Интернет желідегі протоколдар эталонды моделі

80-шы жылдары International Organization for Standardization (ISO) ұйымымен стандартталған ашық жүйелердің өзара әрекеттесу моделі (Open System Interconnection, OSI) өңделген.

OSI моделінің негізгі тағайындалуы желілік құралдарының өзара әрекеттесу ережелерін анықтайды.

OSI моделі анықтайды:

- пакеттер коммутациясымен желілердегі жүйелердің өзара әрекеттесуін,

- деңгейлердің стандартталған аталуын,

- әр деңгейінің функцияларын.

OSI моделінде (сурет 3.5) өзара әрекеттесу құралдары жеті деңгейге бөлінеді: қолданбалы, ұсыну, сеанстық, көліктік, желілік, арналық және физикалық.

OSI моделі операциялық жүйесі мен программалы және аппаратты құралдар көмегімен іске асырылатын жүйелік өзара әрекеттесу құралдарын сипаттайды.

3.5 сурет – Ашық жүйелердің өзара әрекеттесу моделі ISO/OSI

Бағдарламалар жүйелік құралдар қолдана отырып өзіндік өзара әрекеттесу протоколдарын іске асыра алады. Бұл мақсатпен программистттер қолданбалы программалы интерфейсті (Application Program Interface, API) қолданады.

Мысалы, А түйінінің бағдарламасы В түйініндегі бағдарламасымен өзара әрекеттесуін қарастырайық. Біріншіден А бағдарламасы қолданбалы деңгейіне сұраныс жібереді, мысалы файлдық қызметіне. Осы сұраныс негізінде қолданбалы деңгейінің программасы стандартты форматты хабарламаны өңдейді.

Хабарламаны өңдеп қолданбалы деңгейі келесі ұсыныс деңгейіне жібереді. Әр деңгейінде хабарлама құрамына әр түрлі қызметтік ақпарат қосылады (3.6 сурет).

3.6 сурет – Вложенность сообщений различных уровней

Физикалық деңгей хабарламаны 1 компьютердің шығыс интерфейсіне жібереді, одан кейін хабарлама желі арқылы (бұл уақытқа дейін хабарлама 1 компьютердің деңгейлерінде берілетін) 2 компьютердің кіріс интерфейсіне келіп түседі.

Хабарлама физикалық деңгейімен қабылданып, жоғарыға қарай деңгейлеріне беріледі. Әр деңгейі хабарламаға анализ жасайды және өз деңгейінің тақырыбын өңдеп, сәйкесінше функцияларын орындап, тақырыбын жояды да келесі деңгейіне жібереді.

ISO стандарттарында мәліметтер алмасудың бірлігін мәліметтердің протоколдық бірлігі (Protocol Data Unit, PDU) деп атайды. Нақтылы деігейлерінде мәліметтер алмасудың бірлігін арнайы атаулар қолданады: хабарама, кадр, пакет, дейтаграмма.

Физикалық деңгейі

Физикалық деңгейі (physical layer) биттер ағынын физикалық байланыс арналарымен (коаксиалды кабель, талшықты-оптикалық кабель, цифрлы арна) беруді қамтамасыз етеді. Физикалық деңгейінің функциялар желідегі барлық құралдарымен іске асырылады. Компьютерде физикалық деңгейінің функцияларын желілік адаптер немесе тізбектелген порты орындайды.

Физикалық деңгейнің мысалы ретінде Ethernet технологиясының 10BaseT спецификацияын (қолданылатын кабель – 3 категориясының 100 Ом тең толқындық кедергісімен экрандалмаған витая жұбы, разъем RJ-45, физикалық сегемнттің максималды ұзындығы 100 м тең, кабельдегі мәліметтерді ұсыну үшін манчестер кодасы) қарастыруға болады. Физикалық деңгейі тасымалданатын ақпараттың мағынасын қарастырмайды. Бұл деңгей ақпаратты биттер ағыны ретінде қарастырады. Физикалық деңгейінің басты тапсырмасы осы биттер ағынын бөгеуілсіз және берілген тактілік жиілікпен (көршілес биттер арасындағы интервалы) жеткізу болып табылады.

Арналық деңгейі

Арналық деңгейі (data link layer) бірінші деңгейі болып табылады (астынан жоғарыға қарай қарастыратын жағдайда), пакеттер коммутациясы ретінде жұмыс жасайды. Бұл деңгейінде PDU кадр (frame) деп аталады.

Арналық деңгейінің функциялары локальді және глобальді желілер үшін әр түрлі анықталады:

- Локальді желілерде арналық деңгей кадрлар жеткізуді кез-келген желі түйіндер арасында қамтиды. Желілер жалпы шина, сақина, жұлдыз немесе ағаш топоогиясы бойынша құрылады. Локальді желілер технологиялар мысалы ретінде Ethernet, FDDI, Token Ring қарастыруға болады.

- Глобальді желілерде арналық деңгей кадрларды тек ғана екі көршілес түйіндер арасында қамтамасыз етеді. Екінүктелі протоколдары ретінде кең таралған РРР (Point to Point Protokol) және HDLC қолданылады. Екідеңгейлі байланыстар негізінде әр түрлі топологиясымен желілер құрылады.

Локальді желілерді байланыстыру немесе глобальді желісінің түйіндер арасында хабарларды жеткізу үшін желілік деңгейінің құралдары қолданылады.

Жіберушінің желілік деңгейінен арналық деңгейіне желідегі қандай түйініне жеткізу қажет ақпарат пакеті беріледі. Бұл тапсырманы орындау үшін арналық деңгейі мәліметтер аймағы мен тақырыбы бар кадр өңдейді.Арналық деңгейі пакетті кадрдағы мәліметтер аймағына енгізеді (инкапсулирует) және тақырыбын қызметтік ақпаратпен толтырады. Кадрдағы тақырыбының ең маңызды ақпарат тағайындалу адресі болып табылады. Берілген адресі бойынша желідегі коммутаторлар пакеттің тасымалдауын қамтамасыз етеді.

Арналық деңгейінің функцияларына қателер табу және түзеу жатады. Бұл үшін арналық деңгейі кадр шекарасын арнайы биттер тізбектерімен белгілейді: басында преамбула - 7 байт 10101010, соңында 8-ші байт 10101011, флаг (01111110) – кадр синхрониациясы үшін қажет. Одан кейін кадр құрамына бақылау суммасын (Frame Check Sequence, FCS) енгізеді. Бақылау суммасы кадрдағы байттар функциясы болып арнаы алгоритм бойынша есептеледі. Желідегі түйін FCS мәні арқылы беріліс кезінде бөгеуілдер әсерінен кадрдағы мәліметтердің өзгерістерін анықтай алады.

Арналық деңгейінің протоколдары компьютерлер, көпірлер (мост), коммутаторлар, маршрутизаторлар, шлюздар көмегімен іске асырылады. Компьютерлерде арналық деңгейнің функциялары желілік адаптерлер мен драйверлер арқылы қамтамасыз етіледі.

Арналық деңгейінің протоколы кадрларды тасымалдауды тек ғана бір желі ішініде қамтамасыз етеді. Пакеттерді желілер арасында беру үшін желілік деңгейінің протоколдары қолданылады.

3.7 суретте Электроника және радиоэлектроника инженерлер Институтымен (IEEE) өңделген Ethernet, WLAN, Token Ring желілік технологияларының протоколдары көрсетілген.

3.7 сурет – IEEE 802.x протоколдары

Желілік деңгейі (network layer) бірнеше желілерді біріктіретін көліктік жүйені құруды қамтамасыз етеді.

3.8 суретте бірнеше желілер Ethernet, FDDI, Token Ring, ATM, Frame Relay көрсетілген. Бұл технологияларының әрқайсысы тек ғана өз желісіндегі тұтынушыларды байланыстыра алады, және мәліметтерді басқа желіге беруге мүмкіндігі жоқ. Себебі әр технологиясының ерекшеліктері бар. Мысалы, LAN ұқсайтын технологиялары — Ethernet, FDDI, Token Ring адресациялау жүйелері бірдей болса, қолданылатын кадрлар форматтары және протоколдар логикасының айырмашылықтарымен ерекшеленеді. Әр түрлі технологиялары бойынша құрылған желілерді байланыстыру үшін желілік деңгейінің қосымша құралдар қолданылады.

Желілік деңгейінің функциялары протоколдар мен маршрутизаторлармен іске асырылады.

3.8 сурет – Желілік деңгейінің қажеттілігі

Маршрутизатордың функциясы бірнеше желілерді физикалық жалғау болып табылады. Мар­шрутизатордың бірнеше желілік интерфейстері болады, әрқайсысына бір желі жалғанады. Сонымен, маршрутизатордың интерфейстері әр түрлі желілердің түйіндері болып табылады. Маршрутиатор программалы түрде іске асырылу да мүмкін (мысалы, Unix немесе Windows типтік конфигурациясына машрутизатордың программалы модулі енгізілген).

3.8 суретте көрсетілген желілерді байланыстыру үшін бұл желілерді маршрутизаторлар арқылы жалғап және желілік деңгейінің протоколдарын орнату қажет (3.9 сурет).

3.9 сурет – Internet желі құрылу мысалы

Желілік деңгейінің протоколдары құрылған желідегі түйіндеріне пакеттерді жеткізу үшін бұл түйіндерінің уникальный адресі болу керек. Бұл адрестер желілік немесе глобальдік деп аталады. Әр түйінге арналық және желілік адрес беріледі. Мысалы, 3.9 суреттегі Ethernet желісінің компьютеріне арналық деңгейінің адресі МАС1 және желілік деңгейінің адресі NET-A1 берілген. Пакетте тағайындалу адресі ретінде желілік деңгейінің адресі көрсетіледі. Маршрутты анықтау желілік деңгейінің функциясы болып табылады. 3.9 суретте үзілген сызықпен А компьютерінен Б компьютеріне мәліметтерді жеткізетін 3 маршрут белгіленген. Маршрутизатор желілер арасындағы байланыстар топологиясы туралы ақпарат жинап, коммутация кестелерін құрады.

Көліктік деңгей

Көліктік деңгей (transport layer) жоғарғы — қолданбалы, ұсыну және сеанстық деңгейлеріне талап қойылған сенімділікпен мәліметтер жеткізуды қамтамасыз етеді.

Көліктік деңгейінен жоғары барлық деңгейлері желі түйіндерінің программалық құралдарымен іске асырылады.

Сеанстық деңгей

Сеанстық деңгей (session layer) компьютерлердің өзара әрекеттесуін басқарады: нақтылы уақытта белсенді компьютерді анықтап сеансты синхронизациялау құралдарын ұсынады. Бұл деңгейдің функцияларын көбінесе қолданбалы және ұсыну деңгейлер протоколдарымен біріктіреді.

Ұсыну деңгей

Ұсыну деңгейі (presentation layer) желідегі берілетін ақпараттың ұсынылуын қамтамасыз етеді. Желі түйіндерінде мәліметтерді ұсыну үшін әр түрлі кодалау жүйелер қолданылады. Ұсыну деңгейінің басты функциясы жүйелердің мәліметтер арасындағы синтаксистік айырмашылықтарын келістіру согласование болып табылады. Бұл деңгейінде мәліметтердің шифрлеу және дешифрлеу орындалады, яғни қолданбалы деңгейі үшін мәліметтер алмасуының секретность қамтамасыз етіледі.

Қолданбалы деңгейі

Қолданбалы деңгейі (application layer) – бұл желі қолданушыларына жалпы қолданыстағы ресурстарына (файлдар, принтерлер немесе гипертексттік веб-беттер) қол жеткізуды қамтитын құралдар. Қолданбалы деңгейіндегі мәліметтер бірлігі хабарлама деп аталады.

Мысал ретінде кең таралған желілік файлдық қызметтерді қарастыруға болады: NFS және FTP TCP/IP жиынында, SMB - Microsoft Windows, NCP Novell NetWare операциялық жүйесінде.

Интернете желісінің негізгі сипаттамасы пакеттер коммутациясын жалғануды орнатусыз қамтамасыз ету болып табылады. Интернет екі протоколдарында негізделеді - IP және TCP, жиынтығы TCP/IP Интернет протоколдар стегі деп аталады.

TCP/IP негізінде әр түрлі желілер IP маршрутизаторлар көмегімен жалғанып Интернет кеңістігін құрады.

Интернет – коммуникациялар үшін TCP/IP стегін, уни­кальное адрестік кеңістігін және пакеттер тасымалдауы кезінде маршруттау принциптерін қолданылатын әр түрлі желіліер жиынтығы болып табылады.

3.10 суретінде IETF комитетімен өңделген TCP/IP стегіндегі протоколдарының моделі көрсетілген. Бұл модель бес деңгейден құрылған, (OSI моделі жеті деңгейлі). Бірінші екі деңгейлері OSI моделінің физикалық және мәліметтер деңгейлеріне сәйкес болып келеді.

Физическая среда

3.10 - TCP/IP протоколдар стегінің моделі

IP протоколы IETF моделінің үшінші деңгейінде орналасқан, бұл протокол функциялары OSI моделінің желілік функцияларына сәйкес.

IP протокольдық блоктары (пакеттер) датаграммалар деп аталады, Х.25 пакеттерімен салыстырса ұзындау болып табылады (бірақ 65,5 кбайттан кем емес), ауыспалы ұзындықпен сипатталады және желіде бір біреуінен тәуелсіз беріледі. Пакеттер коммутациясы технологиясы (Х.25 технологиясы) мен ұяшықтар коммутациясы (ATM технологиясы) технологияларымен салыстырғанда Инетрнет желісінің желілік деңгейінде датагараммалар жеткізілуі маршруттау әдісімен іске асырылады.

TCP протоколы IETF моделінің төртінші деңгейінде орналасқан, оның функциялары OSI моделінің көліктік деңгейіне сәйкес болып табылады. TCP протоколы пакеттердің үзіліссіз берілісін қамтамасыз етеді.

Бесінші деңгейінде приложение деп аталатын жүйешелер орналасқан. Бұл деңгей OSI моделінің жетінші деңгейіне сәйкес.

3.2.2 TCP/IP стегінің протоколдары

IETF моделі құрамына бір қатар протоколдар мен функциялар кіреді. Қазіргі кезде Интернет дамуына байланысты IP-бағытталған протоколдарының жүздеген спецификациялар бар.

Үшінші (желілік) деңгейінде IP (Internet Protocol) протоколы қамтамасыз етеді:

• Желі бойымен пакеттердің маршруттауын «наилучшей по­пытки» принципі бойынша (төменде қарастырылған);

• Әр түрлі базалық протоколдарымен желіліерді жалғау (мысалы, Х.25, ATM, Frame Relay, Ethernet);

• Перегрузок бақылау.

Төртінші (көліктік) деңгейінде TCP (Transmission Control Protocol – тасымалдауды басқаратын протоколы) протоколы қамтиды:

• Тұтынушылар арасындағы сенімді жалғануларды орнату (инициализациялау, подтверждение, тарату/қабылдау, байланысты үзу разрушение);

• Хабарлардың түзулігі мен қателерді бақылау;

• Желінің жұмыс режимін қалпына келтіру. Восстановление

UDP протоколы (User Datagram Protocol – датаграммаларды беру қолданушылық протоколының функциялары төменде қарастырылады.

3.2.3 Интернет желісінің ұйымдастырылу принциптері

3.10 суретте көрсетілген IETF моделіндегі желілік интерфейс деңгейі OSI моделінің екі деңгейіне сәйкес. Екінші деңгейінде ақпараттың кадр түрінде ұсыну және бөгеуілдерге тұрақты кодалау іске асырылады. Бірінші деңгейінде физикалық беру арнасымен жалғануы қамтамасыз етіледі.

Үшінші деңгейінде басты элементі IP-маршрутизатор, басқаша IP-шлюзом деп аталатын, болып табылады. Осындай интерфейс арқылы әр түрлі типті желіліер жалғануы мүмкін - ло­кальді желіліер (LAN), қалалаық желіліер (MAN), глобальдік желіліер (WAN). Желіге қосылатын жұмысшы станциялары хост деп аталады. Интернет желісінде хосттар клиенттер немесе қызметтерді жеткізушілер (провайдеры) болып табылады. Клиент қызметтер жиынына сұраныс қоятын объектті ұсынады. Провайдер, сервер ретінде сұраныстарды өңдеп қызметтерді қамтамасыз етеді. Сонымен, желіде хосттар арасындағы қатынастар орнатылады. 3.11 суретінде үш желіні біріктірген Интернет желі фрагменті көрсетілген.

IPv4 датаграммасының құрылымы.

Әр IР датаграмма тақырып пен мәліметер аймақтарынан құрылады. 3.12 суретте IP датаграммасының 4 версиясына сәйкес тақырыбы көрсетілген. Төртінші версияның бірінші үлгілері 1980-шы жылдары өңделді.

Рисунок 3.11 – Интернет желісінің фрагменті

3.2.4 IPv4 мен IPv6 тақырыптарының құрылымы

Тақырып минималды 20 байттан құрылады және қосымша опцияларды қамтамасыз ету үшін 4 байтқа кеңейту мүмкіндігі қарастырылған. Ыңғайлылығы үшін тақырыбы 4 байттан құрылатын жолдар жиыны түрінде ұсынылады. Осындай өрістер саны 5 немесе 6.

IPv6 протоколындағы адрестер саны 2¹²⁸- 1-3,4x10³⁸ тең. IPv6 протоколында датаграммалар IPv6 пакеттері, желілік элементтер (маршрутизаторлар мен хосттар) түйіндер (nodes) деп аталады.

3.2.5 TCP және UDP тақырыптарының құрылымы

TCP (Transmission Control Protocol) протоколы. IP желіліерінде пакеттерді тасымалдаудың сенімділігін жоғарылату үшін 1974 жылы көліктік деңгейінің протоколы өңделді. TCP протоколы жалғануларға бағытталған болып табылады. TCP пакеті сегмент деп те аталады.

3.12 суретте бес жолдан (әрқайсысы 4 байттан) құрылған TCP протоколы тақырыбының құрылымы көрсетілген.

TCP протоколының тақырыбы жіберуші мен алушы порттар нөмірлер өрістерінен басталады (әр өрісі 2 байттан). IP адресі мен TCP портының нөмірі хосттың соңғы нүктесі деп аталады. TCP жіберуші порты, IP жіберуші адресі, TCP тағайындалу адресі және IP алушының адресі комбинациясы сокет деп аталатын TCP уникальное жалғануды анықтайды.

«Порядковый номер» өрісі, 4 байт, берілетін ТСР сегментінде пакеттің байттар нөмірлеуін анықтайтын бастапқы реттік нөмірінен жылжытуын анықтайды.

3.12 сурет – TCP протокольдық блогы тақырыбының құрылымы

«Длина заголовка» өрісі, 4 бит, TCP тақырыбының ұзындығын анықтайды.

«Резерв» өрісі қазіргі протоколда қолданбайды және нөлге тең болып алынады.

«Флаги» өрісі, 6 бит, 6 жеке флагтарын анықтайды. Әр флагтың мәні «1» тең болғаны нақтылы процедураны анықтайды (ақпараттың маңыздылығы, байланысты ажырату, синхронизациялауға сұраныс жасау).

«Размер окна» өрісі, 2 байт, қабылдағыш буферіне қабылданатын және сақталатын ақпарат байттарын анықтайды.

«Контрольная сумма» өрісі, 2 байт, желідегі түйін бақылау суммасы мәні арқылы беріліс кезінде бөгеуілдер әсерінен кадрдағы мәліметтердің өзгерістерін анықтай алады.

«Указатель важной информации» өрісі, 2 байт, приоритеті бар сегменттің соңгы байтын анықтайды.

«Опции» өрісі желідегі мониторинг және бақылау функцияларын енгізуге қажет.

«Заполнитель» өрісі «Оп­ции» өрісін 32 бит толық ұзындығына дейін толтыру үшін қолданылады.

UDP (User Datagram Protocol) протоколы көбінесе локальді желілерде немесе Интернет желісінде сөйлесулерді жеткізу үшін қолданылады.

Дата добавления: 2014-01-07