Сравнительный анализ сетевого оборудования канального уровня модели OSI на основе сетей пакетной коммутации

Федеральное агентство по образованию

Волгоградский государственный университет

Факультет физики и телекоммуникаций

Кафедра телекоммуникационных систем

                                                    «Допустить к защите»

                                                                          Заведующий кафедрой ТКС к.т.н.,

                                                                          доцент Семенов Е.С. __________

                                                                         «___»        ______________2010 г.

Курсовая работа

Сравнительный анализ сетевого оборудования канального уровня модели OSI на основе сетей пакетной коммутации

Руководитель: к.э.н. и ст. преп. каф. ТКС

                                                                      Кирьянова Нина Ивановна

                                                                                   ______________________

                                                                           Студентка: 2-го курса гр. ТК-081

                                                                 Эминова Марина Расимовна

                            _____________________

                                        Волгоград 2010

Содержание

Введение

1 Обзор модели OSI

1.1 Характеристики уровней модели OSI

1.2 Протоколы

1.3 Модель OSI и связь между системами

1.4 Службы уровня модели OSI

1.5 Информационные форматы

2 Канальный уровень

2.1 Передача данных на канальном уровне

2.2 Методы передачи данных канального уровня

2.2.1 Аналоговая модуляция

2.2.2 Цифровое кодирование

2.3 Методы коммутации

3 Сравнение интерфейсов канального уровня разных центров коммутации

3.1 Интерфейс центров коммутации каналов

3.2 Интерфейс центров коммутации пакетов

3.3 Интерфейс центра коммутации сообщений

Заключение

Список литературы

Введение

Тезис о пользе стандартизации, справедливый для всех отраслей, в компьютерных сетях приобретает особое значение. Суть сети — это соединение разного оборудования, а значит, проблема совместимости является одной из наиболее острых. Без соблюдения всеми производителями общепринятых правил разработки оборудования прогресс в деле "строительства" сетей был бы невозможен. Поэтому все развитие компьютерной отрасли, в конечном счете, отражено в стандартах — любая новая технология только тогда приобретает "законный" статус, когда ее содержание закрепляется в соответствующем стандарте.

В компьютерных сетях идеологической основой стандартизации является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. Именно на основе этого подхода была создана стандартная семиуровневая модель взаимодействия открытых систем, ставшая своего рода универсальным языком сетевых специалистов. В начале 80-х годов ряд международных организаций по стандартизации — ISO, ITU-T и некоторые другие — разработали модель, которая сыграла значительную роль в развитии сетей. Эта модель называется моделью ISO/OSI. Эта модель была разработана Международной организацией по стандартизации (стандарт ISO) в 1984 году и сейчас считается основной архитектурной моделью взаимодействия компьютеров.

    Целью данной курсовой работы является изучение процесса преобразования различного рода трафика физического уровня модели OSI в пакеты канального уровня для дальнейшей передачи по сетям ПД. Для достижения  данной цели необходимо выполнить следующие задачи:

1.             Рассмотреть все виды сетевого трафика в соответствии со службами ТКС.

2.             Выявить свойства нагрузки в виде вызовов, сообщений и сигналов, при взаимодействии сетевых терминалов на канальном уровне модели OSI.

3.             Сравнить способы передачи вызовов, сообщений и сигналов по цифровым сетям ТКС на канальном уровне модели OSI.

1 Обзор модели OSI

Модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) определяет различные уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень.

В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней:

прикладной уровень (Application Layer);

уровень представления (Presentation Layer);

сеансовый уровень (Session Layer);

транспортный уровень (Transport Layer);

сетевой уровень (Network Layer);

канальный уровень (Channel Layer or Data Link Layer);

физический уровень (Physical Layer).

Рис.1- Эталонная модель OSI взаимодействия открытых систем состоит из семи независимых уровней

Эталонная модель взаимодействия открытых систем (модель OSI) предназначена для описания процесса пересылки информации через сетевую среду от одного программного приложения другому программному приложению, работающему на другом компьютере. Эталонная модель OSI является семиуровневой концептуальной моделью. Каждый уровень выполняет определенные сетевые функции. Модель OSI разделяет задачи обмена информацией между связанными в сеть компьютерами на семь более управляемых групп задач меньшего размера. Затем задача или группа задач приводится в соответствие со всеми семью уровнями модели OSI. Каждый уровень является настолько самодостаточным, что задачи любого уровня могут выполняться независимо. Это позволяет вносить изменения в работу одного уровня, не влияя на работу других уровней.

1.1 Характеристики уровней модели OSI

Семь уровней эталонной модели OSI можно разделить на две категории: верхние и нижние уровни. Высшие уровни модели OSI имеют дело с прикладными задачами и применяются только в программном обеспечении. Высший, прикладной, уровень является ближайшим к конечному пользователю. Пользователь и процессы прикладного уровня взаимодействуют с программным обеспечением, содержащим компонент связи. Термин высший уровень иногда используется по отношению к любому уровню, расположенному над другим уровнем модели OSI.

Низшие уровни модели OSI используются для транспорта данных. Физический и канальный уровни реализованы в оборудовании и программном обеспечении. Другие низшие уровни зачастую применяются только в программном обеспечении. Самый низший уровень, физический, является и самым близким к физической сетевой среде (сетевое кабельное оборудование, например) и отвечает за реальное размещение информации в среде. В общем случае термин низший уровень часто используется по отношению к уровням 1 и 2, хотя это очень относительно.

1.2 Протоколы

Модель OSI очерчивает концептуальные рамки связи между компьютерами, но модель сама по себе не является методом связи. Реальная связь обеспечивается протоколами маршрутизации. В контексте передачи данных по сети протокол является формальным набором правил и соглашений, управляющих процессом обмена информацией между компьютерами в сетевой среде. В протоколе реализованы функции одного или более уровней модели OSI. Существует широкое разнообразие коммуникационных протоколов, но все они, как правило, попадают в одну из следующих групп: протоколы локальных сетей, протоколы распределенных сетей, сетевые протоколы и протоколы маршрутизации. Протоколы локальных сетей функционируют на физическом и канальном уровнях модели OSI и определяют связь по различным распределенным сетевым средам. Протоколы глобальных сетей функционируют на трех низших уровнях модели OSI и определяют связь по различным распределенным средам. Протоколы маршрутизации — это протоколы сетевого уровня, отвечающие за определение пути и коммутацию трафика. Наконец, сетевые протоколы представляют собой различные высокоуровневые протоколы, существующие в данном наборе протоколов.

1.3 Модель OSI и связь между системами

Информация, передаваемая из программного обеспечения одной компьютерной системы программному обеспечению другой компьютерной системы, должна проходить через все уровни модели OSI. Например, если прикладному программному обеспечению в системе А необходимо передать информацию прикладному программному обеспечению в системе В, прикладная программа системы А передаст его информацию на прикладной уровень (уровень 7) системы А. Затем прикладной уровень передает информацию на уровень представления (уровень 6), который коммутирует данные на сеансовый уровень (уровень 5), и т.д. вниз до физического уровня (уровень 1). На физическом уровне информация помещается в физическую сетевую среду и посылается через нее в систему В. Физический уровень системы В выбирает информацию из физической среды и передает ее вверх на канальный уровень (уровень 2), который передает ее на сетевой уровень (уровень 3), и т.д. вверх, до тех пор, пока информация не достигнет прикладного уровня (уровень 7) системы В. Наконец, в завершение процесса обмена информацией прикладной уровень системы В передает информацию приемнику — прикладной программе.

В общем случае, каждый уровень модели OSI обменивается данными с тремя другими уровнями модели OSI: уровнем, находящимся непосредственно над этим уровнем, уровнем, находящимся непосредственно под этим уровнем, и одноранговым уровнем в других связанных сетью компьютерных системах. Канальный уровень в системе А, например, обменивается данными с сетевым уровнем системы А физическим уровнем системы А, и канальным уровнем системы В (рис. 2).

Рис. 2 - Взаимодействие уровней модели OSI

1.4 Службы уровня модели OSI

Уровень модели OSI обменивается данными с другим уровнем для того, чтобы использовать службы второго уровня. Службы соседних уровней помогают данному уровню модели OSI организовать связь с одноранговым ему уровнем в других компьютерных системах. В службах уровней задействовано три основных элемента: пользователь службы, провайдер службы и точка доступа к службе (SAP). В таком контексте пользователь службы является уровнем модели OSI, который запрашивает службы соседнего уровня. Провайдером службы является уровень модели OSI, который предоставляет службы пользователям. Уровни OSI могут обеспечивать службы множеству пользователей служб. SAP является концептуальной точкой, в которой один уровень модели OSI запрашивает службы у другого уровня модели OSI. На рис. 3 показано взаимодействие этих трех элементов на сетевом и канальном уровнях.

Рис. 3 - Взаимодействие пользователей и провайдеров служб и точки доступа к службе на сетевом и канальном уровнях

1.5 Информационные форматы

Данные и управляющая информация, которые передаются по сетям, имеют широкое разнообразие форм. Термины, которые употребляют при определении этих информационных форматов, не используются постоянно в сетевой промышленности, но иногда используются в качестве взаимозаменяемых. Общие информационные форматы включают фреймы, пакеты, дейтаграммы, сегменты, сообщения, ячейки и единицы данных.

Фрейм (Frame) или Кадр — это единица информации, отправителями и получателями которой являются сущности канального уровня. Фрейм состоит из заголовка канального уровня (и, возможно, окончания) и данных, поступивших с высшего уровня. Заголовок и окончание содержат управляющую информацию, предназначенную для сущности канального уровня получателей. Данные, поступившие от сущности высшего уровня, инкапсулируются в заголовок и окончание канального уровня.

Ячейка (Cell) — это единица информации фиксированного размера, отправителем и получателем которой являются сущности канального уровня. Ячейки используются в коммутируемых средах, таких как ATM-сети (режим асинхронной передачи — Asynchronous Transfer Mode —ATM) и SMDS-сети (коммутируемая многомегабитовая служба передачи данных — Switched Multimegabit Data Service —SMDS). Ячейка состоит из заголовка и полезной нагрузки. Заголовок содержит управляющую информацию для канального уровня сущности-получателя, его длина составляет 5 байт. Полезная нагрузка содержит данные, поступившие с высшего уровня, которые затем инкапсулируются в заголовок ячейки и его длина уже составляет 48 байт. Длина полей заголовка и полезной нагрузки для всех ячеек одинакова.

Пакет (Packet) — это единица информации, отправителем и получателем которой являются сущности сетевого уровня. Пакет состоит из заголовка сетевого уровня (и, возможно, окончания) и данных, поступивших с высшего уровня.

Термин дейтаграмма (Datagramm) относится к единице информации, отправителем и получателем которой являются сущности сетевого уровня, использующие сетевые службы без подтверждения соединения.

Термин сегмент обычно относится к единице информации, отправителем и получателем которой являются сущности транспортного уровня.

Сообщение (Message) — это единица информации, сущность отправителем и получателя которой существует над сетевым уровнем (часто на прикладном уровне).

2 Канальный уровень

На физическом уровне просто пересылаются биты. При этом не учитывается, что в тех сетях, в которых линии связи используются (разделяются) попеременно несколькими парами взаимодействующих компьютеров, физическая среда передачи может быть занята. Поэтому одной из задач канального уровня (Data Link layer) является проверка доступности среды передачи. Другая задача канального уровня — реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами (frames). Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, помещая специальную последовательность бит в начало и конец каждого кадра, для его выделения, а также вычисляет контрольную сумму, обрабатывая все байты кадра определенным способом, и добавляет контрольную сумму к кадру. Когда кадр приходит по сети, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка. Канальный уровень может не только обнаруживать ошибки, но и исправлять их за счет повторной передачи поврежденных кадров. Необходимо отметить, что функция исправления ошибок для канального уровня не является обязательной, поэтому в некоторых протоколах этого уровня она отсутствует, например в Ethernet и frame relay.

Функции канального уровня:

1.Надежная доставка пакета

-между двумя соседними станциями в сети с произвольной топологией,    

-между любыми станциями в сети с типовой топологией;

2.Проверка доступности разделяемой среды;

3. Выделение кадров из потока данных, поступающих по сети;

4.Формирование кадров при отправке данных;

5.Подсчет и проверка контрольной суммы.