Tinklo samprata. Etaloniniai tinklo modeliai. OSI modelis Informatikos katedra, L.Kaklauskas 2002 metai

Tinklo technologija Tinklo technologija – tai aparatinių ir programinių priemonių rinkinys, naudojantis tarpusavyje suderintus protokolus, reikalingus fizinei ir loginei tinklo struktūrai realizuoti.

Tinklo technologija Atsižvelgianti į tinklo technologiją ir vartotojų poreikius yra parenkamos operacinės sistemos, naudojamos tinklo valdymui: Windows NT, Windows 2000, Novell NetWare, UNIX, LINUX. Atsižvelgiant į operacinę sistemą, gali būti formuojamas vieno lygio(peer-to-peer) tinklas arba struktūrizuotas tinklas.

Tinklų struktūrizavimas Jei kuriant didelius tinklus naudojama vienos rūšies tinklo struktūra, tai toks tinklas bus laikomas neoptimaliu ir turintis trūkumų: atstumo tarp mazgų apribojimai, mazgų kiekio tinkle apribojimai, informacijos srautų(trafikas) tarp tinklo mazgų ribojimai. Siekiant išvengti šių apribojimų, didelių tinklų kūrimui naudojami specialūs stuktūrizavimo metodai bei speciali fizinė įranga(kartotuvai, tiltai ir t.t.). Išskiriamas fizinis ir loginis tinklo struktūrizavimas.

Tinklų struktūrizavimas Labai svarbu įvertinti informacijos srautą(trafik) įvairiose tinklo vietose.

Tinklų struktūrizavimas

Tinklų struktūrizavimas

Tinklų struktūrizavimas Tiltas(bridge), bendrus tinklo informacijos srautus dalins į lokalius informacijos srautus(local trafic) ir dėl to padidės tinklo pralaidumas. Komutatorius(switch) vykdys keletą lygiagrečių informacijos perdavimo procesų, t.y. kiekvienas prievadas gali būti sujungtas su atitinkamu kitu prievadu ir tokių sujungimų kiekis vienu metu priklauso nuo komutatoriaus komutuojamų prievadų kiekio. Maršrutizatorius(router) paskirstyto tinklo srautus, panaudojant segmentų adresavimą, sudaro potinklius(subnet) be aparatinių adresų, turinčius loginius adresus, tarpusavyje susieja skirtingus protokolus naudojančius potinklius. Sudaro loginės informacijos srautų transportavimo lenteles, atsižvelgiant į fizinę ir loginę tinko struktūrą. Tinklo struktūrizavimui naudojami ir šliuzai(gateway), dažniausiai tai loginis tinklo struktūros elementas, kurio paskirtis susieti tarpusavyje skirtingą sisteminę ir taikomąją programinę įrangą naudojančius potinklius, atlikti informacijos filtravimą.

Tinklų struktūrizavimas Tinklo tipo parinkimo kriterijai: 1. Įstaigos dydis; 2. Saugumo lygis; 3. Veiklos rūšis; 4. Galimybė įdiegti tinklo administravimą; 5. Tinklo pralaidumo ir pajėgumo lygis; 6. Tinklo vartotojų poreikiai; 7. Finansavimo apimtys.

Vieno lygmens tinklai Tinklas apibūdinamas taip: Visi kompiuteriai yra lygiateisiai nėra išskirto kompiuterio-serverio; Kiekvienas kompiuteris yra ir klientas ir serveris, t.y. visi kompiuteriai vienodai lygiai atsako už tinklo funkcionavimą; Patys vartotojai pasirenka kokius duomenis išskirti bendram naudojimui; Tinkle paprastai yra ne daugiau 10 kompiuterių. Todėl jie ir vadinami darbo grupėmis(Workgroup); Nereikalinga papildoma programinė įranga tinklo funkcionalumui palaikyti. Visos operacinės sistemos paprastai šias galimybes turi; Realizacija: kompiuteriai išdėstyti ant vartotojų stalų, patys vartotojai yra ir administratoriai ir patys saugo savo informaciją, tinklo apjungimui paprastai naudojami nesudėtinga tinklinė įranga ir kabeliai;

Vieno lygmens tinklai Pasirinkimo kriterijai: nedidelė tinklo apimtis, vartotojai kompaktiškai išsidėstę, nėra labai aktualūs duomenų apsaugos klausimai, nenusimato įstaigos žymaus augimo; Tinklo administravimo uždaviniai, kuriuos turi sugebėti spręsti kiekvienas vartotojas: duomenų naudojimo teisių suteikimas ir apsauga, resursu naudojimo teisių suteikimas, tinklinės programinės įrangos naudojimas, programinės įrangos įdiegimas ir modernizavimas; Reikalavimai, keliami kompiuteriams: didžioji dauguma kompiuterio resursų teikiama vartotojui, kuris dirba prie šio kompiuterio, likę nuo kompiuterio vartotojo resursai skiriami tinklo vartotojams; Būtinas papildomas vartotojų apmokymas.

Struktūrizuotas tinklas Struktūrizuotame tinkle, naudojami specialūs serveriai: Failų serveris. Skirtas duomenų saugojimui ir naudojimui tinkle; Spausdinimo serveris naudojamas spausdinimo tinkle valdymui; Priedų serveris, kuriame veikia kliento-serverio priedai, pagreitinantys duomenų pa-iešką. Nuo failų serverio skiriasi tuo, kad apdorojant užklausą jie persiunčia jos rezultatus, kai tuo tarpu failų serveris persiunčia visą failą į kliento kompiuterį; Pašto serveris, valdantis pašto perdavimą tarp tinklo vartotojų; Faksų serveris, valdantis faksimilinio pranešimo per faks-modemus perdavimą; Komunikacinis serveris, valdantis duomenų srautą tarp kitų tinklų ir savo tinklo; Katalogo tarnybų serveris, leidžiantis vartotojams susirasti, išsaugoti ir apsaugoti tinklo informaciją. Pavyzdžiui Windows NT serveris apjungia vartotojus į logines grupes – domenus(domains), kurio apsaugos sistema skirtingiems vartotojams suteikia skirtingas teises;

Struktūrizuotas tinklas Programinė įranga: turi palaikyti daugiaprocesorinę įvairių sisteminių ir taikomųjų uždavinių sprendimo paskirstymo sistemą, t.y. uždaviniai paskirstomi visiems pasiekiamiems procesoriams, palaiko įvairias platformas ir Intel ir Risc ir kt., palaiko ilgus(256) failų ir katalogų vardus, palaiko labai didelės apimties failus, palaiko labai didelės apimties diskus; Kiti požymiai Centralizuotas resursų paskirstymas, t.y. administruojamas; Realizuojama patikima duomenų apsauga; Pastoviai daromos rezervinės duomenų kopijos(backup); Saugumas, t.y. praradus pagrindinius duomenis visada galima pasinaudoti rezervinėmis duomenų kopijomis arba realiame laike dubliuotais duomenimis; Neribojamas vartotojų skaičius; Nedideli reikalavimai klientinių kompiuterių techniniams parametrams.

Etaloninis tinklo modelis Bet kokio tinklo darbas pagristas informacijos perdavimu nuo vieno kompiuterio į kitą. Šiame procese galima išskirti šiuos uždavinius: duomenų atpažinimas, duomenų skaidymas į pilnai atpažįstamus blokus, prie kiekvieno bloko prijungiama papildoma informacija: nuskanti duomenų vietą, nuskanti gavėją, pridedama informacija reikalinga sinchronizacijai ir klaidų kontrolei, duomenų perkėlimas į tinklą ir jų persiuntimas.

OSI Jį sukūrė tarptautinė organizacija ISO(International Standarts Organization). Prieš patekdama iš vieno kompiuterio į kitą informacija pereina 7 duomenų apdorojimo lygius. Kiekvieną kartą prie informacijos paketo pridedama tam tikra informacija būdinga tik tam lygiui. Toks duomenų paketo papildymas dar vadinamas duomenų inkapsuliacija (duomenų įterpimas, data encapsulation).

OSI

Taikomasis lygmuo Su šiuo lygmeniu betarpiškai yra susieti šie protokolai: Domeninių vardų sistema DNS(Domains Name System). Dinaminis galinių tinklo taškų(host-ų) konfigūravimas DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol). Paprasčiausias failų perdavimo protokolas TFTP(Trivial File Transfer Protocol). Tinklo failų sistema NFS(Network File System). Maršrutizavimo informacijos keitimosi protokolas RIP(Routing Informatikon Protocol). Trumpiausio maršruto pasirinkimo maršrutizavimo protokolas OSPF(Open Shortest Path First). Galinio šiuzo protokolas BGP(Boeder Gateway Protocol).

Pristatomasis lygmuo Šio lygio paskirtis sužinoti gavėjo naudojamą tinklo sintaksę ir prieš perduodant informaciją į kitą lygmenį ją atitinkamai perkoduoti. Pavyzdžiui perduodant informaciją koduotą ASCII kodais į kitą kodą naudojantį kompiuterį šiame lygyje ji paprasčiausiai bus perkoduota. Jokios kitos papildomos informacijos į duomenų bloką nėra įterpiama.

Ryšio seanso lygmuo Jis apima 22 skirtingus servisus. Iš jų galima išskirti du gana svarbius servisus, tai – dialogo valdymas ir dialogo paskirstymas. Dialogo valdymo serviso dėka kiekvienas ryšio seansas turi unikalų 196 baitų identifikatorių apimanti keturis elementus: SS-USER iniciatoriaus nuoroda, SS-USER atsakovo nuoroda, bendra žymė, papildoma žymė. Vieną kartą nustatytas identifikatorius nebegali būti keičiamas per ryšio seansą. Jo dėka abi dialogą vykdančius pusės gali būti įsitikinusios, kad informacija perduota. Panaudojant specialias primityvus(S-TOKEN-GIVE, S-TOKEN-PLEASE, S-RELEASE, S-DISCONECT) pranešama apie sėkmingą dialogo pabaigą. Dialogo paskirstymo servisas atsakingas už teisingą duomenų perdavimą. Bloko formavimo metu duomenyse yra nurodomi kontrolės taškai, kurie suderinami ir su gavėju. Pagal juos tikrinamas gaunamu duomenų teisingumas.

Transporto lygmuo Naudojamas duomenų perdavimo kontrolei. Teoriškai yra penkios šio lygio protokolų klases: TP0, protokolas be papildomų funkcijų, numatoma, kad žemesnieji lygiai jau suteikė visas reikalingas paslaugas, TP1, protokolas taiso klaidas, aptiktas žemesniuosiuose OSI lygiuose, TP2, protokolas su multipleksavimu, t.y. įtraukia procesą identifikuojančius kodus ir kaip apdoroti paketą priimančioje pusėje, TP3, apjungia TP1 ir TP2 protokolų teikiamas paslaugas, TP4, pateikia pilną protokolų rinkinį, skirtą klaidų radimui ir taisymui, srautų valdymui žemesniuose lygiuose. Šio lygio dėka taip pat vykdomas duomenų segmentavimas ir segmentų numeravimas. Taip gavėjas gali pakartotinai paprašyti persiųsti sugadintą segmentą.

Transporto lygmuo Duomenų srauto valdymo(flow control) funkcija leidžia gavėjui suderinti duomenų siuntimo greitį Klaidų taisymas gali būti vykdomas dviem būdais: reakcija į klaidą, aptiktą kitame lygyje, t.y. siunčiamas blokų sąrašas ir prašoma nurodyti sugadinto numerį, klaidos ieškojimas ir jos taisymas tiesiogiai šiame lygyje. Transporto lygio protokolų blokas, turintį savo paketo struktūrą vadinama protokoliniu duomenų bloku PDU(protocol data unit). Transporto lygio paruoštas duomenų blokas dažnai yra vadinamas deitagramomis(datagram) ir duomenų perdavimo metu ji gali būti skaidoma į fragmentus(fragments), tai priklausys nuo naudojamo protokolo.

Tinklo lygmuo Jis atsako už duomenų perdavimo maršrutą nuo siuntėjo iki gavėjo. Šiame lygyje dar dažniausiai realizuojamos ir šios funkcijos: duomenų maršrutizavimas(routing), fragmentavimas, klaidų kontrolė, transporto lygio protokolo identifikavimas. Čia išskiriamos dvi tinklo kompiuterių rūšis: kompiuteriai – tarpininkai duomenų paketo kelyje kompiuteriai gavėjai. Tranzitinių perdavimų kiekis arba taip vadinamų šuolių(hop) skaičius nusako maršruto racionalumą, o pats jo parinkimas vadinamas maršrutizavimu.

Tinklo lygmuo Tarpinės sistemos paketą apdoroja tik iki tinklo lygio ir parenka duomenų paketui tolesnį maršrutą atsižvelgdamas į kompiuterio – gavėjo adresą. Jei gavėja yra pernelyg daug nutolęs, tai sistema kreipiasi į maršrutų lentelę, kad parinktų tokį maršrutizatorių, kuris tikrai perduos paketą gavėjui. Maršrutų lentelių sudarymas dažniausiai atliekamas rankiniu būdu arba automatiškai, panaudojant specializuotą protokolą. Tinklo lygyje veikia dviejų rūšių protokolai: tinklo protokolai(routed protocols), realizuojantys paketų perdavimą tinklu, maršrutizavimo protokolai(routing prtocols), jų dėka maršrutizatoriai renka informaciją apie tinklo topologiją.

Kanalinis lygmuo Skirtas ryšio nustatymui tarp fizinio tinklo ir kompiuterio protokolų steko. Yra sudarytas iš trijų elementų: specialaus formato kadro, kuriame inkapsuliuojami tinklo protokolo duomenys, mechanizmas reguliuojantis prieiga prie bendrai naudojamos tinklo terpės, fizinio lygio duomenų apdorojimo principai. Kanalinio lygio protokolo antraštėje visada yra gavėjo kompiuterio adresas, paprastai tai būna aparatinis tinklo įrenginio adresas(tinklo plokštei MAC), dažniausiai tai yra vietinio įrenginio, kuris turi apdoroti duomenų paketą adresas.

Kanalinis lygmuo Pagrindinės funkcijos: Tinklo aplinkos priėjimo valdymas – kita šio lygio protokolų paskirtis, t.y. jie rūpinasi, kad tinklas būtų prieinamas kiekvienam jame esančiam kompiuteriui, tai išsprendžia paketai. Taip pat priklauso ir nuo naudojamo informacijos perdavimo būdo(žymės perdavimas Token Ring tinkluose, kolizijų kontrolė Ethernet tinkluose ir pan.). Tikrinamos klaidos, kurios gali atsirasti perduodant duomenų paketą, t.y. į paketą įtraukiamas kontrolinės kadro sekos laukas FCS(frame check sequence), kuris gavėjo kompiuteryje sutikrinamas su gautais paketo duomenimis. Sugadintų paketų užklausų kartojimu užsiima aukščiau esantys lygiai. Dauguma šio lygio protokolų dirba su kadrais(frames), apimančiais duomenis ir informaciją gautą iš tinklo lygio. Įterpus šio lygio informaciją į duomenų paketą toliau ją galima transformuoti į konkretų signalą.

Paruoštas kadras perdavimui Kanalinis lygmuo Paruoštas kadras perdavimui

Fizinis lygmuo Jis nusako duomenų perdavimo aplinką, skirtą informacijos keitimuisi. Transiveris atsakingas už signalų perdavimą ir priėmimą iš tinklo – tai elektrinis įrenginys gaunantis dvejetainę informaciją iš kanalinio lygio ir ją verčiantis į įvairius analoginius signalus. Analoginis signalas gali būti perduodamas: atliekant amplitudinę, dažnio, fazės arba bet kokio jų sąryšio moduliaciją. Skaitmeninio signalo perkodavimui naudojami įvairūs algoritmai (Ethernet tinkluose naudojama mančesterinė kodavimo sistema, kurioje automatiškai sinchronizuojamas signalas). Analoginis signalas skaidomas į laiko atkarpas, vadinamas ląstelėmis(cells), o kiekvienos ląstelės įtampa ar kitas analoginis signalas apibrėžiamas dvejetainiu dydžiu. Čia labai svarbu kodavimo sinchronizavimas, t.y. kad vienodai duomenys būtų tiek užkoduojami tiek iškoduojami ir tiksliai nustatomas ląstelės ilgis.

OSI lygių ir komunikacinės įrangos atitikimas

OSI modelio praplėtimas. Kanalinis lygis dažnai yra skaidomas į dvi dalis: loginio ryšio valdymas(Logical Link Control, LLC) – valdo prisijungimą ir atsijungimą, valdo duomenų srautą, prisijungimo valdymas(Media Access Control, MAC) – kontroliuoja prisijungimą prie perdavimo terpės, nustato kadrų ribas, kontroliuoja klaidas, atpažįsta adresus.

Protokolų rinkiniai(protocol steck) Tai tam tikra jų kombinacija, kurioje kiekvienas rinkinio protokolas turi skirtingas funkcijas apibrėžtas OSI lygiais. Remiantis šiuo modeliu yra sukurta keletas standartinių protokolų rinkinių: IOS/OSI protokolų rinkinys, IBM System Networs Architecture(SNA), Digital DECnet, Novell NetWare, Apple Talk, Interneto protokolų rinkinys TCP/IP.

Taikomojo lygmens protokolai APPC(Advanced Program-to-program Communication) – vieno lygio tinkluose naudojamas IBM firmos protokolas. FTAM(File Transfer Access and Management) – OSI protokolas, skirtas veiksmams su failais. X.400 – CCITT protokolas skirtas tarptautiniam elektroniniam paštui. X.500 – CCITT failų ir katalogų tarnybų protokolas. SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) – interneto protokolas, skirtas elektroniniam paštui. FTP(File Transfer Protocol) – interneto protokolas, skirtas failų persiuntimui. SNMP(Simple Network Management Protocol) – interneto protokolas, skirtas tinklo ir jo komponentų monitoringui. Telnet – interneto protokolas, skirtas registracijai nutolusiame kompiuteryje ir duomenų juose apdorojimui. Microsoft SMBs(Server Message Blocks) – Microsoft firmos serverio parnešimų blokai ir kliento apvalkalas dar vadinamas redirektoriumi. NCP(Novell NetWare Core Protocol) – Novell firmos kliento apvalkalai dar vadinami redirektoriais. Apple Talk ir Apple Share – Apple firmos protokolų rinkinys. AFP(Apple Talk Filling Protocol) – Apple firmos veiksmų su nutolusiais failais protokolas. DAP(Data Access Protocol) – DECnet tinklų valdymo protokolas.

Transporto protokolai TCP(Transmision Control Protocol) – TCP/IP protokolas skirtas išskaidytų į fragmentus duomenų perdavimui. SPX – dalis IPX/SPX(Internetwork Packet Exchange/ Sequential Packet Exchange) formos Novell protokolo skirtas duomenų perdavimui. NWLink – Microsoft firmos IPX/SPX protokolo realizacija. NetBEUI(NetBIOS – Netowrk Basic Input/Output System) – nustato ryšį tarp kompiuterių ir atlieka transportavimo paslaugas aukštesnio lygio lygmenims. ATP(Apple Talk Transaction Protocol), NBP(Name Binding Protocol) – Apple firmos protokolų rinkinys.

Tinklo protokolai IP(Internet Protocol) – TCP/IP paketų perdavimo protokolas. IPX9Internetwork Packet Exchange) – firmos NetWare duomenų perdavimo ir maršrutizavimo protokolas. NWLink – Microsoft firmos IPX/SPX protokolo realizacija. NetBEUI – duomenų transportavimo ir priedų veiklą užtikrinantis protokolas. DDP(Datagram Delivery Protocol) – Apple Talk duomenų transportavimo protokolas.

Protokolų sąveikos lentelė

Protokolų sąveikos lentelė

TCP/IP Privalumai: nustato ryšį tarp ne vieno lygmens tinklo ir skirtingų kompiuterių tipų, suteikia galimybę dirbti internete, leidžia maršrutizuoti duomenų perdavimą vienos įstaigos ribose, šiam rinkiniui specialiai sukurti protokolai SMTP – elektroniniam paštui, FTP – failų perdavimui tarp kompiuterių, SNMP – tinklo valdymui. Trūkumai: didelė tarpinės atminties apimtis(stekas), nedidelis darbo greitis.

NetBEUI Privalumai: seansinio lygmens protokolas suteikiantis ryšio seansų vykdymui, labai populiarus ir palaikomas daugelio firmų produktuose, nedidelė tarpinės atminties apmtis(stekas), didelis darbo greitis ir geras suderinamumas. Trūkumai: nenumatyta duomenų maršrutizavimo funkcija.

ėkmės