISO/OSI.

Mô hình tương tác hệ thống mở (Kết nối hệ thống mở, OSI) xác định các mức độ tương tác khác nhau giữa các hệ thống trong mạng chuyển mạch gói, đặt cho chúng những tên tiêu chuẩn và chỉ định những chức năng mà mỗi lớp sẽ thực hiện.

Mô hình OSI được phát triển dựa trên kinh nghiệm sâu rộng thu được từ việc tạo ra các mạng máy tính, chủ yếu là mạng toàn cầu, vào những năm 70. Mô tả đầy đủ về mô hình này chiếm hơn 1000 trang văn bản.

Trong mô hình OSI (Hình 11.6), phương tiện truyền thông được chia thành bảy cấp độ: ứng dụng, tiêu biểu, phiên, truyền tải, mạng, kênh và vật lý. Mỗi lớp xử lý một khía cạnh cụ thể của tương tác thiết bị mạng.

Cơm. 11.6.

Mô hình OSI chỉ mô tả các giao tiếp hệ thống được thực hiện bởi hệ điều hành, tiện ích hệ thống và phần cứng. Mô hình này không bao gồm các phương tiện tương tác với ứng dụng của người dùng cuối. Các ứng dụng thực hiện các giao thức truyền thông của riêng chúng bằng cách truy cập các công cụ hệ thống. Vì vậy, cần phân biệt mức độ tương tác giữa các ứng dụng và lớp ứng dụng.

Cũng cần lưu ý rằng ứng dụng có thể đảm nhận chức năng của một số lớp trên của mô hình OSI. Ví dụ: một số DBMS có các công cụ tích hợp Truy cập từ xa tới các tập tin. Trong trường hợp này, ứng dụng không sử dụng dịch vụ tệp hệ thống khi truy cập tài nguyên từ xa; nó bỏ qua các lớp trên của mô hình OSI và truy cập trực tiếp vào các cơ sở hệ thống chịu trách nhiệm về vận tải tin nhắn qua mạng, được đặt ở các cấp độ thấp hơn của mô hình OSI.

Vì vậy, giả sử một ứng dụng đưa ra yêu cầu tới lớp ứng dụng, chẳng hạn như dịch vụ tệp. Dựa trên yêu cầu này, phần mềm cấp ứng dụng sẽ tạo ra một thông báo ở định dạng chuẩn. Một thông báo điển hình bao gồm tiêu đề và trường dữ liệu. Tiêu đề chứa thông tin dịch vụ phải được chuyển qua mạng đến lớp ứng dụng của máy đích để cho nó biết công việc cần phải thực hiện. Trong trường hợp của chúng tôi, tiêu đề rõ ràng phải chứa thông tin về vị trí của tệp và loại thao tác cần được thực hiện. Trường dữ liệu tin nhắn có thể trống hoặc chứa một số dữ liệu, chẳng hạn như dữ liệu cần được ghi vào điều khiển từ xa. Nhưng để đưa thông tin này đến đích, vẫn còn nhiều nhiệm vụ cần giải quyết, trách nhiệm này thuộc về các cấp thấp hơn.

Sau khi tạo tin nhắn lớp ứng dụng gửi nó xuống ngăn xếp cấp độ đại diện. Giao thức cấp độ đại diện dựa trên thông tin nhận được từ tiêu đề cấp ứng dụng, thực hiện các hành động được yêu cầu và thêm thông tin dịch vụ của chính nó vào thông báo - tiêu đề cấp độ đại diện, trong đó có chứa các hướng dẫn cho giao thức cấp độ đại diện máy đích. Thông báo kết quả được truyền lại cấp độ phiên, từ đó thêm tiêu đề của nó, v.v. (Một số giao thức đặt thông tin dịch vụ không chỉ ở đầu tin nhắn dưới dạng tiêu đề mà còn ở cuối, dưới dạng cái gọi là “đoạn giới thiệu”.) Cuối cùng, tin nhắn đến cuối cùng, trình độ thể chất, trên thực tế, nó truyền nó qua đường liên lạc đến máy nhận. Tại thời điểm này, tin nhắn đã “phát triển quá mức” với các tiêu đề ở mọi cấp độ (

Để cung cấp sự thể hiện thống nhất dữ liệu trong các mạng với các thiết bị và phần mềm không đồng nhất, tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO (Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế) đã phát triển một mô hình cơ bản cho giao tiếp hệ thống mở OSI (Kết nối hệ thống mở). Mô hình này mô tả các quy tắc và thủ tục truyền dữ liệu trong các môi trường mạng khác nhau khi tổ chức phiên giao tiếp. Các thành phần chính của mô hình là các lớp, quy trình ứng dụng và kết nối vật lý. Trong bộ lễ phục. Hình 1.10 thể hiện cấu trúc của mô hình cơ bản.

Mỗi lớp của mô hình OSI thực hiện một nhiệm vụ cụ thể trong quá trình truyền dữ liệu qua mạng. Mô hình cơ bản là cơ sở để phát triển các giao thức mạng. OSI chia các chức năng giao tiếp mạng thành bảy lớp, mỗi lớp phục vụ các phần khác nhau của quá trình kết nối các hệ thống mở.

Mô hình OSI chỉ mô tả giao tiếp hệ thống chứ không mô tả các ứng dụng của người dùng cuối. Các ứng dụng thực hiện các giao thức truyền thông của riêng mình bằng cách truy cập các cơ sở hệ thống.

Cơm. 1.10. mô hình OSI

Nếu một ứng dụng có thể đảm nhận các chức năng của một số lớp trên của mô hình OSI thì để trao đổi dữ liệu, nó sẽ truy cập trực tiếp vào các công cụ hệ thống thực hiện các chức năng của các lớp thấp hơn còn lại của mô hình OSI.

Tương tác của các lớp mô hình OSI

Mô hình OSI có thể được chia thành hai mô hình khác nhau, như trong Hình 2. 1.11:

Mô hình dựa trên giao thức ngang cung cấp cơ chế tương tác giữa các chương trình và quy trình trên các máy khác nhau;

Mô hình dọc dựa trên các dịch vụ được cung cấp bởi các lớp liền kề với nhau trên cùng một máy.

Mỗi lớp của máy tính gửi tương tác với cùng một lớp của máy tính nhận như thể nó được kết nối trực tiếp. Kết nối như vậy được gọi là kết nối logic hoặc kết nối ảo. Trong thực tế, sự tương tác xảy ra giữa các cấp độ liền kề của một máy tính.

Vì vậy, thông tin trên máy gửi phải trải qua tất cả các cấp độ. Sau đó, nó được truyền qua môi trường vật lý đến máy tính nhận và lại đi qua tất cả các lớp cho đến khi đạt đến cùng mức mà nó được gửi đến máy tính gửi.

Trong mô hình ngang, hai chương trình yêu cầu một giao thức chung để trao đổi dữ liệu. Trong mô hình dọc, các lớp liền kề trao đổi dữ liệu bằng Giao diện lập trình ứng dụng (API).

Cơm. 1.11. Sơ đồ tương tác máy tính trong Mô hình tham chiếu cơ bản OSI

Trước khi được gửi tới mạng, dữ liệu được chia thành các gói. Gói là một đơn vị thông tin được truyền giữa các trạm mạng.

Khi gửi dữ liệu, gói sẽ chuyển tuần tự qua tất cả các lớp phần mềm. Ở mỗi cấp độ, thông tin điều khiển ở cấp độ này (tiêu đề) được thêm vào gói, điều này cần thiết để truyền dữ liệu thành công qua mạng, như trong Hình 2. 1.12, trong đó Zag là tiêu đề của gói, Con là phần cuối của gói.

Ở đầu nhận, gói đi qua tất cả các lớp theo thứ tự ngược lại. Ở mỗi lớp, giao thức ở lớp đó đọc thông tin gói, sau đó loại bỏ thông tin được bên gửi thêm vào gói ở lớp đó và chuyển gói đến lớp tiếp theo. Khi gói đến Lớp ứng dụng, tất cả thông tin điều khiển sẽ bị xóa khỏi gói và dữ liệu sẽ trở về dạng ban đầu.

Cơm. 1.12. Hình thành gói từng cấp của mô hình bảy cấp

Mỗi cấp độ của mô hình thực hiện chức năng riêng của mình. Cấp độ càng cao thì vấn đề giải quyết càng phức tạp.

Thật thuận tiện khi coi các lớp riêng lẻ của mô hình OSI là các nhóm chương trình được thiết kế để thực hiện các chức năng cụ thể. Ví dụ, một lớp chịu trách nhiệm cung cấp chuyển đổi dữ liệu từ ASCII sang EBCDIC và chứa các chương trình cần thiết để thực hiện nhiệm vụ này.

Mỗi lớp cung cấp một dịch vụ cho lớp trên nó, lần lượt yêu cầu dịch vụ từ lớp bên dưới nó. Các lớp trên yêu cầu dịch vụ theo cách gần như giống nhau: theo quy tắc, đây là yêu cầu định tuyến một số dữ liệu từ mạng này sang mạng khác. Việc triển khai thực tế các nguyên tắc đánh địa chỉ dữ liệu được giao cho các cấp thấp hơn. Trong bộ lễ phục. 1.13 cung cấp mô tả ngắn gọn về chức năng của tất cả các cấp.

Cơm. 1.13. Chức năng của các lớp mô hình OSI

Mô hình đang được xem xét xác định sự tương tác của các hệ thống mở từ các nhà sản xuất khác nhau trong cùng một mạng. Vì vậy, cô thực hiện các hành động phối hợp cho họ về:

Tương tác của các quy trình ứng dụng;

Biểu mẫu trình bày dữ liệu;

Lưu trữ dữ liệu thống nhất;

Quản lý tài nguyên mạng;

Bảo mật dữ liệu và bảo vệ thông tin;

Chẩn đoán chương trình và phần cứng.

Lớp ứng dụng

Lớp ứng dụng cung cấp cho các quy trình ứng dụng một phương tiện truy cập vào khu vực tương tác, là cấp cao nhất (thứ bảy) và liền kề trực tiếp với các quy trình ứng dụng.

Trong thực tế, lớp ứng dụng là một tập hợp các giao thức khác nhau thông qua đó người dùng mạng truy cập các tài nguyên được chia sẻ, chẳng hạn như các tệp, máy in hoặc các trang Web siêu văn bản và cũng tổ chức sự cộng tác của họ, ví dụ như sử dụng giao thức thư điện tử. Các thành phần dịch vụ ứng dụng đặc biệt cung cấp dịch vụ cho các chương trình ứng dụng cụ thể, chẳng hạn như chương trình truyền tệp và chương trình mô phỏng thiết bị đầu cuối. Ví dụ: nếu một chương trình cần truyền tệp, thì giao thức truyền, truy cập và quản lý tệp FTAM (Truyền tệp, truy cập và quản lý) sẽ được sử dụng. Trong mô hình OSI, một chương trình ứng dụng cần thực hiện một tác vụ cụ thể (ví dụ: cập nhật cơ sở dữ liệu trên máy tính) sẽ gửi dữ liệu cụ thể dưới dạng Datagram đến lớp ứng dụng. Một trong những nhiệm vụ chính của lớp này là xác định cách xử lý yêu cầu ứng dụng, nói cách khác, yêu cầu sẽ có dạng nào.

Đơn vị dữ liệu mà lớp ứng dụng hoạt động thường được gọi là thông báo.

Lớp ứng dụng thực hiện các chức năng sau:

1. Thực hiện các loại công việc.

Chuyển tập tin;

Quản lý công việc;

Quản lý hệ thống, v.v.;

2. Nhận dạng người dùng bằng mật khẩu, địa chỉ, chữ ký điện tử;

3. Xác định các thuê bao đang hoạt động và khả năng truy cập vào các quy trình ứng dụng mới;

4. Xác định mức độ đầy đủ của các nguồn lực sẵn có;

5. Tổ chức yêu cầu kết nối với các tiến trình ứng dụng khác;

6. Chuyển đơn đăng ký sang cấp đại diện đối với các phương pháp mô tả thông tin cần thiết;

7. Lựa chọn các thủ tục đối thoại theo kế hoạch trong các quá trình;

8. Quản lý dữ liệu trao đổi giữa các tiến trình ứng dụng và đồng bộ hóa tương tác giữa các tiến trình ứng dụng;

9. Xác định chất lượng dịch vụ (thời gian phân phối khối dữ liệu, tỷ lệ lỗi chấp nhận được);

10. Thỏa thuận sửa lỗi và xác định độ tin cậy của dữ liệu;

11. Phối hợp các hạn chế áp đặt cho cú pháp (bộ ký tự, cấu trúc dữ liệu).

Các chức năng này xác định các loại dịch vụ mà lớp ứng dụng cung cấp cho các tiến trình ứng dụng. Ngoài ra, lớp ứng dụng chuyển sang ứng dụng xử lý các dịch vụ được cung cấp bởi các lớp vật lý, liên kết, mạng, vận chuyển, phiên và trình bày.

Ở cấp độ ứng dụng, cần cung cấp cho người dùng thông tin đã được xử lý. Phần mềm hệ thống và người dùng có thể xử lý việc này.

Lớp ứng dụng chịu trách nhiệm truy cập ứng dụng vào mạng. Nhiệm vụ của lớp này là truyền tệp, trao đổi email và quản lý mạng.

Các giao thức phổ biến nhất trong ba lớp trên cùng bao gồm:

Giao thức truyền tệp FTP (Giao thức truyền tệp);

TFTP (Giao thức truyền tệp tầm thường) là giao thức truyền tệp đơn giản nhất;

Email X.400;

Telnet hoạt động với thiết bị đầu cuối từ xa;

SMTP (Giao thức truyền thư đơn giản) là một giao thức trao đổi thư đơn giản;

Giao thức quản lý thông tin chung CMIP (Common Management Information Protocol);

SLIP (Serial Line IP) IP cho các dòng nối tiếp. Giao thức truyền dữ liệu nối tiếp theo từng ký tự;

SNMP (Giao thức quản lý mạng đơn giản) là giao thức quản lý mạng đơn giản;

Giao thức FTAM (Truyền, Truy cập và Quản lý Tệp) để truyền, truy cập và quản lý tệp.

Lớp trình bày

Các chức năng của cấp độ này là trình bày dữ liệu được truyền giữa các quy trình ứng dụng theo biểu mẫu được yêu cầu.

Lớp này đảm bảo rằng thông tin được truyền tải bởi lớp ứng dụng sẽ được lớp ứng dụng trong hệ thống khác hiểu được. Nếu cần thiết, lớp trình bày, tại thời điểm truyền thông tin, sẽ chuyển đổi các định dạng dữ liệu thành một số định dạng trình bày phổ biến và tại thời điểm nhận, theo đó, sẽ thực hiện chuyển đổi ngược lại. Bằng cách này, các lớp ứng dụng có thể khắc phục được sự khác biệt về cú pháp trong cách biểu diễn dữ liệu. Tình huống này có thể phát sinh trên mạng LAN có nhiều loại máy tính khác nhau (IBM PC và Macintosh) cần trao đổi dữ liệu. Vì vậy, trong các trường cơ sở dữ liệu, thông tin phải được trình bày dưới dạng chữ cái, số và thường ở dạng hình ảnh đồ họa. Dữ liệu này cần được xử lý, ví dụ, dưới dạng số dấu phẩy động.

Cơ sở để trình bày dữ liệu chung là hệ thống ASN.1, thống nhất cho tất cả các cấp độ của mô hình. Hệ thống này dùng để mô tả cấu trúc tệp và cũng giải quyết vấn đề mã hóa dữ liệu. Ở cấp độ này, việc mã hóa và giải mã dữ liệu có thể được thực hiện, nhờ đó tính bí mật trao đổi dữ liệu được đảm bảo cho tất cả các dịch vụ ứng dụng cùng một lúc. Một ví dụ về giao thức như vậy là giao thức Lớp cổng bảo mật (SSL), cung cấp thông điệp an toàn cho các giao thức lớp ứng dụng trong ngăn xếp TCP/IP. Cấp độ này cung cấp khả năng chuyển đổi dữ liệu (mã hóa, nén, v.v.) của lớp ứng dụng thành luồng thông tin cho lớp vận chuyển.

Cấp đại diện thực hiện các chức năng chính sau:

1. Tạo yêu cầu thiết lập phiên tương tác giữa các tiến trình ứng dụng.

2. Phối hợp trình bày dữ liệu giữa các quy trình ứng dụng.

3. Thực hiện các biểu mẫu trình bày dữ liệu.

4. Trình bày tài liệu đồ họa (hình vẽ, hình ảnh, sơ đồ).

5. Phân loại dữ liệu.

6. Truyền yêu cầu kết thúc phiên.

Các giao thức của lớp trình bày thường là một phần không thể thiếu của các giao thức ở ba lớp trên cùng của mô hình.

Lớp phiên

Lớp phiên là lớp xác định quy trình tiến hành các phiên giữa người dùng hoặc quy trình ứng dụng.

Lớp phiên cung cấp khả năng quản lý cuộc hội thoại để ghi lại bên nào hiện đang hoạt động và cũng cung cấp phương tiện đồng bộ hóa. Cái sau cho phép chèn các điểm kiểm tra vào các lần chuyển dài, để trong trường hợp xảy ra lỗi, bạn có thể quay lại điểm kiểm tra cuối cùng thay vì bắt đầu lại từ đầu. Trong thực tế, rất ít ứng dụng sử dụng lớp phiên và hiếm khi được triển khai.

Lớp phiên kiểm soát việc truyền thông tin giữa các tiến trình ứng dụng, điều phối việc tiếp nhận, truyền tải và phân phối một phiên giao tiếp. Ngoài ra, lớp phiên còn chứa các chức năng quản lý mật khẩu, quản lý hội thoại, đồng bộ hóa và hủy liên lạc trong phiên truyền sau khi bị lỗi do lỗi ở các lớp thấp hơn. Chức năng của cấp độ này là điều phối giao tiếp giữa hai chương trình ứng dụng chạy trên các máy trạm khác nhau. Điều này xảy ra dưới hình thức một cuộc đối thoại có cấu trúc tốt. Các chức năng này bao gồm tạo phiên, quản lý việc gửi và nhận các gói tin trong phiên và kết thúc phiên.

Ở cấp độ phiên, nó được xác định việc chuyển giao sẽ diễn ra như thế nào giữa hai quy trình ứng dụng:

Half-duplex (các tiến trình sẽ lần lượt truyền và nhận dữ liệu);

Duplex (các tiến trình sẽ truyền và nhận dữ liệu cùng một lúc).

Ở chế độ bán song công, lớp phiên sẽ cấp mã thông báo dữ liệu cho quá trình bắt đầu quá trình truyền. Khi đến lúc quy trình thứ hai phản hồi, mã thông báo dữ liệu sẽ được chuyển đến quy trình đó. Lớp phiên chỉ cho phép truyền tới bên có mã thông báo dữ liệu.

Lớp phiên cung cấp các chức năng sau:

1. Thiết lập và chấm dứt ở cấp phiên kết nối giữa các hệ thống tương tác.

2. Thực hiện trao đổi dữ liệu bình thường và khẩn cấp giữa các quy trình ứng dụng.

3. Quản lý tương tác giữa các tiến trình ứng dụng.

4. Đồng bộ hóa các kết nối phiên.

5. Thông báo quá trình xử lý hồ sơ về các trường hợp đặc biệt.

6. Đặt dấu trong quá trình ứng dụng cho phép, sau khi xảy ra lỗi hoặc sai sót, khôi phục việc thực thi của nó từ điểm gần nhất.

7. Làm gián đoạn quá trình đăng ký khi cần thiết và tiếp tục lại nó một cách chính xác.

8. Chấm dứt phiên mà không mất dữ liệu.

9. Truyền tải các thông điệp đặc biệt về tiến trình của phiên họp.

Lớp phiên chịu trách nhiệm tổ chức các phiên trao đổi dữ liệu giữa các máy cuối. Các giao thức lớp phiên thường là một thành phần của ba lớp trên cùng của mô hình.

Lớp vận chuyển

Lớp vận chuyển được thiết kế để truyền các gói qua mạng truyền thông. Ở lớp vận chuyển, các gói được chia thành các khối.

Trên đường đi từ người gửi đến người nhận, các gói tin có thể bị hỏng hoặc bị thất lạc. Mặc dù một số ứng dụng có cách xử lý lỗi riêng, nhưng có những ứng dụng khác lại thích xử lý kết nối đáng tin cậy ngay lập tức. Công việc của lớp vận chuyển là đảm bảo rằng các ứng dụng hoặc các lớp trên của mô hình (ứng dụng và phiên) truyền dữ liệu với mức độ tin cậy mà chúng yêu cầu. Mô hình OSI xác định năm loại dịch vụ được cung cấp bởi lớp vận chuyển. Các loại dịch vụ này được phân biệt bởi chất lượng dịch vụ được cung cấp: tính khẩn cấp, khả năng khôi phục liên lạc bị gián đoạn, tính sẵn có của các phương tiện để ghép nhiều kết nối giữa các giao thức ứng dụng khác nhau thông qua một giao thức truyền tải chung và quan trọng nhất là khả năng phát hiện và sửa các lỗi truyền dẫn như méo, mất và sao chép gói tin.

Lớp vận chuyển xác định địa chỉ của các thiết bị vật lý (hệ thống, bộ phận của chúng) trong mạng. Lớp này đảm bảo việc phân phối các khối thông tin đến người nhận và kiểm soát việc phân phối này. Nhiệm vụ chính của nó là cung cấp các hình thức truyền thông tin hiệu quả, thuận tiện và đáng tin cậy giữa các hệ thống. Khi có nhiều gói được xử lý, lớp vận chuyển sẽ kiểm soát thứ tự các gói được xử lý. Nếu một bản sao của tin nhắn đã nhận trước đó đi qua, lớp này sẽ nhận ra điều này và bỏ qua tin nhắn đó.

Chức năng của lớp vận chuyển bao gồm:

1. Kiểm soát việc truyền tải qua mạng và đảm bảo tính toàn vẹn của các khối dữ liệu.

2. Phát hiện sai sót, loại bỏ một phần sai sót và báo cáo những sai sót chưa được khắc phục.

3. Khôi phục đường truyền sau những hỏng hóc, trục trặc.

4. Mở rộng hoặc chia khối dữ liệu.

5. Cung cấp các ưu tiên khi chuyển khối (bình thường hoặc khẩn cấp).

6. Xác nhận chuyển khoản.

7. Loại bỏ các khối trong trường hợp mạng bị bế tắc.

Bắt đầu từ lớp vận chuyển, tất cả các giao thức cấp cao hơn đều được triển khai trong phần mềm, thường có trong hệ điều hành mạng.

Các giao thức lớp vận chuyển phổ biến nhất bao gồm:

Giao thức điều khiển truyền TCP (Transmission Control Protocol) của ngăn xếp TCP/IP;

Giao thức gói dữ liệu người dùng UDP (Giao thức gói dữ liệu người dùng) của ngăn xếp TCP/IP;

NCP (NetWare Core Protocol) giao thức cơ bản của mạng NetWare;

SPX (Sequenced Packet eXchange) trao đổi có trật tự các gói ngăn xếp Novell;

TP4 (Giao thức truyền) - giao thức truyền lớp 4.

Lớp mạng

Cấp độ mạng đảm bảo việc bố trí các kênh kết nối hệ thống thuê bao và quản trị thông qua mạng truyền thông, lựa chọn tuyến đường nhanh nhất và đáng tin cậy nhất.

Lớp mạng thiết lập giao tiếp trong mạng máy tính giữa hai hệ thống và đảm bảo việc đặt các kênh ảo giữa chúng. Kênh ảo hoặc logic là chức năng của các thành phần mạng tạo ra ảo giác về các thành phần tương tác đặt đường dẫn cần thiết giữa chúng. Ngoài ra, lớp mạng còn báo cáo lỗi cho lớp vận chuyển. Thông điệp lớp mạng thường được gọi là gói. Chúng chứa các mẩu dữ liệu. Lớp mạng chịu trách nhiệm về địa chỉ và phân phối của chúng.

Tìm đường dẫn tốt nhất để truyền dữ liệu được gọi là định tuyến và giải pháp của nó là nhiệm vụ chính của lớp mạng. Vấn đề này phức tạp bởi thực tế là con đường ngắn nhất không phải lúc nào cũng là con đường tốt nhất. Thông thường tiêu chí để chọn tuyến đường là thời gian truyền dữ liệu dọc theo tuyến đường này; nó phụ thuộc vào dung lượng của các kênh liên lạc và cường độ lưu lượng truy cập, có thể thay đổi theo thời gian. Một số thuật toán định tuyến cố gắng thích ứng với những thay đổi về tải, trong khi những thuật toán khác đưa ra quyết định dựa trên mức trung bình dài hạn. Tuyến đường có thể được lựa chọn dựa trên các tiêu chí khác, ví dụ như độ tin cậy truyền dẫn.

Giao thức lớp liên kết đảm bảo việc phân phối dữ liệu giữa bất kỳ nút nào chỉ trong mạng có cấu trúc liên kết tiêu chuẩn phù hợp. Đây là một hạn chế rất nghiêm ngặt không cho phép xây dựng các mạng có cấu trúc phát triển, chẳng hạn như mạng kết hợp nhiều mạng doanh nghiệp thành một mạng duy nhất hoặc các mạng có độ tin cậy cao trong đó có các kết nối dự phòng giữa các nút.

Do đó, trong mạng, việc phân phối dữ liệu được điều chỉnh bởi lớp liên kết dữ liệu, nhưng việc phân phối dữ liệu giữa các mạng được xử lý bởi lớp mạng. Khi tổ chức phân phối gói ở cấp độ mạng, khái niệm số mạng được sử dụng. Trong trường hợp này, địa chỉ của người nhận bao gồm số mạng và số máy tính trên mạng này.

Các mạng được kết nối với nhau bằng các thiết bị đặc biệt gọi là bộ định tuyến. Bộ định tuyến là một thiết bị thu thập thông tin về cấu trúc liên kết của các kết nối mạng và dựa trên thông tin đó, chuyển tiếp các gói lớp mạng đến mạng đích. Để truyền tin nhắn từ người gửi trên một mạng đến người nhận trên mạng khác, bạn cần thực hiện một số lần chuyển tuyến (bước nhảy) giữa các mạng, mỗi lần chọn tuyến thích hợp. Vì vậy, tuyến đường là một chuỗi các bộ định tuyến mà gói tin đi qua.

Lớp mạng chịu trách nhiệm phân chia người dùng thành các nhóm và định tuyến các gói dựa trên việc dịch địa chỉ MAC sang địa chỉ mạng. Lớp mạng cũng cung cấp khả năng truyền các gói trong suốt đến lớp vận chuyển.

Lớp mạng thực hiện các chức năng sau:

1. Tạo kết nối mạng và xác định cổng của chúng.

2. Phát hiện và sửa lỗi phát sinh trong quá trình truyền qua mạng truyền thông.

3. Kiểm soát luồng gói.

4. Tổ chức (thứ tự) chuỗi các gói tin.

5. Định tuyến và chuyển mạch.

6. Phân đoạn và hợp nhất các gói.

Ở cấp độ mạng, hai loại giao thức được xác định. Loại đầu tiên đề cập đến định nghĩa về các quy tắc truyền gói dữ liệu của nút cuối từ nút đến bộ định tuyến và giữa các bộ định tuyến. Đây là những giao thức thường được nhắc đến khi mọi người nói về các giao thức lớp mạng. Tuy nhiên, một loại giao thức khác, được gọi là giao thức trao đổi thông tin định tuyến, thường được đưa vào lớp mạng. Bằng cách sử dụng các giao thức này, bộ định tuyến sẽ thu thập thông tin về cấu trúc liên kết của các kết nối mạng.

Các giao thức lớp mạng được triển khai bởi các mô-đun phần mềm hệ điều hành, cũng như phần mềm và phần cứng bộ định tuyến.

Các giao thức được sử dụng phổ biến nhất ở cấp độ mạng là:

IP (Giao thức Internet) Giao thức Internet, giao thức mạng của ngăn xếp TCP/IP cung cấp thông tin địa chỉ và định tuyến;

IPX (Trao đổi gói Internetwork) là một giao thức trao đổi gói liên mạng được thiết kế để đánh địa chỉ và định tuyến các gói trên mạng Novell;

X.25 là tiêu chuẩn quốc tế cho truyền thông chuyển mạch gói toàn cầu (được triển khai một phần ở Lớp 2);

CLNP (Giao thức mạng ít kết nối) là giao thức mạng không kết nối.

Lớp liên kết dữ liệu

Đơn vị thông tin ở lớp liên kết là khung. Khung là một cấu trúc được tổ chức hợp lý để có thể đặt dữ liệu vào đó. Công việc của lớp liên kết là truyền các khung từ lớp mạng đến lớp vật lý.

Lớp vật lý chỉ đơn giản là truyền bit. Điều này không tính đến việc trong một số mạng trong đó các đường truyền thông được sử dụng luân phiên bởi một số cặp máy tính tương tác, môi trường truyền dẫn vật lý có thể bị chiếm dụng. Do đó, một trong những nhiệm vụ của lớp liên kết là kiểm tra tính khả dụng của môi trường truyền dẫn. Một nhiệm vụ khác của lớp liên kết là thực hiện các cơ chế phát hiện và sửa lỗi.

Lớp liên kết đảm bảo rằng mỗi khung được truyền chính xác bằng cách đặt một chuỗi bit đặc biệt ở đầu và cuối mỗi khung để đánh dấu nó, đồng thời tính toán tổng kiểm tra bằng cách tính tổng tất cả các byte của khung theo một cách nhất định và thêm tổng kiểm tra vào khung. Khi khung đến, người nhận lại tính toán tổng kiểm tra của dữ liệu nhận được và so sánh kết quả với tổng kiểm tra từ khung. Nếu chúng khớp nhau, khung được coi là chính xác và được chấp nhận. Nếu tổng kiểm tra không khớp, một lỗi sẽ được ghi lại.

Nhiệm vụ của lớp liên kết là lấy các gói đến từ lớp mạng và chuẩn bị cho việc truyền, đặt chúng vào một khung có kích thước phù hợp. Lớp này chịu trách nhiệm xác định nơi khối bắt đầu và kết thúc, cũng như phát hiện lỗi truyền tải.

Ở cùng cấp độ, các quy tắc sử dụng lớp vật lý của các nút mạng được xác định. Biểu diễn điện của dữ liệu trên mạng LAN (bit dữ liệu, phương pháp mã hóa dữ liệu và mã thông báo) được nhận dạng ở cấp độ này và chỉ ở cấp độ này. Đây là nơi phát hiện và sửa lỗi (bằng cách yêu cầu truyền lại dữ liệu).

Lớp liên kết dữ liệu cung cấp việc tạo, truyền và nhận các khung dữ liệu. Lớp này phục vụ các yêu cầu từ lớp mạng và sử dụng dịch vụ lớp vật lý để nhận và truyền gói tin. Các thông số kỹ thuật của IEEE 802.X chia lớp liên kết dữ liệu thành hai lớp con:

Kiểm soát liên kết logic LLC (Kiểm soát liên kết logic) cung cấp khả năng kiểm soát giao tiếp hợp lý. Lớp con LLC cung cấp các dịch vụ lớp mạng và liên quan đến việc truyền và nhận các bản tin của người dùng.

Kiểm soát truy cập phương tiện MAC (Kiểm soát đánh giá phương tiện). Lớp con MAC điều chỉnh quyền truy cập vào phương tiện vật lý dùng chung (chuyển mã thông báo hoặc phát hiện xung đột hoặc xung đột) và kiểm soát quyền truy cập vào kênh liên lạc. Lớp con LLC nằm phía trên lớp con MAC.

Lớp liên kết dữ liệu xác định việc truy cập phương tiện và điều khiển truyền tải thông qua thủ tục truyền dữ liệu qua kênh.

Khi khối dữ liệu được truyền lớn, lớp liên kết sẽ chia chúng thành các khung và truyền các khung đó dưới dạng chuỗi.

Khi nhận khung, lớp sẽ hình thành các khối dữ liệu được truyền từ chúng. Kích thước của khối dữ liệu phụ thuộc vào phương thức truyền và chất lượng của kênh mà nó được truyền.

Trong mạng cục bộ, các giao thức lớp liên kết được sử dụng bởi máy tính, cầu nối, bộ chuyển mạch và bộ định tuyến. Trong máy tính, các chức năng của lớp liên kết được thực hiện thông qua nỗ lực chung của các bộ điều hợp mạng và trình điều khiển của chúng.

Lớp liên kết dữ liệu có thể thực hiện các loại chức năng sau:

1. Tổ chức (thiết lập, quản lý, chấm dứt) kết nối luồng và xác định cảng của mình.

2. Tổ chức và điều động nhân sự.

3. Phát hiện và sửa lỗi.

4. Quản lý luồng dữ liệu.

5. Đảm bảo tính minh bạch của các kênh logic (truyền dữ liệu được mã hóa theo bất kỳ cách nào thông qua chúng).

Các giao thức được sử dụng phổ biến nhất ở lớp liên kết dữ liệu bao gồm:

Giao thức điều khiển liên kết dữ liệu cấp cao HDLC (Điều khiển liên kết dữ liệu cấp cao) cho các kết nối nối tiếp;

IEEE 802.2 LLC (Loại I và Loại II) cung cấp MAC cho môi trường 802.x;

Công nghệ mạng Ethernet theo chuẩn IEEE 802.3 dành cho các mạng sử dụng cấu trúc liên kết bus và đa truy cập với tính năng nghe tần số sóng mang và phát hiện xung đột;

Token ring là công nghệ mạng theo tiêu chuẩn IEEE 802.5, sử dụng cấu trúc liên kết vòng và phương thức truy cập vòng bằng cách truyền mã thông báo;

FDDI (Fiber Distributed Date Interface Station) là công nghệ mạng theo chuẩn IEEE 802.6 sử dụng phương tiện truyền thông cáp quang;

X.25 là tiêu chuẩn quốc tế dành cho truyền thông chuyển mạch gói toàn cầu;

Mạng chuyển tiếp khung được tổ chức bằng công nghệ X25 và ISDN.

Lớp vật lý

Lớp vật lý được thiết kế để giao tiếp với các phương tiện truyền thông vật lý. Kết nối vật lý là một tập hợp các phương tiện vật lý, phần cứng và phần mềm cho phép truyền tín hiệu giữa các hệ thống.

Môi trường vật chất là chất liệu mà qua đó tín hiệu được truyền đi. Môi trường vật lý là nền tảng để xây dựng kết nối vật lý. Ether, kim loại, thủy tinh quang học và thạch anh được sử dụng rộng rãi làm môi trường vật lý.

Lớp vật lý bao gồm Lớp con giao diện đa phương tiện và Lớp con chuyển đổi truyền dẫn.

Đầu tiên trong số chúng đảm bảo việc ghép nối luồng dữ liệu với kênh liên lạc vật lý được sử dụng. Cái thứ hai thực hiện các phép biến đổi liên quan đến các giao thức được sử dụng. Lớp vật lý cung cấp giao diện vật lý cho kênh dữ liệu và cũng mô tả các thủ tục truyền tín hiệu đến và nhận tín hiệu từ kênh. Cấp độ này xác định các tham số điện, cơ, chức năng và thủ tục cho giao tiếp vật lý trong hệ thống. Lớp vật lý nhận các gói dữ liệu từ lớp liên kết phía trên và chuyển đổi chúng thành tín hiệu quang hoặc điện tương ứng với 0 và 1 của luồng nhị phân. Các tín hiệu này được gửi qua phương tiện truyền dẫn đến nút nhận. Các tính chất cơ và điện/quang của môi trường truyền dẫn được xác định ở mức vật lý và bao gồm:

Loại cáp và đầu nối;

Bố trí các tiếp điểm trong đầu nối;

Sơ đồ mã hóa tín hiệu cho các giá trị 0 và 1.

Lớp vật lý thực hiện các chức năng sau:

1. Thiết lập và ngắt kết nối vật lý.

2. Truyền và nhận mã nối tiếp.

3. Nghe các kênh nếu cần thiết.

4. Nhận dạng kênh.

5. Thông báo về sự cố, hỏng hóc.

Thông báo về các lỗi và sự cố là do ở cấp độ vật lý, một loại sự kiện nhất định được phát hiện gây cản trở hoạt động bình thường của mạng (xung đột các khung được gửi bởi nhiều hệ thống cùng một lúc, ngắt kênh, mất điện, mất tiếp xúc cơ học, v.v.). Các loại dịch vụ được cung cấp cho lớp liên kết dữ liệu được xác định bởi các giao thức của lớp vật lý. Việc nghe một kênh là cần thiết trong trường hợp một nhóm hệ thống được kết nối vào một kênh nhưng chỉ một trong số chúng được phép truyền tín hiệu cùng một lúc. Do đó, việc nghe một kênh cho phép bạn xác định xem kênh đó có được truyền miễn phí hay không. Trong một số trường hợp, để xác định rõ hơn cấu trúc, lớp vật lý được chia thành nhiều cấp độ con. Ví dụ: lớp vật lý của mạng không dây được chia thành ba lớp con (Hình 1.14).

Cơm. 1.14. Lớp vật lý mạng LAN không dây

Các chức năng của lớp vật lý được triển khai trong tất cả các thiết bị được kết nối với mạng. Về phía máy tính, các chức năng của lớp vật lý được thực hiện bởi bộ điều hợp mạng. Bộ lặp là loại thiết bị duy nhất chỉ hoạt động trên lớp vật lý.

Lớp vật lý có thể cung cấp cả truyền dẫn không đồng bộ (nối tiếp) và truyền đồng bộ (song song), được sử dụng cho một số máy tính lớn và máy tính mini. Ở Lớp vật lý, sơ đồ mã hóa phải được xác định để thể hiện các giá trị nhị phân nhằm mục đích truyền chúng qua kênh liên lạc. Nhiều mạng địa phương sử dụng mã hóa Manchester.

Một ví dụ về giao thức lớp vật lý là thông số kỹ thuật công nghệ Ethernet 10Base-T, xác định cáp được sử dụng là cặp xoắn không được che chắn Loại 3 với trở kháng đặc tính 100 Ohms, đầu nối RJ-45, chiều dài đoạn vật lý tối đa là 100 mét, Mã Manchester để biểu diễn dữ liệu và các đặc tính khác của môi trường và tín hiệu điện.

Một số thông số kỹ thuật lớp vật lý phổ biến nhất bao gồm:

EIA-RS-232-C, CCITT V.24/V.28 – đặc tính cơ/điện của giao diện nối tiếp không cân bằng;

EIA-RS-422/449, CCITT V.10 – đặc tính cơ, điện và quang của giao diện nối tiếp cân bằng;

Ethernet là công nghệ mạng theo tiêu chuẩn IEEE 802.3 dành cho các mạng sử dụng cấu trúc liên kết bus và đa truy cập với tính năng nghe sóng mang và phát hiện xung đột;

Token ring là công nghệ mạng theo tiêu chuẩn IEEE 802.5, sử dụng cấu trúc liên kết vòng và phương thức truy cập vòng bằng cách truyền mã thông báo.

Trong khoa học mạng, cũng như trong bất kỳ lĩnh vực kiến ​​thức nào khác, có hai cách tiếp cận cơ bản để học: chuyển từ cái chung sang cái cụ thể và ngược lại. Chà, không phải trong cuộc sống người ta sử dụng những cách tiếp cận này ở dạng thuần túy, nhưng ở giai đoạn đầu, mỗi học sinh đều chọn cho mình một trong những hướng đi nêu trên. Đối với giáo dục đại học (ít nhất là mô hình (hậu) Xô Viết), phương pháp đầu tiên là điển hình hơn, đối với việc tự giáo dục thường là phương pháp thứ hai: một người làm việc trên mạng, thỉnh thoảng giải quyết các nhiệm vụ quản trị nhỏ dành cho một người dùng và đột nhiên anh ấy muốn tìm hiểu xem, Thực ra, tất cả những chuyện tào lao này hoạt động như thế nào?

Nhưng mục đích của bài viết này không phải là thảo luận triết học về phương pháp giảng dạy. Tôi xin giới thiệu với sự quan tâm của những người mới làm quen với mạng rằng tổng quan và quan trọng nhất, từ đó, giống như từ một cái bếp, bạn có thể khiêu vũ đến những cửa hàng tư nhân cầu kỳ nhất. Bằng cách hiểu mô hình OSI bảy lớp và học cách “nhận biết” các lớp của nó trong các công nghệ mà bạn đã biết, bạn có thể dễ dàng tiến lên theo bất kỳ hướng nào của ngành mạng mà bạn chọn. Mô hình OSI là khuôn khổ mà trên đó mọi kiến ​​thức mới về mạng sẽ được đưa vào.

Mô hình này được đề cập bằng cách này hay cách khác trong hầu hết các tài liệu hiện đại về mạng, cũng như trong nhiều thông số kỹ thuật của các giao thức và công nghệ cụ thể. Không cảm thấy cần phải phát minh lại bánh xe, tôi quyết định xuất bản các đoạn trích từ tác phẩm của N. Olife, V. Olife (Trung tâm Công nghệ Thông tin) có tựa đề “Vai trò của các giao thức truyền thông và mục đích chức năng của các loại thiết bị chính trong mạng doanh nghiệp ,” mà tôi coi là ấn phẩm tốt nhất và toàn diện nhất về chủ đề này .

tổng biên tập

người mẫu

Chỉ vì một giao thức là một thỏa thuận giữa hai thực thể tương tác, trong trường hợp này là hai máy tính làm việc trên một mạng, không có nghĩa là nó nhất thiết phải là một tiêu chuẩn. Nhưng trên thực tế, khi triển khai mạng, họ có xu hướng sử dụng các giao thức chuẩn. Đây có thể là các tiêu chuẩn độc quyền, quốc gia hoặc quốc tế.

Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế (ISO) đã phát triển một mô hình xác định rõ ràng các cấp độ tương tác khác nhau giữa các hệ thống, đặt tên tiêu chuẩn cho chúng và chỉ định công việc mà mỗi cấp độ nên làm. Mô hình này được gọi là mô hình Kết nối hệ thống mở (OSI) hoặc mô hình ISO/OSI.

Trong mô hình OSI, giao tiếp được chia thành bảy lớp hoặc nhiều lớp (Hình 1.1). Mỗi cấp độ đề cập đến một khía cạnh cụ thể của sự tương tác. Như vậy, bài toán tương tác được chia thành 7 bài toán cụ thể, mỗi bài toán có thể được giải độc lập với các bài toán khác. Mỗi lớp duy trì giao diện với các lớp trên và dưới.

Cơm. 1.1. Mô hình kết nối hệ thống mở ISO/OSI

Mô hình OSI chỉ mô tả giao tiếp hệ thống chứ không mô tả các ứng dụng của người dùng cuối. Các ứng dụng thực hiện các giao thức truyền thông của riêng mình bằng cách truy cập các cơ sở hệ thống. Cần lưu ý rằng ứng dụng có thể đảm nhận các chức năng của một số lớp trên của mô hình OSI, trong trường hợp đó, nếu cần, kết nối mạng, nó sẽ truy cập trực tiếp vào các công cụ hệ thống thực hiện các chức năng của các lớp thấp hơn còn lại của mô hình OSI. mô hình OSI.

Ứng dụng của người dùng cuối có thể sử dụng các công cụ tương tác hệ thống không chỉ để tổ chức hội thoại với ứng dụng khác đang chạy trên máy khác mà còn đơn giản là để nhận các dịch vụ của một dịch vụ mạng cụ thể, ví dụ: truy cập các tệp từ xa, nhận thư hoặc in trên một máy in dùng chung.

Vì vậy, giả sử một ứng dụng đưa ra yêu cầu tới lớp ứng dụng, chẳng hạn như dịch vụ tệp. Dựa trên yêu cầu này, phần mềm cấp ứng dụng sẽ tạo ra một thông báo có định dạng chuẩn, chứa thông tin dịch vụ (tiêu đề) và có thể cả dữ liệu được truyền đi. Thông báo này sau đó được chuyển tiếp đến cấp độ đại diện. Lớp trình bày thêm tiêu đề của nó vào tin nhắn và chuyển kết quả xuống lớp phiên, sau đó lớp này sẽ thêm tiêu đề của nó, v.v. Một số triển khai giao thức cung cấp rằng thông báo không chỉ chứa tiêu đề mà còn chứa phần giới thiệu. Cuối cùng, tin nhắn đến lớp vật lý thấp nhất, lớp này thực sự truyền nó dọc theo đường truyền thông.

Khi một tin nhắn đến một máy khác qua mạng, nó sẽ di chuyển tuần tự từ cấp này sang cấp khác. Mỗi cấp độ phân tích, xử lý và xóa tiêu đề của cấp độ đó, thực hiện các chức năng tương ứng với cấp độ này và chuyển thông báo lên cấp độ cao hơn.

Ngoài thuật ngữ "tin nhắn", còn có những tên khác được các chuyên gia mạng sử dụng để chỉ đơn vị trao đổi dữ liệu. Tiêu chuẩn ISO cho các giao thức ở mọi cấp độ đều sử dụng thuật ngữ “đơn vị dữ liệu giao thức” - Protocol Data Unit (PDU). Ngoài ra, tên khung, gói và datagram thường được sử dụng.

Chức năng lớp mô hình ISO/OSI

Lớp vật lý: Lớp này xử lý việc truyền bit qua các kênh vật lý như cáp đồng trục, cáp xoắn đôi hoặc cáp quang. Mức này liên quan đến các đặc tính của phương tiện truyền dữ liệu vật lý, chẳng hạn như băng thông, khả năng chống nhiễu, trở kháng đặc tính và các đặc tính khác. Ở cùng mức, các đặc tính của tín hiệu điện được xác định, chẳng hạn như yêu cầu về biên xung, mức điện áp hoặc dòng điện của tín hiệu truyền đi, loại mã hóa, tốc độ truyền tín hiệu. Ngoài ra, các loại đầu nối và mục đích của từng tiếp điểm đều được tiêu chuẩn hóa tại đây.

Các chức năng của lớp vật lý được triển khai trong tất cả các thiết bị được kết nối với mạng. Về phía máy tính, các chức năng của lớp vật lý được thực hiện bởi bộ điều hợp mạng hoặc cổng nối tiếp.

Một ví dụ về giao thức lớp vật lý là thông số kỹ thuật công nghệ Ethernet 10Base-T, xác định cáp được sử dụng là cặp xoắn không được che chắn Loại 3 với trở kháng đặc tính 100 Ohms, đầu nối RJ-45, chiều dài đoạn vật lý tối đa là 100 mét, Mã Manchester để biểu diễn dữ liệu trên cáp và các đặc tính khác của môi trường và tín hiệu điện.

Lớp liên kết dữ liệu: Lớp vật lý chỉ truyền bit. Điều này không tính đến việc trong một số mạng trong đó các đường truyền thông được sử dụng (chia sẻ) luân phiên bởi một số cặp máy tính tương tác, phương tiện truyền dẫn vật lý có thể bị chiếm dụng. Do đó, một trong những nhiệm vụ của lớp liên kết là kiểm tra tính khả dụng của môi trường truyền dẫn. Một nhiệm vụ khác của lớp liên kết là thực hiện các cơ chế phát hiện và sửa lỗi. Để thực hiện điều này, ở lớp liên kết dữ liệu, các bit được nhóm thành các tập gọi là khung. Lớp liên kết đảm bảo rằng mỗi khung được truyền chính xác bằng cách đặt một chuỗi bit đặc biệt ở đầu và cuối mỗi khung để đánh dấu nó, đồng thời tính toán tổng kiểm tra bằng cách tính tổng tất cả các byte của khung theo một cách nhất định và thêm tổng kiểm tra vào khung. Khi khung đến, người nhận lại tính toán tổng kiểm tra của dữ liệu nhận được và so sánh kết quả với tổng kiểm tra từ khung. Nếu chúng khớp nhau, khung được coi là chính xác và được chấp nhận. Nếu tổng kiểm tra không khớp, một lỗi sẽ được ghi lại.

Các giao thức lớp liên kết được sử dụng trong các mạng cục bộ chứa một cấu trúc kết nối nhất định giữa các máy tính và các phương thức đánh địa chỉ chúng. Mặc dù lớp liên kết dữ liệu cung cấp khả năng phân phối khung giữa hai nút bất kỳ trên mạng cục bộ, nhưng nó chỉ thực hiện điều này trong mạng có cấu trúc liên kết kết nối rất cụ thể, chính xác là cấu trúc liên kết mà nó được thiết kế. Các cấu trúc liên kết điển hình được hỗ trợ bởi các giao thức lớp liên kết LAN bao gồm bus chia sẻ, vòng và hình sao. Ví dụ về các giao thức lớp liên kết là Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

Trong mạng cục bộ, các giao thức lớp liên kết được sử dụng bởi máy tính, cầu nối, bộ chuyển mạch và bộ định tuyến. Trong máy tính, các chức năng của lớp liên kết được thực hiện thông qua nỗ lực chung của các bộ điều hợp mạng và trình điều khiển của chúng.

Trong các mạng toàn cầu, hiếm khi có cấu trúc liên kết thông thường, lớp liên kết dữ liệu đảm bảo việc trao đổi tin nhắn giữa hai máy tính lân cận được kết nối bằng một đường truyền riêng lẻ. Ví dụ về các giao thức điểm-điểm (như các giao thức này thường được gọi) là các giao thức PPP và LAP-B được sử dụng rộng rãi.

Cấp độ mạng: Cấp độ này phục vụ để hình thành một hệ thống truyền tải thống nhất, hợp nhất một số mạng với các nguyên tắc khác nhau để truyền thông tin giữa các nút cuối. Hãy xem xét các chức năng của lớp mạng bằng cách sử dụng mạng cục bộ làm ví dụ. Giao thức lớp liên kết mạng cục bộ đảm bảo việc phân phối dữ liệu giữa bất kỳ nút nào chỉ trong mạng với giao thức thích hợp. cấu trúc liên kết điển hình. Đây là một hạn chế rất nghiêm ngặt không cho phép xây dựng các mạng có cấu trúc phát triển, chẳng hạn như mạng kết hợp nhiều mạng doanh nghiệp thành một mạng duy nhất hoặc các mạng có độ tin cậy cao trong đó có các kết nối dự phòng giữa các nút. Để một mặt duy trì tính đơn giản của quy trình truyền dữ liệu cho các cấu trúc liên kết tiêu chuẩn và mặt khác để cho phép sử dụng các cấu trúc liên kết tùy ý, một lớp mạng bổ sung sẽ được sử dụng. Ở cấp độ này, khái niệm "mạng" được giới thiệu. Trong trường hợp này, mạng được hiểu là tập hợp các máy tính được kết nối với nhau theo một trong các cấu trúc liên kết tiêu chuẩn điển hình và sử dụng một trong các giao thức lớp liên kết được xác định cho cấu trúc liên kết này để truyền dữ liệu.

Do đó, trong mạng, việc phân phối dữ liệu được điều chỉnh bởi lớp liên kết dữ liệu, nhưng việc phân phối dữ liệu giữa các mạng được xử lý bởi lớp mạng.

Thông báo lớp mạng thường được gọi gói. Khi tổ chức phân phối gói ở cấp độ mạng, khái niệm này được sử dụng "số mạng". Trong trường hợp này, địa chỉ của người nhận bao gồm số mạng và số máy tính trên mạng này.

Các mạng được kết nối với nhau bằng các thiết bị đặc biệt gọi là bộ định tuyến. Bộ định tuyến là một thiết bị thu thập thông tin về cấu trúc liên kết của các kết nối mạng và dựa trên nó, chuyển tiếp các gói lớp mạng đến mạng đích. Để truyền tin nhắn từ người gửi trên một mạng đến người nhận trên mạng khác, bạn cần thực hiện một số lần chuyển tuyến (bước nhảy) giữa các mạng, mỗi lần chọn tuyến thích hợp. Vì vậy, tuyến đường là một chuỗi các bộ định tuyến mà gói tin đi qua.

Bài toán chọn đường đi tốt nhất được gọi là lộ trình và giải pháp của nó là nhiệm vụ chính của cấp độ mạng. Vấn đề này phức tạp bởi thực tế là con đường ngắn nhất không phải lúc nào cũng là con đường tốt nhất. Thông thường tiêu chí để chọn tuyến là thời gian truyền dữ liệu dọc theo tuyến này, nó phụ thuộc vào dung lượng các kênh liên lạc và cường độ lưu lượng truy cập, có thể thay đổi theo thời gian. Một số thuật toán định tuyến cố gắng thích ứng với những thay đổi về tải, trong khi những thuật toán khác đưa ra quyết định dựa trên mức trung bình dài hạn. Tuyến đường có thể được lựa chọn dựa trên các tiêu chí khác, ví dụ như độ tin cậy truyền dẫn.

Ở cấp độ mạng, hai loại giao thức được xác định. Loại đầu tiên đề cập đến định nghĩa về các quy tắc truyền gói dữ liệu của nút cuối từ nút đến bộ định tuyến và giữa các bộ định tuyến. Đây là những giao thức thường được nhắc đến khi mọi người nói về các giao thức lớp mạng. Lớp mạng cũng bao gồm một loại giao thức khác gọi là giao thức trao đổi thông tin định tuyến. Bằng cách sử dụng các giao thức này, bộ định tuyến sẽ thu thập thông tin về cấu trúc liên kết của các kết nối mạng. Các giao thức lớp mạng được triển khai bởi các mô-đun phần mềm hệ điều hành, cũng như phần mềm và phần cứng bộ định tuyến.

Ví dụ về các giao thức lớp mạng là Giao thức Internetwork IP ngăn xếp TCP/IP và Giao thức Internetwork ngăn xếp Novell IPX.

Lớp vận chuyển: Trên đường từ người gửi đến người nhận, các gói có thể bị hỏng hoặc bị mất. Mặc dù một số ứng dụng có cách xử lý lỗi riêng, nhưng có những ứng dụng khác lại thích xử lý kết nối đáng tin cậy ngay lập tức. Công việc của lớp vận chuyển là đảm bảo rằng các ứng dụng hoặc các lớp trên của ngăn xếp - ứng dụng và phiên - truyền dữ liệu với mức độ tin cậy mà chúng yêu cầu. Mô hình OSI xác định năm loại dịch vụ được cung cấp bởi lớp vận chuyển. Các loại dịch vụ này được phân biệt bởi chất lượng dịch vụ được cung cấp: tính khẩn cấp, khả năng khôi phục liên lạc bị gián đoạn, tính sẵn có của các phương tiện để ghép nhiều kết nối giữa các giao thức ứng dụng khác nhau thông qua một giao thức truyền tải chung và quan trọng nhất là khả năng phát hiện và sửa các lỗi truyền dẫn như méo, mất và sao chép gói tin.

Việc lựa chọn lớp dịch vụ của lớp vận chuyển một mặt được xác định theo mức độ mà vấn đề đảm bảo độ tin cậy được giải quyết bằng các ứng dụng và giao thức ở cấp độ cao hơn lớp vận chuyển, mặt khác, sự lựa chọn này phụ thuộc vào độ tin cậy của toàn bộ hệ thống truyền tải dữ liệu trực tuyến. Vì vậy, ví dụ, nếu chất lượng của các kênh liên lạc rất cao và khả năng xảy ra lỗi không được phát hiện bởi các giao thức cấp thấp hơn là nhỏ thì việc sử dụng một trong các dịch vụ của lớp vận chuyển nhẹ, không phải chịu nhiều kiểm tra là điều hợp lý. , bắt tay và các kỹ thuật khác để tăng độ tin cậy. Nếu các phương tiện ban đầu rất không đáng tin cậy, thì nên chuyển sang dịch vụ cấp độ truyền tải phát triển nhất, hoạt động bằng cách sử dụng các phương tiện tối đa để phát hiện và loại bỏ lỗi - sử dụng thiết lập sơ bộ kết nối logic, giám sát việc gửi tin nhắn bằng cách sử dụng tổng kiểm tra và đánh số theo chu kỳ của các gói, thiết lập thời gian chờ gửi, v.v.

Theo quy định, tất cả các giao thức, bắt đầu từ lớp vận chuyển trở lên, đều được triển khai bằng phần mềm của các nút cuối của mạng - các thành phần của hệ điều hành mạng của chúng. Ví dụ về các giao thức truyền tải bao gồm các giao thức TCP và UDP của ngăn xếp TCP/IP và giao thức SPX của ngăn xếp Novell.

Lớp phiên: Lớp phiên cung cấp khả năng quản lý cuộc hội thoại để ghi lại bên nào hiện đang hoạt động và cũng cung cấp phương tiện đồng bộ hóa. Cái sau cho phép bạn chèn các điểm kiểm tra vào các lần chuyển dài để trong trường hợp thất bại, bạn có thể quay lại điểm kiểm tra cuối cùng, thay vì bắt đầu lại từ đầu. Trong thực tế, rất ít ứng dụng sử dụng lớp phiên và hiếm khi được triển khai.

Lớp trình bày: Lớp này cung cấp sự đảm bảo rằng thông tin được truyền tải bởi lớp ứng dụng sẽ được lớp ứng dụng trong hệ thống khác hiểu được. Nếu cần, lớp trình bày sẽ chuyển đổi các định dạng dữ liệu thành một số định dạng trình bày phổ biến và tại nơi tiếp nhận sẽ thực hiện chuyển đổi ngược lại. Bằng cách này, các lớp ứng dụng có thể khắc phục được sự khác biệt về cú pháp trong cách biểu diễn dữ liệu. Ở cấp độ này, việc mã hóa và giải mã dữ liệu có thể được thực hiện, nhờ đó tính bí mật trao đổi dữ liệu được đảm bảo cho tất cả các dịch vụ ứng dụng cùng một lúc. Một ví dụ về giao thức hoạt động ở lớp trình bày là giao thức Lớp cổng bảo mật (SSL), cung cấp thông điệp an toàn cho các giao thức lớp ứng dụng của ngăn xếp TCP/IP.

Lớp ứng dụng Lớp ứng dụng thực sự chỉ là một tập hợp các giao thức khác nhau thông qua đó người dùng mạng truy cập các tài nguyên được chia sẻ như tệp, máy in hoặc các trang Web siêu văn bản và cũng tổ chức sự cộng tác của họ, ví dụ: sử dụng giao thức thư điện tử. . Đơn vị dữ liệu mà lớp ứng dụng vận hành thường được gọi là tin nhắn .

Có rất nhiều giao thức lớp ứng dụng. Chúng ta hãy đưa ra ví dụ ít nhất một số cách triển khai dịch vụ tệp phổ biến nhất: NCP trong hệ điều hành Novell NetWare, SMB trong Microsoft Windows NT, NFS, FTP và TFTP, là một phần của ngăn xếp TCP/IP.

Mô hình OSI tuy rất quan trọng nhưng chỉ là một trong nhiều mô hình truyền thông. Các mô hình này và ngăn xếp giao thức liên quan của chúng có thể khác nhau về số lượng lớp, chức năng, định dạng thông báo, dịch vụ được cung cấp ở các lớp trên và các tham số khác.

Đặc điểm của ngăn xếp giao thức truyền thông phổ biến

Vì vậy, sự tương tác của các máy tính trong mạng diễn ra theo các quy tắc nhất định để trao đổi tin nhắn và định dạng của chúng, nghĩa là tuân theo các giao thức nhất định. Một tập hợp các giao thức được tổ chức theo thứ bậc để giải quyết vấn đề tương tác giữa các nút mạng được gọi là ngăn xếp giao thức truyền thông.

Có nhiều ngăn xếp giao thức được sử dụng rộng rãi trong mạng. Đây là những ngăn xếp theo tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia, và những ngăn xếp độc quyền đã trở nên phổ biến do sự phổ biến của thiết bị từ một công ty cụ thể. Ví dụ về các ngăn xếp giao thức phổ biến bao gồm ngăn xếp IPX/SPX của Novell, ngăn xếp TCP/IP được sử dụng trên Internet và nhiều mạng dựa trên hệ điều hành UNIX, ngăn xếp OSI của Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế, ngăn xếp DECnet của Digital Equipment Corporation, và một số mạng dựa trên hệ điều hành UNIX. người khác.

Việc sử dụng một ngăn xếp giao thức truyền thông cụ thể trong mạng quyết định phần lớn bộ mặt của mạng và các đặc điểm của nó. Các mạng nhỏ hơn chỉ có thể sử dụng một ngăn xếp. Trong các mạng công ty lớn kết nối nhiều mạng khác nhau, nhiều ngăn xếp thường được sử dụng song song.

Thiết bị truyền thông thực hiện các giao thức lớp thấp hơn được tiêu chuẩn hóa hơn các giao thức lớp cao hơn và đây là điều kiện tiên quyết để hợp tác thành công giữa các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau. Danh sách các giao thức được hỗ trợ bởi một thiết bị liên lạc cụ thể là một trong những đặc điểm quan trọng nhất của thiết bị này.

Máy tính thực hiện các giao thức truyền thông dưới dạng các thành phần phần mềm tương ứng của hệ điều hành mạng, ví dụ, các giao thức cấp liên kết thường được triển khai dưới dạng trình điều khiển bộ điều hợp mạng và các giao thức cấp cao hơn được triển khai dưới dạng các thành phần máy chủ và máy khách. của các dịch vụ mạng.

Khả năng hoạt động tốt trong môi trường hệ điều hành cụ thể là một đặc tính quan trọng của thiết bị truyền thông. Bạn thường có thể đọc được trong các quảng cáo về bộ điều hợp mạng hoặc hub rằng nó được thiết kế đặc biệt để hoạt động trên mạng NetWare hoặc UNIX. Điều này có nghĩa là các nhà phát triển phần cứng đã tối ưu hóa các đặc tính của nó cho các giao thức được sử dụng trong hệ điều hành mạng đó hoặc cho một phiên bản triển khai nhất định nếu các giao thức này được sử dụng trong các hệ điều hành khác nhau. Do đặc thù của việc triển khai các giao thức trong các hệ điều hành khác nhau, một trong những đặc điểm của thiết bị liên lạc là chứng nhận về khả năng làm việc trong môi trường của một hệ điều hành nhất định.

Ở các cấp độ thấp hơn - liên kết vật lý và dữ liệu - hầu hết tất cả các ngăn xếp đều sử dụng cùng một giao thức. Đây là các giao thức được tiêu chuẩn hóa tốt: Ethernet, Token Ring, FDDI và một số giao thức khác, cho phép sử dụng cùng một thiết bị trong tất cả các mạng.

Mạng và các giao thức lớp cao hơn của các ngăn xếp tiêu chuẩn hiện có rất khác nhau và thường không tuân theo cách phân lớp được mô hình ISO khuyến nghị. Đặc biệt, trong các ngăn xếp này, các chức năng của lớp phiên và lớp trình bày thường được kết hợp với lớp ứng dụng. Sự khác biệt này là do mô hình ISO xuất hiện như là kết quả của sự khái quát hóa các ngăn xếp đã tồn tại và được sử dụng thực tế chứ không phải ngược lại.

ngăn xếp OSI

Cần phải phân biệt giữa chồng giao thức OSI và mô hình OSI. Trong khi mô hình OSI xác định một cách khái niệm quy trình tương tác của các hệ thống mở, phân tách tác vụ thành 7 lớp, tiêu chuẩn hóa mục đích của từng lớp và giới thiệu tên tiêu chuẩn cho các lớp, thì ngăn xếp OSI là một tập hợp các đặc tả giao thức rất cụ thể tạo thành một nhất quán. giao thức ngăn xếp. Ngăn xếp giao thức này được chính phủ Hoa Kỳ hỗ trợ trong chương trình GOSIP. Tất cả các mạng máy tính của chính phủ được cài đặt sau năm 1990 phải hỗ trợ trực tiếp ngăn xếp OSI hoặc cung cấp phương tiện để di chuyển sang ngăn xếp trong tương lai. Tuy nhiên, ngăn xếp OSI phổ biến ở Châu Âu hơn ở Hoa Kỳ, vì Châu Âu có ít mạng cũ được cài đặt sử dụng giao thức riêng của họ hơn. Ở Châu Âu cũng có nhu cầu lớn về một ngăn xếp chung vì có rất nhiều quốc gia khác nhau.

Đây là tiêu chuẩn quốc tế, độc lập với nhà sản xuất. Nó có thể cho phép sự hợp tác giữa các tập đoàn, đối tác và nhà cung cấp. Sự tương tác này phức tạp bởi các vấn đề về địa chỉ, đặt tên và bảo mật dữ liệu. Tất cả những vấn đề này được giải quyết một phần trong ngăn xếp OSI. Các giao thức OSI yêu cầu nhiều sức mạnh xử lý của CPU, khiến chúng phù hợp hơn với các máy mạnh hơn là mạng của máy tính cá nhân. Hầu hết các tổ chức chỉ đang lên kế hoạch chuyển đổi sang ngăn xếp OSI. Trong số những người làm việc theo hướng này có Bộ Hải quân Hoa Kỳ và mạng NFSNET. Một trong những nhà sản xuất lớn nhất hỗ trợ OSI là AT&T. Mạng Stargroup của nó hoàn toàn dựa trên ngăn xếp OSI.

Vì những lý do hiển nhiên, ngăn xếp OSI, không giống như các ngăn xếp tiêu chuẩn khác, hoàn toàn tuân thủ mô hình kết nối OSI; nó bao gồm các thông số kỹ thuật cho tất cả bảy lớp của mô hình kết nối các hệ thống mở (Hình 1.3).

Cơm. 1.3. ngăn xếp OSI

TRÊN Ngăn xếp OSI hỗ trợ các giao thức Ethernet, Token Ring, FDDI, cũng như các giao thức LLC, X.25 và ISDN. Các giao thức này sẽ được thảo luận chi tiết trong các phần khác của sổ tay.

Dịch vụ mạng, truyền tải và phiên cấp độ cũng có sẵn trong ngăn xếp OSI, nhưng chúng không phổ biến lắm. Lớp mạng thực hiện cả giao thức dựa trên kết nối và không kết nối. Giao thức truyền tải ngăn xếp OSI, nhất quán với các chức năng được xác định cho nó trong mô hình OSI, che giấu sự khác biệt giữa các dịch vụ mạng hướng kết nối và không kết nối để người dùng nhận được chất lượng dịch vụ mong muốn bất kể lớp mạng cơ bản. Để cung cấp điều này, lớp vận chuyển yêu cầu người dùng chỉ định chất lượng dịch vụ mong muốn. 5 loại dịch vụ truyền tải đã được xác định, từ lớp 0 thấp nhất đến lớp 4 cao nhất, khác nhau về mức độ chịu lỗi và yêu cầu phục hồi dữ liệu sau lỗi.

Dịch vụ cấp độ ứng dụng bao gồm truyền tập tin, mô phỏng thiết bị đầu cuối, dịch vụ thư mục và thư. Trong số này, hứa hẹn nhất là dịch vụ thư mục (chuẩn X.500), thư điện tử (X.400), giao thức đầu cuối ảo (VT), giao thức truyền, truy cập và quản lý tệp (FTAM), giao thức chuyển tiếp và quản lý công việc (JTM) . Gần đây, ISO đã tập trung nỗ lực vào các dịch vụ cấp cao nhất.

Khuyến nghị X.400 xác định tập hợp dịch vụ bắt buộc tối thiểu sau đây cần cung cấp cho người dùng: kiểm soát truy cập, duy trì mã định danh tin nhắn hệ thống duy nhất, thông báo gửi hoặc không gửi tin nhắn có lý do, chỉ báo loại nội dung tin nhắn, chỉ báo chuyển đổi nội dung tin nhắn, truyền tải và dấu thời gian gửi, chọn danh mục gửi (khẩn cấp, không khẩn cấp, bình thường), gửi đa hướng, gửi chậm (đến một thời điểm cụ thể), chuyển nội dung sang giao diện với các hệ thống thư không tương thích như dịch vụ telex và fax, truy vấn xem một tin nhắn cụ thể đã được gửi đi, danh sách gửi thư, có thể có cấu trúc lồng nhau, có nghĩa là bảo vệ tin nhắn khỏi bị truy cập trái phép, dựa trên hệ thống mật mã khóa công khai bất đối xứng.

Mục đích của các khuyến nghị X.500 là phát triển các tiêu chuẩn bộ phận trợ giúp toàn cầu. Quá trình gửi tin nhắn đòi hỏi phải có kiến ​​thức về địa chỉ người nhận, đây là một vấn đề trong các mạng lớn nên cần có bộ phận trợ giúp giúp lấy địa chỉ của người gửi và người nhận. Nói chung, dịch vụ X.500 là cơ sở dữ liệu phân tán về tên và địa chỉ. Tất cả người dùng đều có khả năng được phép đăng nhập vào cơ sở dữ liệu này bằng cách sử dụng một bộ thuộc tính cụ thể.

Các hoạt động sau đây được xác định trên cơ sở dữ liệu tên và địa chỉ:

• đọc - nhận địa chỉ bằng một tên đã biết,
• yêu cầu - lấy tên dựa trên các thuộc tính địa chỉ đã biết,
• sửa đổi liên quan đến việc xóa và thêm các bản ghi trong cơ sở dữ liệu.

Những thách thức chính trong việc triển khai các khuyến nghị X.500 xuất phát từ quy mô của dự án này, dự án này có mục đích trở thành một dịch vụ tham khảo trên toàn thế giới. Do đó, phần mềm triển khai khuyến nghị X.500 rất cồng kềnh và đặt ra yêu cầu cao về hiệu suất phần cứng.

Giao thức VT giải quyết vấn đề không tương thích giữa các giao thức mô phỏng thiết bị đầu cuối khác nhau. Hiện tại, người dùng máy tính cá nhân tương thích với PC IBM, để làm việc đồng thời với máy tính VAX, IBM 3090 và HP9000, cần mua ba chương trình khác nhau để mô phỏng các loại thiết bị đầu cuối khác nhau và sử dụng các giao thức khác nhau. Nếu mọi máy tính chủ đều có phần mềm giao thức mô phỏng thiết bị đầu cuối ISO thì người dùng sẽ chỉ cần một chương trình hỗ trợ giao thức VT. Trong tiêu chuẩn của mình, ISO đã tích lũy các chức năng mô phỏng thiết bị đầu cuối được sử dụng rộng rãi.

Truyền tập tin là dịch vụ máy tính phổ biến nhất. Tất cả các ứng dụng đều cần có quyền truy cập vào các tệp, cả cục bộ và từ xa - trình soạn thảo văn bản, email, cơ sở dữ liệu hoặc các chương trình khởi chạy từ xa. ISO cung cấp dịch vụ như vậy trong giao thức FTAM. Cùng với tiêu chuẩn X.400, đây là tiêu chuẩn ngăn xếp OSI phổ biến nhất. FTAM cung cấp các phương tiện để bản địa hóa và truy cập nội dung tệp và bao gồm một bộ chỉ thị để chèn, thay thế, mở rộng và xóa nội dung tệp. FTAM cũng cung cấp các phương tiện để thao tác toàn bộ tệp, bao gồm tạo, xóa, đọc, mở, đóng tệp và chọn các thuộc tính của nó.

Giao thức chuyển tiếp và kiểm soát công việc JTM Cho phép người dùng chuyển tiếp công việc cần hoàn thành trên máy chủ. Ngôn ngữ kiểm soát công việc cho phép gửi công việc sẽ cho máy chủ biết những hành động nào sẽ được thực hiện trên những chương trình và tệp nào. Giao thức JTM hỗ trợ xử lý hàng loạt, xử lý giao dịch, nhập công việc từ xa và truy cập cơ sở dữ liệu phân tán.

ngăn xếp TCP/IP

Ngăn xếp TCP/IP, còn được gọi là ngăn xếp DoD và ngăn xếp Internet, là một trong những ngăn xếp giao thức truyền thông phổ biến và hứa hẹn nhất. Nếu hiện tại nó được phân phối chủ yếu trong các mạng có hệ điều hành UNIX, thì việc triển khai nó trong các phiên bản mới nhất của hệ điều hành mạng dành cho máy tính cá nhân (Windows NT, NetWare) là điều kiện tiên quyết tốt cho sự tăng trưởng nhanh chóng về số lượng cài đặt TCP/ ngăn xếp IP.

Ngăn xếp này được phát triển theo sáng kiến ​​của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ (DoD) hơn 20 năm trước để kết nối mạng ARPAnet thử nghiệm với các mạng vệ tinh khác như một bộ giao thức chung cho môi trường điện toán không đồng nhất. Mạng ARPA hỗ trợ các nhà phát triển và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực quân sự. Trong mạng ARPA, việc liên lạc giữa hai máy tính được thực hiện bằng Giao thức Internet (IP), cho đến ngày nay là một trong những giao thức chính trong ngăn xếp TCP / IP và xuất hiện dưới tên của ngăn xếp.

Đại học Berkeley đã có đóng góp lớn cho sự phát triển của ngăn xếp TCP/IP bằng cách triển khai các giao thức ngăn xếp trong phiên bản HĐH UNIX của trường. Việc áp dụng rộng rãi hệ điều hành UNIX cũng dẫn đến việc áp dụng rộng rãi IP và các giao thức ngăn xếp khác. Ngăn xếp này cũng cung cấp năng lượng cho Internet, Lực lượng đặc nhiệm kỹ thuật Internet (IETF) của họ là người đóng góp chính cho việc phát triển các tiêu chuẩn ngăn xếp được xuất bản dưới dạng thông số kỹ thuật RFC.

Do ngăn xếp TCP/IP được phát triển trước khi ra đời mô hình kết nối các hệ thống mở ISO/OSI, mặc dù nó cũng có cấu trúc đa cấp, nên sự tương ứng của các cấp ngăn xếp TCP/IP với các cấp của mô hình OSI là khá có điều kiện. .

Cấu trúc của các giao thức TCP/IP được thể hiện trong Hình 1.4. Giao thức TCP/IP được chia thành 4 lớp.

Cơm. 1.4. ngăn xếp TCP/IP

Thấp nhất ( cấp IV ) - cấp độ giao diện mạng - tương ứng với cấp độ liên kết vật lý và dữ liệu của mô hình OSI. Cấp độ này trong các giao thức TCP/IP không được quy định nhưng hỗ trợ tất cả các tiêu chuẩn phổ biến của lớp liên kết vật lý và dữ liệu: đối với các kênh cục bộ, đó là Ethernet, Token Ring, FDDI, đối với các kênh toàn cầu - các giao thức riêng của chúng để hoạt động trên quay số tương tự- các đường truyền lên và thuê riêng SLIP/PPP, thiết lập các kết nối điểm-điểm thông qua các liên kết nối tiếp WAN và các giao thức WAN X.25 và ISDN. Một đặc điểm kỹ thuật đặc biệt cũng đã được phát triển để xác định việc sử dụng công nghệ ATM như một phương tiện truyền tải lớp liên kết dữ liệu.

Cấp độ tiếp theo ( cấp III ) là lớp liên mạng xử lý việc truyền các gói dữ liệu bằng nhiều mạng cục bộ, mạng khu vực X.25, đường ad hoc, v.v. Ngăn xếp sử dụng giao thức IP, ban đầu được thiết kế như một giao thức để truyền các gói trong mạng tổng hợp bao gồm một số lượng lớn các mạng cục bộ được kết nối bởi cả kết nối cục bộ và toàn cầu. Do đó, giao thức IP hoạt động tốt trong các mạng có cấu trúc liên kết phức tạp, sử dụng hợp lý sự hiện diện của các hệ thống con trong đó và sử dụng tiết kiệm băng thông của các đường truyền tốc độ thấp. Giao thức IP là một giao thức datagram.

Mức độ liên mạng cũng bao gồm tất cả các giao thức liên quan đến việc biên soạn và sửa đổi các bảng định tuyến, chẳng hạn như các giao thức thu thập thông tin định tuyến. XÉ.(Giao thức định tuyến Internet) và OSPF(Mở đường dẫn ngắn nhất trước), cũng như Giao thức thông báo điều khiển Internet ICMP(Giao thức Thông báo Kiểm soát Internet). Giao thức thứ hai được thiết kế để trao đổi thông tin về các lỗi giữa bộ định tuyến và cổng, hệ thống nguồn và hệ thống đích, nghĩa là tổ chức phản hồi. Khi sử dụng các gói ICMP đặc biệt, có thông báo cho rằng không thể phân phối gói, thời gian tồn tại hoặc thời gian tập hợp gói từ các mảnh đã bị vượt quá, giá trị tham số bất thường, thay đổi trong tuyến chuyển tiếp và loại dịch vụ, trạng thái của hệ thống, v.v.

Cấp độ tiếp theo ( cấp II) được gọi là cơ bản. Giao thức điều khiển truyền dẫn hoạt động ở cấp độ này TCP(Giao thức điều khiển truyền) và Giao thức gói dữ liệu người dùng UDP(Giao thức gói dữ liệu người dùng). Giao thức TCP cung cấp kết nối ảo ổn định giữa các tiến trình ứng dụng từ xa. Giao thức UDP đảm bảo việc truyền các gói ứng dụng bằng phương pháp datagram, nghĩa là không thiết lập kết nối ảo và do đó yêu cầu ít chi phí hơn TCP.

Cấp cao nhất ( cấp độ I) được gọi là áp dụng. Qua nhiều năm sử dụng trong mạng của nhiều quốc gia và tổ chức khác nhau, TCP/IP đã tích lũy được một số lượng lớn các giao thức và dịch vụ cấp ứng dụng. Chúng bao gồm các giao thức được sử dụng rộng rãi như giao thức sao chép tệp FTP, giao thức mô phỏng thiết bị đầu cuối telnet, giao thức thư SMTP được sử dụng trong e-mail Internet và chi nhánh RELCOM ở Nga, các dịch vụ siêu văn bản để truy cập thông tin từ xa, chẳng hạn như WWW và nhiều dịch vụ khác. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn một số trong số chúng có liên quan chặt chẽ nhất đến các chủ đề của khóa học này.

Giao thức SNMP(Giao thức quản lý mạng đơn giản) được sử dụng để tổ chức quản lý mạng. Vấn đề quản lý ở đây được chia thành hai vấn đề. Nhiệm vụ đầu tiên liên quan đến việc chuyển giao thông tin. Các giao thức truyền thông tin điều khiển xác định quy trình tương tác giữa máy chủ và chương trình máy khách đang chạy trên máy chủ của quản trị viên. Chúng xác định các định dạng tin nhắn được trao đổi giữa máy khách và máy chủ, cũng như các định dạng cho tên và địa chỉ. Thách thức thứ hai liên quan đến dữ liệu được kiểm soát. Các tiêu chuẩn quy định dữ liệu nào sẽ được lưu trữ và tích lũy trong cổng, tên của dữ liệu này và cú pháp của những tên này. Tiêu chuẩn SNMP xác định thông số kỹ thuật cho cơ sở dữ liệu thông tin quản lý mạng. Thông số kỹ thuật này, được gọi là Cơ sở thông tin quản lý (MIB), xác định các thành phần dữ liệu mà máy chủ hoặc cổng phải lưu trữ và các hoạt động được phép trên chúng.

Giao thức truyền tập tin FTP(Giao thức truyền tệp) thực hiện truy cập tệp từ xa. Để đảm bảo việc truyền tải đáng tin cậy, FTP sử dụng giao thức hướng kết nối - TCP - làm phương tiện truyền tải. Ngoài giao thức truyền file, FTP còn cung cấp các dịch vụ khác. Điều này mang lại cho người dùng cơ hội tương tác tương tác với một máy từ xa, ví dụ, anh ta có thể in nội dung các thư mục của nó; FTP cho phép người dùng chỉ định loại và định dạng của dữ liệu sẽ được lưu trữ. Cuối cùng, FTP xác thực người dùng. Trước khi truy cập tệp, giao thức yêu cầu người dùng cung cấp tên người dùng và mật khẩu.

Trong ngăn xếp TCP/IP, FTP cung cấp bộ dịch vụ tệp toàn diện nhất nhưng cũng là dịch vụ lập trình phức tạp nhất. Các ứng dụng không yêu cầu tất cả các khả năng của FTP có thể sử dụng giao thức khác tiết kiệm chi phí hơn - Giao thức truyền tệp đơn giản TFTP(Giao thức truyền tệp tầm thường). Giao thức này chỉ thực hiện truyền tệp và việc vận chuyển được sử dụng đơn giản hơn TCP, giao thức không kết nối - UDP.

Giao thức telnet cung cấp khả năng truyền một luồng byte giữa các tiến trình, cũng như giữa một tiến trình và thiết bị đầu cuối. Thông thường, giao thức này được sử dụng để mô phỏng thiết bị đầu cuối máy tính từ xa.

Ngăn xếp IPX/SPX

Ngăn xếp này là ngăn xếp giao thức Novell ban đầu, được phát triển cho hệ điều hành mạng NetWare của mình vào đầu những năm 80. Các giao thức Trao đổi gói Internetwork (IPX) và Trao đổi gói tuần tự (SPX), đặt tên cho ngăn xếp, là sự điều chỉnh trực tiếp của các giao thức XNS của Xerox, ít phổ biến hơn nhiều so với IPX/SPX. Về mặt cài đặt, các giao thức IPX/SPX dẫn đầu và điều này là do bản thân hệ điều hành NetWare chiếm vị trí dẫn đầu với tỷ lệ cài đặt trên toàn thế giới là khoảng 65%.

Họ giao thức Novell và sự tương ứng của chúng với mô hình ISO/OSI được trình bày trong Hình 1.5.

Cơm. 1.5. Ngăn xếp IPX/SPX

TRÊN mức độ liên kết vật lý và dữ liệu Mạng Novell sử dụng tất cả các giao thức phổ biến ở các cấp độ này (Ethernet, Token Ring, FDDI và các giao thức khác).

TRÊN cấp độ mạng giao thức hoạt động trong ngăn xếp Novell IPX, cũng như các giao thức trao đổi thông tin định tuyến XÉ. Và NLSP(tương tự như giao thức OSPF của ngăn xếp TCP/IP). IPX là giao thức xử lý việc đánh địa chỉ và định tuyến các gói trên mạng Novell. Các quyết định định tuyến IPX dựa trên các trường địa chỉ trong tiêu đề gói của nó cũng như thông tin từ các giao thức trao đổi thông tin định tuyến. Ví dụ: IPX sử dụng thông tin được cung cấp bởi RIP hoặc NLSP (Giao thức trạng thái liên kết NetWare) để chuyển tiếp các gói đến máy tính đích hoặc bộ định tuyến tiếp theo. Giao thức IPX chỉ hỗ trợ phương thức trao đổi tin nhắn datagram, do đó nó tiêu tốn tài nguyên máy tính một cách kinh tế. Vì vậy, giao thức IPX cung cấp ba chức năng: thiết lập địa chỉ, thiết lập tuyến đường và gửi datagram.

Lớp vận chuyển của mô hình OSI trong ngăn xếp Novell tương ứng với giao thức SPX, thực hiện việc truyền tin nhắn theo hướng kết nối.

Ở trên cùng cấp độ ứng dụng, trình bày và phiên Giao thức NCP và SAP hoạt động. Giao thức NCP(NetWare Core Protocol) là giao thức tương tác giữa máy chủ NetWare và vỏ máy trạm. Giao thức lớp ứng dụng này triển khai kiến ​​trúc máy khách-máy chủ ở các lớp trên của mô hình OSI. Sử dụng các chức năng của giao thức này, máy trạm kết nối với máy chủ, ánh xạ các thư mục máy chủ tới các ký tự ổ đĩa cục bộ, quét hệ thống tệp máy chủ, sao chép các tệp từ xa, thay đổi thuộc tính của chúng, v.v. và cũng chia sẻ máy in mạng giữa các máy trạm.

Máy chủ và bộ định tuyến sử dụng SAP để quảng cáo dịch vụ và địa chỉ mạng của họ. Giao thức SAP cho phép các thiết bị mạng cập nhật liên tục thông tin về những dịch vụ hiện có trên mạng. Khi khởi động, máy chủ sử dụng SAP để thông báo cho phần còn lại của mạng về dịch vụ của họ. Khi máy chủ tắt, nó sử dụng SAP để thông báo cho mạng rằng các dịch vụ của nó đã ngừng hoạt động.

Trên mạng Novell, máy chủ NetWare 3.x gửi các gói quảng bá SAP mỗi phút. Các gói SAP làm tắc nghẽn mạng đáng kể, vì vậy một trong những nhiệm vụ chính của bộ định tuyến truy cập thông tin liên lạc toàn cầu là lọc lưu lượng truy cập từ các gói SAP và gói RIP.

Các tính năng của ngăn xếp IPX/SPX là do các tính năng của Hệ điều hành NetWare, cụ thể là định hướng của các phiên bản đầu tiên của nó (lên tới 4.0) để làm việc trong các mạng cục bộ nhỏ bao gồm các máy tính cá nhân có tài nguyên khiêm tốn. Do đó, Novell cần các giao thức yêu cầu dung lượng RAM tối thiểu (giới hạn ở các máy tính tương thích IBM chạy MS-DOS ở mức 640 KB) và giao thức đó sẽ chạy nhanh trên các bộ xử lý tiêu thụ điện năng thấp. Kết quả là, các giao thức ngăn xếp IPX/SPX cho đến gần đây vẫn hoạt động tốt trong các mạng cục bộ và không tốt lắm trong các mạng công ty lớn, vì chúng làm quá tải các liên kết toàn cầu chậm với các gói quảng bá được sử dụng nhiều bởi một số giao thức trong ngăn xếp này (ví dụ: để thiết lập liên lạc giữa máy khách và máy chủ).

Tình huống này, cũng như thực tế là ngăn xếp IPX/SPX là tài sản của Novell và cần có giấy phép để triển khai nó, trong một thời gian dài đã hạn chế việc phân phối nó chỉ trong các mạng NetWare. Tuy nhiên, vào thời điểm NetWare 4.0 được phát hành, Novell đã thực hiện và tiếp tục thực hiện những thay đổi lớn đối với các giao thức của mình nhằm mục đích điều chỉnh chúng để hoạt động trong mạng công ty. Giờ đây, ngăn xếp IPX/SPX được triển khai không chỉ trong NetWare mà còn trong một số hệ điều hành mạng phổ biến khác - SCO UNIX, Sun Solaris, Microsoft Windows NT.

Ngăn xếp NetBIOS/SMB

Microsoft và IBM đã cùng nhau phát triển các công cụ mạng cho máy tính cá nhân, vì vậy ngăn xếp giao thức NetBIOS/SMB là sản phẩm trí tuệ chung của họ. Các công cụ NetBIOS xuất hiện vào năm 1984 dưới dạng phần mở rộng mạng của các chức năng tiêu chuẩn của hệ thống đầu vào/đầu ra cơ bản (BIOS) của PC IBM dành cho chương trình mạng PC Network của IBM, ở cấp độ ứng dụng (Hình 1.6) đã sử dụng SMB ( Server Message Block) để triển khai các dịch vụ mạng. .

Cơm. 1.6. Ngăn xếp NetBIOS/SMB

Giao thức NetBIOS hoạt động ở ba cấp độ của mô hình tương tác hệ thống mở: mạng, truyền tải và phiên. NetBIOS có thể cung cấp mức dịch vụ cao hơn giao thức IPX và SPX nhưng không có khả năng định tuyến. Do đó, NetBIOS không phải là một giao thức mạng theo đúng nghĩa của từ này. NetBIOS chứa nhiều chức năng mạng hữu ích có thể được quy cho các lớp mạng, lớp vận chuyển và phiên, nhưng nó không thể được sử dụng để định tuyến các gói vì giao thức trao đổi khung NetBIOS không đưa ra khái niệm như mạng. Điều này hạn chế việc sử dụng giao thức NetBIOS cho các mạng cục bộ không được chia mạng con. NetBIOS hỗ trợ cả datagram và truyền thông dựa trên kết nối.

Giao thức SMB, tương ứng với mức độ ứng dụng và đại diện của mô hình OSI, quy định sự tương tác của máy trạm với máy chủ. Các chức năng SMB bao gồm các hoạt động sau:

• Quản lý phiên. Tạo và ngắt kênh logic giữa máy trạm và tài nguyên mạng của máy chủ tệp.
• Truy cập file. Một máy trạm có thể liên hệ với máy chủ tệp với các yêu cầu tạo và xóa thư mục, tạo, mở và đóng tệp, đọc và ghi vào tệp, đổi tên và xóa tệp, tìm kiếm tệp, nhận và đặt thuộc tính tệp cũng như khóa bản ghi.
• Dịch vụ in ấn. Máy trạm có thể xếp hàng các tệp để in trên máy chủ và lấy thông tin về hàng đợi in.
• Dịch vụ nhắn tin. SMB hỗ trợ nhắn tin đơn giản với các chức năng sau: gửi tin nhắn đơn giản; gửi tin nhắn quảng bá; gửi bắt đầu khối tin nhắn; gửi văn bản chặn tin nhắn; gửi kết thúc khối tin nhắn; chuyển tiếp tên người dùng; hủy chuyến hàng; lấy tên máy.

Do có số lượng lớn các ứng dụng sử dụng các chức năng API do NetBIOS cung cấp nên nhiều hệ điều hành mạng triển khai các chức năng này như một giao diện cho các giao thức truyền tải của chúng. NetWare có một chương trình mô phỏng các chức năng NetBIOS dựa trên giao thức IPX và có các phần mềm mô phỏng NetBIOS cho Windows NT và ngăn xếp TCP/IP.

Tại sao chúng ta cần kiến ​​thức quý giá này? (biên tập)

Một đồng nghiệp đã từng hỏi tôi một câu hỏi khó. Chà, anh ấy nói, bạn biết mô hình OSI là gì... Và tại sao bạn cần nó, lợi ích thực tế của kiến ​​​​thức này là gì: trừ khi bạn khoe khoang trước những kẻ ngu ngốc? Điều đó không đúng, lợi ích của kiến ​​thức này là cách tiếp cận có hệ thống để giải quyết nhiều vấn đề thực tế. Ví dụ:

• xử lý sự cố (