Станислав Горобченко - Курс АСУ ТП непрерывных производств. Конспект лекций

Стандартные протоколы

Стандартные протоколы позволяют программному и аппаратному обеспечению различных производителей нормально функционировать.

Существует два главных набора стандартов:

– OSI

– Project 802

Пример использования протоколов

Рис.3.4. Использование протоколов

История создания протоколов

В феврале 1980 Project 802 установил стандарты для физических компонентов сети – интерфейсных плат и кабельной системы, – с которыми имеют дело Физический и Канальный уровни модели OSI.

В 1984 г. ISO (международная организация стандартов) выпустила эталонную модель взаимодействия открытых систем (OpenSystemInterconnection). Эта версия стала международным стандартом: именно ее спецификации используют производители при разработке сетевых продуктов, именно ее придерживаются при построении сетей.

Рис.3.5. Схема модели OSI

Уровни Модели OSI

Уровни отделяются друг от друга границами – интерфейсами. Все запросы от одного уровня к другому передаются через интерфейс. Каждый уровень использует услуги нижележащего уровня.

–На каждом уровне выполняются определенные сетевые функции, которые взаимодействуют с функциями соседних уровней.

–Каждый уровень представляет несколько услуг (операций), подготавливающих данные для доставки по сети на другой компьютер.

–Уровни отделяются друг от друга границами – интерфейсами. Все запросы от одного уровня к другому передаются через интерфейс.

– Каждый уровень использует услуги нижележащего уровня.

Семиуровневая модель взаимодействия OSI (OpenSystemsInterconnection)

Рис.3.6. Семиуровневая модель взаимодействия OSI

Взаимодействие уровней модели OSI

Сетевая модель OSI – OpenSystemsInterconnection модель взаимодействие открытых систем

ISO – InternationalStandardsOrganization

– Модель OSI-ISO справедлива для сетевых решений любых операционных систем.

– Модель OSI – это не программный продукт.

– Модель OSI не участвует в коммуникационном процессе.

Правила, определяемые моделью OSI

– Способ соединения сетевых устройств друг с другом и, если они используют разные языки, способ обмена информацией

– Способы информирования сетевого устройства о том, в какие периоды оно может посылать данные

– Методы, позволяющие убедиться, что переданные по сети данные получены предполагаемым адресатом и получены без искажений

– Топология соединения физических средств передачи сигналов

– Методы, позволяющие убедиться, что сетевые устройства поддерживают корректную скорость передачи данных

– Способ представления данных в сетевом носителе

7 уровней модели ISO-OSI

– Уровень приложений (уровень 7);

– Уровень представления данных;

– Сеансовый уровень;

– Транспортный уровень;

– Сетевой уровень;

– Канальный уровень;

– Физический уровень (уровень 1).

Стеки протоколов

– Если для реализации взаимодействия требуется больше одного протокола, протоколы объединяются в стек.

– Стек– это группа организованных по вертикали протоколов, которая осуществляет весь коммуникационный процесс.

– С каждым уровнем модели OSI связан свой протокол.

– Уровень N обслуживается уровнем, находящимся под ним (N-1), и обслуживает уровень, находящийся над ним (N+1).

– Для осуществления связи между двумя компьютерами на них должны стоять одинаковые стеки протоколов.

Взаимодействие стеков протоколов

Каждый уровень стека протоколов на одном компьютере сообщается с подобным уровнем (или партнером) на другом. Взаимодействовать могут даже компьютеры с разными операционными системами, если они используют одинаковые стеки протоколов.

Рис. 3.7. Каждый уровень сообщается со своим аналогом на другом узле сети

Рис. 3.8. Когда пакеты проходят вверх и вниз по стекам, каждый уровень добавляет или удаляет соответствующую управляющую информацию

Когда сообщение спускается вниз по первому стеку, на каждом уровне этого стека (кроме канального уровня) добавляется заголовок. Заголовки содержат управляющую информацию, которая считывается и обрабатывается соответствующим уровнем стека получателя. При переходе вверх по стеку принимающего компьютера добавленные заголовки удаляются соответствующими уровнями, которые используют полученную информацию, чтобы определить, как поступить с содержимым сообщения

Физический уровень

Физический уровень отвечает за все элементы фактического соединения между компьютером и сетевым носителем, в том числе:

– Типы сетевых соединений, включая многоточечные и двухточечные

– Физическую топологию сети (например, шинную, звездообразную или кольцевую)

– Методы аналоговой и цифровой передачи сигналов, используемые для кодирования данных в аналоговых и цифровых сигналах

– Синхронизацию бит, благодаря которой отправитель и получатель синхронизируются во время чтения и записи данных

– Мультиплексирование, т.е. процесс объединения нескольких каналов данных в один

– Согласование нагрузки линии, которое предотвращает отражение сигналов по кабелю, приводящее к искажению сигналов и пакетов.

Рис. 3.9. Физический уровень создает физическую цепь для передачи электрических, оптических или радиосигналов

Канальный уровень

Канальный уровень обеспечивает передачу потока данных по одному физическому каналу от одного устройства к другому. Он принимает пакеты от сетевого уровня и упаковывает эту информацию в единицы данных, называемые кадрами; кадры направляются на физический уровень для передачи. Канальный уровень добавляет передаваемым данным управляющую информацию, а именно: тип кадра, сведения о маршрутизации и сегментации. Канальный уровень отвечает также за устранение ошибок во время передачи кадров от одного компьютера к другому, выявляет потерю кадров и может запросить их повторную отправку.