Genel konseptler. Protokol. Protokol yığını

Bilgisayarları bir ağa bağlarken izlenen temel amaç, her bilgisayarın kaynaklarını tüm ağ kullanıcıları tarafından kullanabilme yeteneğidir. Bu özelliğin gerçekleşebilmesi için ağa bağlı bilgisayarların ağdaki diğer bilgisayarlarla gerekli etkileşim araçlarına sahip olması gerekir.
Ayırma sorunu ağ kaynakları birçok problemin çözülmesini içerir - bilgisayarlara yönelik bir yöntem seçmek ve koordinasyonu sağlamak elektrik sinyalleri kurarken elektrik iletişimi, güvenilir veri iletiminin sağlanması ve hata mesajlarının işlenmesi, gönderilen mesajların oluşturulması ve alınan mesajların yorumlanması ve aynı derecede önemli diğer birçok görev.
Karmaşık bir problemi çözmek için genel yaklaşım, onu birkaç alt probleme bölmektir. Her alt görevi çözmek için belirli bir modül atanır. Aynı zamanda her modülün işlevleri ve etkileşimlerine ilişkin kurallar açıkça tanımlanmıştır.
Görev ayrıştırmasının özel bir durumu, alt görevleri çözen tüm modül setinin hiyerarşik olarak sıralanmış gruplara (seviyelere) bölündüğü çok düzeyli bir temsildir. Her seviye için, belirli bir seviyedeki modüllere, sorunlarını çözmek için daha yüksek seviyedeki modüller tarafından erişilebilen bir dizi sorgu işlevi tanımlanır.
Belirli bir katmanın daha yüksek bir katman için gerçekleştirdiği bu işlevler dizisine ve etkileşimleri sırasında iki komşu katman arasında değiştirilen mesaj formatlarına arayüz adı verilir.
İki makine arasındaki etkileşimin kuralları, her seviye için bir dizi prosedür olarak tanımlanabilir. Aynı seviyede ancak farklı düğümlerde bulunan ağ bileşenleri arasında alınıp verilen mesajların sırasını ve formatını belirleyen bu tür resmileştirilmiş kurallara protokol denir.
Ağlar arası iletişimi organize etmek için yeterli, farklı düzeylerde tutarlı bir protokol kümesine protokol yığını denir.
Etkileşimi düzenlerken iki ana protokol türü kullanılabilir. Bağlantı yönelimli ağ hizmeti (CONS) protokollerinde, veri alışverişinden önce gönderici ve alıcının öncelikle mantıksal bir bağlantı kurması, yani yalnızca belirli bir ağ dahilinde geçerli olacak değişim prosedürünün parametreleri üzerinde anlaşmaya varması gerekir. bu bağlantının. Diyaloğu tamamladıktan sonra bu bağlantıyı sonlandırmaları gerekir. Yeni bir bağlantı kurulduğunda anlaşma prosedürü tekrar gerçekleştirilir.
İkinci protokol grubu, önceden bağlantı kurulması gerekmeyen protokollerdir (bağlantısız ağ hizmeti, CLNS). Bu tür protokollere datagram protokolleri de denir. Gönderen, mesajı hazır olduğunda iletir.

ISO/OSI modeli

Bir protokolün etkileşim halindeki iki varlık (bu durumda bir ağ üzerinde çalışan iki bilgisayar) arasındaki bir anlaşma olması onun mutlaka bir standart olduğu anlamına gelmez. Ancak pratikte ağları uygularken standart protokolleri kullanma eğilimindedirler. Bunlar tescilli, ulusal veya uluslararası standartlar olabilir.
Uluslararası Standartlar Organizasyonu (ISO), sistemler arasındaki farklı etkileşim seviyelerini açıkça tanımlayan, bunlara standart adlar veren ve her seviyenin ne iş yapması gerektiğini belirten bir model geliştirmiştir. Bu modele etkileşim modeli denir açık sistemler(Açık Sistem Bağlantısı, OSI) veya ISO/OSI modeli.
OSI modelinde iletişim yedi katmana veya katmana bölünmüştür (Şekil 1). Her seviye etkileşimin belirli bir yönünü ele alır. Böylece etkileşim sorunu, her biri diğerlerinden bağımsız olarak çözülebilen 7 özel soruna ayrıştırılır. Her katman, üstündeki ve altındaki katmanlarla arayüzleri korur.
OSI modeli yalnızca şunları açıklar: sistem Araçları son kullanıcı uygulamalarına dokunmadan etkileşimler. Uygulamalar, sistem olanaklarına erişerek kendi iletişim protokollerini uygular. Uygulamanın, OSI modelinin bazı üst katmanlarının işlevlerini devralabileceği akılda tutulmalıdır; bu durumda, gerekirse ağlar arası çalışma, uygulamanın geri kalan alt katmanlarının işlevlerini yerine getiren sistem araçlarına doğrudan erişir. OSI modeli.

Bir son kullanıcı uygulaması, sistem etkileşim araçlarını yalnızca başka bir makinede çalışan başka bir uygulamayla diyalog düzenlemek için değil, aynı zamanda yalnızca belirli bir ağ hizmetinin hizmetlerini almak için de kullanabilir.

Diyelim ki bir uygulama, dosya hizmeti gibi bir uygulama katmanına istekte bulunuyor. Bu isteğe dayanarak yazılım Uygulama katmanı, servis bilgilerini (başlık) ve muhtemelen iletilen verileri içeren standart formatta bir mesaj üretir. Bu mesaj daha sonra temsilci seviyesine iletilir.
Sunum katmanı, başlığını mesaja ekler ve sonucu oturum katmanına iletir, oturum katmanı da başlığını ekler ve bu şekilde devam eder.
Son olarak mesaj, onu iletişim hatları üzerinden ileten en alt fiziksel katmana ulaşır.
Ağ üzerinden başka bir makineye mesaj ulaştığında, sırayla seviyeden seviyeye yükselir. Her seviye kendi seviyesinin başlığını analiz eder, işler ve siler, karşılık gelen işlemi gerçekleştirir bu seviye işlevi görür ve mesajı daha üst seviyeye iletir.
Mesaj terimine ek olarak, ağ uzmanları tarafından bir veri alışverişi birimini belirtmek için kullanılan başka isimler de vardır. Her seviyedeki protokollere yönelik ISO standartları “protokol veri birimi” - Protokol Veri Birimi (PDU) terimini kullanır. Ayrıca çerçeve, paket ve datagram isimleri de sıklıkla kullanılır.

ISO/OSI Model Katmanı İşlevleri

Fiziksel seviye. Bu katman, bitlerin koaksiyel kablo, bükümlü çift kablo veya fiber optik kablo gibi fiziksel kanallar üzerinden iletilmesiyle ilgilidir. Bu seviye, bant genişliği, gürültü bağışıklığı, karakteristik empedans ve diğerleri gibi fiziksel veri iletim ortamının özellikleriyle ilgilidir. Aynı seviyede, darbe kenarları, voltaj veya akım seviyeleri gibi elektrik sinyallerinin özellikleri belirlenir. iletilen sinyal, kodlama türü, sinyal iletim hızı. Ayrıca konnektör türleri ve her bir temasın amacı burada standartlaştırılmıştır.
Ağa bağlı tüm cihazlarda fiziksel katman işlevleri uygulanır. Bilgisayar tarafında fiziksel katman fonksiyonları ağ bağdaştırıcısı veya seri port tarafından gerçekleştirilir.
Veri bağlantısı düzeyi. Bağlantı katmanının görevlerinden biri iletim ortamının kullanılabilirliğini kontrol etmektir. Bağlantı katmanının bir diğer görevi ise hata tespit ve düzeltme mekanizmalarını uygulamaktır. Bunu yapmak için veri bağlantısı katmanında bitler, çerçeve adı verilen kümeler halinde gruplandırılır. Bağlantı katmanı, her çerçeveyi işaretlemek için her çerçevenin başına ve sonuna özel bir bit dizisi yerleştirerek her çerçevenin doğru şekilde iletilmesini sağlar ve ayrıca çerçevenin tüm baytlarını belirli bir şekilde toplayıp sağlama toplamını ekleyerek bir sağlama toplamı hesaplar. çerçeveye. Çerçeve ulaştığında, alıcı alınan verilerin sağlama toplamını tekrar hesaplar ve sonucu çerçeveden gelen sağlama toplamıyla karşılaştırır. Eşleşirlerse çerçeve doğru kabul edilir ve kabul edilir. Sağlama toplamları eşleşmiyorsa bir hata kaydedilir.
Kullanılan bağlantı katmanı protokollerinde yerel ağlar, bilgisayarlar arasındaki belirli bir bağlantı yapısı ve bunları adresleme yöntemleri ortaya konmuştur. Veri bağlantı katmanı, yerel bir ağdaki herhangi iki düğüm arasında çerçeve teslimatı sağlasa da, bunu yalnızca çok özel bir bağlantı topolojisine, tam olarak tasarlandığı topolojiye sahip bir ağda yapar. LAN bağlantı katmanı protokolleri tarafından desteklenen tipik topolojiler arasında paylaşılan veri yolu, halka ve yıldız bulunur. Bağlantı katmanı protokollerine örnek olarak Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN verilebilir.
Ağ katmanı. Bu seviye, uç düğümler arasında bilgi aktarımı için farklı prensiplere sahip çeşitli ağları birleştiren birleşik bir taşıma sistemi oluşturmaya hizmet eder.
Mesajlar ağ katmanı genellikle paketler olarak adlandırılır. Paket dağıtımını ağ düzeyinde düzenlerken “ağ numarası” kavramı kullanılır. Bu durumda alıcının adresi ağ numarası ve bu ağdaki bilgisayar numarasından oluşur.
Bir ağda bulunan bir göndericiden başka bir ağda bulunan bir alıcıya mesaj iletmek için, her seferinde uygun rotayı seçerek ağlar arasında bir dizi geçiş aktarımı (atlama) yapmanız gerekir. Dolayısıyla rota, bir paketin içinden geçtiği bir dizi yönlendiricidir.
En iyi yolu seçme problemine yönlendirme denir ve çözümü ana görev ağ seviyesi. Bu sorun, en kısa yolun her zaman en iyi olmadığı gerçeği nedeniyle karmaşıklaşmaktadır. Çoğu zaman bir rota seçmenin kriteri, bu rota boyunca veri aktarımının süresidir; bu, zamanla değişebilen iletişim kanallarının kapasitesine ve trafik yoğunluğuna bağlıdır.
Ağ düzeyinde iki tür protokol tanımlanır. İlk tür, uç düğüm veri paketlerinin düğümden yönlendiriciye ve yönlendiriciler arasında iletilmesine ilişkin kuralların tanımını ifade eder. Bunlar genellikle insanlar ağ katmanı protokolleri hakkında konuşurken kastedilen protokollerdir. Ağ katmanı ayrıca yönlendirme bilgisi değişim protokolleri adı verilen başka bir protokol türünü de içerir. Bu protokolleri kullanarak yönlendiriciler, ağlar arası bağlantıların topolojisi hakkında bilgi toplar. Ağ katmanı protokolleri uygulanır yazılım modülleri işletim sisteminin yanı sıra yönlendiricilerin yazılımı ve donanımı.
Ağ katmanı protokollerine örnek olarak TCP/IP yığını IP Ağlar Arası Protokolü ve Novell IPX yığını Ağlar Arası Protokolü verilebilir.
Taşıma katmanı. Göndericiden alıcıya giderken paketler bozulabilir veya kaybolabilir. Bazı uygulamaların kendi hata işlemeleri olsa da, güvenilir bir bağlantıyla hemen ilgilenmeyi tercih eden başkaları da vardır. Taşıma katmanının görevi, uygulamaların veya yığının üst katmanlarının (uygulama ve oturum) verileri ihtiyaç duydukları güvenilirlik derecesinde aktarmasını sağlamaktır. OSI modeli, taşıma katmanı tarafından sağlanan beş hizmet sınıfını tanımlar.
Kural olarak, taşıma katmanından ve üstünden başlayarak tüm protokoller uygulanır. yazılım ağın uç düğümleri - ağ işletim sistemlerinin bileşenleri. Taşıma protokollerine bir örnek TCP protokolleri ve TCP/IP yığınının UDP'si ve Novell yığınının SPX protokolü.
Oturum düzeyi. Oturum katmanı, hangi tarafın o anda aktif olduğunu kaydetmek için konuşma yönetimi sağlar ve aynı zamanda senkronizasyon olanakları da sağlar. İkincisi, uzun transferlere kontrol noktaları eklemenizi sağlar, böylece başarısızlık durumunda baştan başlamak yerine son kontrol noktasına geri dönebilirsiniz. Pratikte çok az uygulama oturum katmanını kullanır ve nadiren uygulanır.
Sunum düzeyi. Bu katman, uygulama katmanı tarafından iletilen bilgilerin başka bir sistemdeki uygulama katmanı tarafından anlaşılacağına dair güvence sağlar. Gerekirse, sunum katmanı veri formatlarını bazı ortak sunum formatlarına dönüştürür ve buna göre resepsiyonda ters dönüşümü gerçekleştirir. Bu şekilde uygulama katmanları, örneğin veri sunumundaki sözdizimsel farklılıkların üstesinden gelebilir. Bu seviyede, tüm uygulama hizmetleri için veri alışverişinin gizliliği aynı anda sağlandığı için veri şifreleme ve şifre çözme gerçekleştirilebilmektedir. Sunum katmanında çalışan bir protokol örneği, TCP/IP yığınının uygulama katmanı protokolleri için güvenli mesajlaşma sağlayan Güvenli Yuva Katmanı (SSL) protokolüdür.
Uygulama katmanı. Uygulama katmanı aslında ağ kullanıcılarının dosyalar, yazıcılar veya köprü metinli Web sayfaları gibi paylaşılan kaynaklara eriştiği ve aynı zamanda örneğin protokolü kullanarak işbirliğini düzenlediği çeşitli protokollerden oluşan bir dizidir. E-posta. Uygulama katmanının üzerinde çalıştığı veri birimine genellikle mesaj denir.
Çok çeşitli uygulama katmanı protokolleri vardır. Dosya hizmetlerinin en yaygın uygulamalarından en azından birkaçını örnek olarak verelim: NCP işletim sistemi Novell NetWare, KOBİ'de Microsoft Windows NT, NFS, FTP ve TFTP, TCP/IP yığınına dahildir.

Uygulama etkileşim protokolleri ve aktarım alt sistemi protokolleri

OSI modelinin tüm katmanlarındaki işlevler iki gruptan birinde sınıflandırılabilir: ağın belirli bir teknik uygulamasına bağlı olan işlevler veya uygulamalarla çalışmaya yönelik işlevler.
Üç alt seviye - fiziksel, kanal ve ağ - ağa bağlıdır, yani bu seviyelerin protokolleri ağın teknik uygulaması ve kullanılan iletişim ekipmanıyla yakından ilgilidir.
En üstteki üç katman (oturum, sunum ve uygulama) uygulama odaklıdır ve uygulamaya çok az bağımlıdır. teknik özellikler bir ağ kurmak. Bu katmanlardaki protokoller, ağ topolojisindeki herhangi bir değişiklikten, donanım değişiminden veya başka bir ağ teknolojisine geçişten etkilenmez.
Taşıma katmanı ara katmandır, alt katmanların işleyişinin tüm ayrıntılarını üst katmanlardan gizler. Bu, mesajların taşınmasında doğrudan yer alan teknik araçlardan bağımsız uygulamalar geliştirmenize olanak tanır.

Şekil 2, çeşitli ağ elemanlarının çalıştığı OSI modelinin katmanlarını göstermektedir.
Üzerinde ağ işletim sistemi yüklü bir bilgisayar, yedi düzeyin tümünün protokollerini kullanarak başka bir bilgisayarla etkileşime girer. Bilgisayarlar bu etkileşimi çeşitli iletişim cihazları aracılığıyla gerçekleştirir: hub'lar, modemler, köprüler, anahtarlar, yönlendiriciler, çoklayıcılar. Türüne bağlı olarak, bir iletişim cihazı yalnızca fiziksel katmanda (tekrarlayıcı), fiziksel ve bağlantı düzeyinde (köprü ve anahtar) veya bazen taşıma katmanını da içeren fiziksel, bağlantı ve ağ katmanında (yönlendirici) çalışabilir. ).

İletişim ekipmanı türlerinin OSI modelinin seviyelerine işlevsel uyumu

Ağ bağdaştırıcıları, tekrarlayıcılar, köprüler/anahtarlar ve yönlendiriciler arasındaki farkları anlamanın en iyi yolu bunları OSI modeli açısından düşünmektir. Bu cihazların fonksiyonları ile OSI modelinin katmanları arasındaki ilişki Şekil 3'te gösterilmektedir.

Sinyalleri yeniden üreten ve böylece ağın uzunluğunu artırmanıza olanak tanıyan bir tekrarlayıcı, fiziksel düzeyde çalışır.
Ağ bağdaştırıcısı fiziksel ve veri bağlantı katmanlarında çalışır. Fiziksel katman, ağ bağdaştırıcısının işlevlerinin, iletişim hattı üzerinden sinyallerin alınması ve iletilmesiyle ilişkili olan ve paylaşılan iletim ortamına erişim sağlanması ve bilgisayarın MAC adresinin tanınması ile ilgili kısmını içerir. bağlantı katmanı.
Köprüler işlerinin çoğunu veri bağlantı katmanında yapar. Onlar için ağ, cihazların bir dizi MAC adresiyle temsil edilir. Bu adresleri veri bağlantı katmanındaki paketlere eklenen başlıklardan çıkarırlar ve bunları paket işleme sırasında belirli bir paketin hangi bağlantı noktasına gönderileceğine karar vermek için kullanırlar. Köprülerin daha fazlasına ilişkin ağ adresi bilgilerine erişimi yoktur. yüksek seviye. Bu nedenle, paketlerin ağda seyahat etmesi için olası yollar veya rotalar hakkında karar verme konusunda sınırlıdırlar.
Yönlendiriciler OSI modelinin ağ katmanında çalışır. Yönlendiriciler için ağ, bir dizi cihaz ağ adresi ve bir dizi ağ yoludur. Yönlendiriciler herhangi iki ağ düğümü arasındaki tüm olası yolları analiz eder ve en kısa olanı seçer. Seçim yaparken, örneğin ara düğümlerin ve iletişim hatlarının durumu gibi diğer faktörler dikkate alınabilir, verim hatlar veya veri aktarım maliyetleri.
Bir yönlendiricinin kendisine atanan işlevleri yerine getirebilmesi için, ağ hakkında köprünün sahip olduğundan daha ayrıntılı bilgiye erişimi olması gerekir. Ağ katmanı paket başlığı, ağ adresine ek olarak, örneğin bir rota seçerken kullanılması gereken kriterler, paketin ağdaki ömrü ve paketin hangi üst düzey protokole ait olduğu hakkında veriler içerir. ile.
Kullanım sayesinde Ek Bilgiler Bir yönlendirici, bir köprü/anahtardan daha fazla paket işlemi gerçekleştirebilir. Bu nedenle yönlendiriciyi çalıştırmak için gereken yazılım daha karmaşıktır.
Şekil 3, OSI modelinin herhangi bir seviyesinde çalışabilen bir ağ geçidi olan başka bir tür iletişim cihazını göstermektedir. Ağ geçidi, protokol çevirisini gerçekleştiren bir cihazdır. İletişim kuran ağlar arasına bir ağ geçidi yerleştirilir ve bir ağdan gelen mesajları başka bir ağın formatına çevirerek aracı görevi görür. Ağ geçidi tamamen yazılım yüklü olarak uygulanabilir normal bilgisayar ve özel bir bilgisayar temelinde. Bir protokol yığınını diğerine çevirmek, ağ hakkında en eksiksiz bilgiyi gerektiren karmaşık bir entelektüel görevdir; dolayısıyla ağ geçidi, çevrilen tüm protokollerin başlıklarını kullanır.

IEEE 802 Spesifikasyonu

OSI modelinin tanıtıldığı sıralarda, OSI ağ modelini etkili bir şekilde genişleten IEEE 802 spesifikasyonu yayınlandı. Bu genişleme, birden fazla bilgisayarın, ağdaki diğer bilgisayarlarla çakışmadan bir ağa nasıl erişebileceğini belirleyen veri bağlantısında ve fiziksel katmanlarda meydana gelir.
Bu standart, veri bağlantısı katmanını 2 alt katmana bölerek bu katmanları detaylandırır:
– Mantıksal Bağlantı Kontrolü (LLC) – mantıksal bağlantı kontrolü alt düzeyi. Veri kanalları arasındaki bağlantıları yönetir ve diğer bilgisayarların OSI modelinin daha yüksek katmanlarına bilgi aktarmak için kullanabileceği, Hizmetler Erişim Noktaları adı verilen mantıksal arayüz noktalarının kullanımını tanımlar;
– Medya Erişim Kontrolü (MAC) – cihaz erişim kontrolü alt katmanı. Çoklu erişim için paralel erişim sağlar ağ bağdaştırıcıları fiziksel düzeyde, bilgisayarın ağ kartıyla doğrudan etkileşimi vardır ve ağdaki bilgisayarlar arasında hatasız veri aktarımının sağlanmasından sorumludur.

Protokol yığınına göre

Bir protokol paketi (veya protokol yığını), ağ iletişimi sağlamak için birlikte çalışan protokollerin bir kombinasyonudur. Bu protokol setleri genellikle aşağıdakilere karşılık gelen üç gruba ayrılır: ağ modeli OSI:
- ağ;
- Ulaşım;
- uygulamalı.
Ağ protokolleri aşağıdaki hizmetleri sağlar:
– bilgilerin adreslenmesi ve yönlendirilmesi;
– hataların kontrol edilmesi;
– yeniden iletim talebi;
– belirli bir ağ ortamında etkileşim kurallarının oluşturulması.
Popüler ağ protokolleri:
– DDP (Teslimat Datagram Protokolü). AppleTalk'ta kullanılan Apple veri aktarım protokolü.
– IP (İnternet Protokolü). Adresleme ve yönlendirme bilgilerini sağlayan TCP/IP protokol paketinin bir parçası.
– IPX (İnternet Bağlantısı Paket Değişimi) ve NWLink. Paketleri yönlendirmek ve iletmek için kullanılan bir Novell NetWare ağ protokolü (ve Microsoft'un bu protokolü uygulaması).
– NetBEUI. IBM ve Microsoft tarafından ortaklaşa geliştirilen bu protokol, NetBIOS için aktarım hizmetleri sağlar.
Aktarım protokolleri, bilgisayarlar arasında verilerin güvenilir şekilde taşınmasını sağlamaktan sorumludur.
Popüler aktarım protokolleri:
– ATP (AppleTalk İşlem Protokolü) ve NBP (Ad Bağlama Protokolü). AppleTalk oturumu ve aktarım protokolleri.
– NetBIOS/NetBEUI. Birincisi bilgisayarlar arasında bağlantı kurar, ikincisi ise bu bağlantı için veri aktarım hizmeti sağlar.
– SPX (Sıralı Paket değişimi) ve NWLink. Novell'in veri dağıtımını sağlamak için kullanılan bağlantı odaklı protokolü (ve Microsoft'un bu protokolü uygulaması).
– TCP (İletim Kontrol Protokolü). Güvenilir veri dağıtımından sorumlu TCP/IP protokol paketinin bir parçası.
Uygulamaların etkileşiminden sorumlu uygulama protokolleri.
Popüler uygulama protokolleri:
– AFP (AppleTalk Dosya Protokolü). Protokol uzaktan kumanda Macintosh dosyaları.
– FTP (Dosya Aktarım Protokolü). Dosya aktarım hizmetleri sağlamak için kullanılan TCP/IP protokol paketinin başka bir üyesi.
– NCP (NetWare Çekirdek Protokolü – NetWare Temel Protokolü). Novell istemci kabuğu ve yeniden yönlendiriciler.
– SMTP (Basit Posta Aktarım Protokolü). Elektronik postanın iletilmesinden sorumlu TCP/IP protokol paketinin bir üyesi.
– SNMP (Basit Ağ Yönetimi Protokolü). Ağ cihazlarını yönetmek ve izlemek için kullanılan TCP/IP protokolü.

LAN üzerindeki herhangi bir ağ etkileşimi, bilgisayarların bir kablo sistemi (CS) kullanılarak bağlanmasına dayanır. CS uygulama seçenekleri aynı ağ işletim teknolojisinde bile farklı olabilir. 10 Base standartlarının Ethernet LAN'ları, ortak iletim ortamına CSMA/CD rastgele erişim yöntemini kullanan veri yolu teknolojisi üzerinde çalışır. Bu çalışma prensibi çeşitli topolojiler kullanılarak uygulanabilir (Şekil 1, 2). İncirde. Şekil 1, alıcı-vericileri (alıcı-vericileri) kullanan tüm düğümlerin ağ kartlarının (ağ bağdaştırıcıları) tüm düğümler için ortak bir ağa bağlandığı geleneksel bir veri yolu topolojisini göstermektedir. kablo sistemi. Böylece ağ iki tür koaksiyel kablo üzerinde yapılandırılmıştır: "kalın" ve "ince" Ethernet

(10Base-5 ve 10Base-2 standartları).

10Base-T ve 10Base-F standartlarında, düğümlerin her biri (Şekil 2) çok portlu tekrarlayıcının portlarından birine bağlanır - merkez Merkez (hub), çalışması şu prensibe dayanmaktadır: hub, bağlantı noktalarından birinde alınan bir sinyali, bu sinyalin alındığı bağlantı noktası hariç, hub'ın tüm bağlantı noktalarının çıkışlarına iletir. Bağlantı, bükümlü çiftler (10Base-T) veya fiber optik kablo (10Base-F) kullanılarak yapılır. Bağlantının doğası gereği, bu tür LAN fiziksel olarak bir "yıldız" olarak uygulanır ve hub işlem algoritmasına göre veri yolu topolojisinin tüm özelliklerini korur.

Benzer şekilde token ring teknolojisini kullanan Token Ring ağı da fiziksel olarak bir yıldız şeklinde yapılandırılmıştır. Düğüm bölümlerinin bağlantı noktalarına bağlanması yoluyla ağ içi trafiğin paralel işlenmesi yoluyla daha yüksek performans elde etmek için düğümler arası bağlantıların bir kısmının hub'ın iç yapısında yoğunlaştırılması ilkesi geliştirilebilir. anahtar Anahtar (anahtar), ancak şimdilik ağın mantıksal yapılanmasında bu kullanılıyor.

Ethernet ağı üzerinden veri alışverişi aşağıdaki çerçeve formatına uygun olarak gerçekleşir:

Önsöz	Adres alıcı	Adres gönderen	Alan uzunluğu veri	Veri alanı
				46-1800 bayt

Giriş bölümü, 7 bayt boyunca bir dizi alternatif 1'ler ve 0'ların iletildiği ve (sekizinci baytta) başlangıç ​​çerçeve sınırlayıcısı 1010101 ile biten bir tür senkronizasyon sinyalidir. 1 . Giriş bölümünün ardından alıcı, mesajın alıcı adresini analiz etmeye hazırdır.

Alıcı ve gönderen adresleri her biri için benzersiz adreslerdir ağ kartları, imalatçı tarafından belirtilmiştir. Bunlar sözde fiziksel adresler. Bu adreslerin çerçevenin başlangıcındaki konumu, alıcının ve gönderenin genel dağıtılmış ağlar arası yapıdaki konumundan bağımsız olarak bunları bilmenin gerekli olduğuna bizi ikna eder.

CRC – bilgilerin döngüsel kodla korunmasına yönelik alan.

Genel olarak konuşursak, fiziksel adresler izole edilmiş küçük bir ağ içinde alışveriş için yeterli olabilir, ancak farklı alt ağlarda bulunan düğümler arasında bir oturum düzenlemek için tamamen yetersizdirler. Bunun basit nedeni, ağa yeni düğümlerin eklenmesi veya bunların herhangi bir kısmının hariç tutulması, ağ ekipmanının değiştirilmesi vb. nedeniyle bileşimi dinamik olarak değişen milyarlarca bağdaştırıcı adresini izlemenin imkansız olmasıdır.

Bu nedenle, konumlarına bakılmaksızın düğümlerin adreslenmesi, her düğüme fiziksel bir adrese ek olarak başka bir adres atandığında standart bir prosedüre göre gerçekleştirilir. ağ Hem her düğümün bulunduğu ağı hem de bu ağdaki düğümün adresini benzersiz şekilde tanımlayan bir adres. IP ağ katmanı protokolü, TCP/IP protokol yığınındaki mesaj dağıtım yolunun belirlenmesinden sorumlu olduğundan, bu adrese genellikle IP adresi denir ve bu protokolün başlığına yerleştirilir (Şekil 3).

Böylece, fiziksel adrese göre bağdaştırıcıların her biri, girişine etki eden sinyali kabul edip etmeyeceğine karar verir ve IP adresi, yalnızca gerekli ağ düğümünün konumunu belirler.

Çünkü IP adresi mesajların alıcısı başlangıçta biliniyor (veya Alan Adı Hizmeti aracılığıyla belirlenebiliyor) DNS) ve fiziksel adresin belirlenmesi gerektiğinde, ağ yazılımı bir ARP isteğinin yayınlanması için standart bir prosedür sağlar; bunun anlamı şu anlama gelir: “Şu veya bu IP adresine sahip ana bilgisayar! Lütfen fiziksel adresinizi belirtin." Bazı adres koleksiyonlarını bir önbellekte saklamak ve gerektiğinde bunları almak gibi başka yollar da olsa da, bir yayın isteği aracılığıyla fiziksel bir adresin belirlenmesi (donanım adresi çözümlemesi adı verilir) evrenseldir.

Yapı ve sınıflarIP adresleri

Öncelikle IP adresi bir bilgisayarın adresi değil, ağ kartıdır. Bu nedenle, bir bilgisayarda birden fazla ağ kartı varsa, aynı sayıda IP adresine sahiptir (Şekil 4).

Pirinç. 4

IP adresi şu anda 4 bayttan oluşmaktadır ve bu 32 bitlik ikili kombinasyon farklı şekillerde yazılabilir, örneğin:

İkili olarak: 10000110 00011000 00001000 01000010;

Ondalık olarak: 2249721922;

Onaltılık sistemde: Ох86180842;

Noktalı ondalık sayıyla: 134.24.8.66.

Algılamanın daha kolay olması nedeniyle, IP adresini şu şekilde yazmak gelenekseldir: noktalı ondalık sayı.

Yapısında iki bölümden oluşur: ağ tanımlayıcı (sayı) ve adresin sağ (alt) kısmını kaplayan düğüm tanımlayıcı. Adres alanını çeşitli boyutlardaki mevcut ağlar arasında rasyonel olarak dağıtabilmek için bir adres sınıflandırma sistemi kullanılır. Tablodan görülebileceği gibi, A sınıfı, her biri Mmax = 16.777.216'ya kadar düğüm içeren nispeten az sayıda çok büyük ağların (N max = 127) numaralandırılması için sağlanmıştır. En anlamlı bitin sıfır değeri. ağ tanımlayıcısı A sınıfına üyeliği belirler.

Sınıf	yaşlı bitler	IP- adres	Tanımlayıcı ağlar	Tanımlayıcı düğüm
		Yayın için

Benzer şekilde, B sınıfı, her birinde düğüm sayısı M max = 65.536'ya kadar olan N max = 16.384'e kadar ağ içerir ve C sınıfı, M max ile N max = 2.097.152 ağı içerir.< 256 узлов.

Ağ tanımlayıcısının yüksek baytının ondalık değerini belirleyerek, IP adresine göre belirli bir sınıfın üyeliğini belirleyebilirsiniz.

Ağ sınıfı	Yüksek bayt değerleri aralığı
	128'den 191'e
	192'den 224'e
	225'ten 240'a

IP adreslerinin kullanımına ilişkin ek kurallar burada dikkate alınır:

Ağ kimliğinin tamamı sıfırlardan oluşuyorsa bu, hedef ve kaynak düğümlerin aynı ağda olduğu anlamına gelir;

Her ağ düğümü kural olarak bağımsız çalışır ve ağa istediği zaman erişebilir. Bu nedenle, ağın çeşitli düğümler tarafından kullanımını kolaylaştırmak ve aralarındaki çatışmaları önlemek veya çözmek için değişim kontrolü gereklidir. Aksi halde iletilen bilgiler bozulabilir. Değişimi kontrol etmek için (ağ erişim kontrolü, ağ tahkimi) kullanılır çeşitli metodlar, özellikleri büyük ölçüde ağ topolojisine bağlıdır .

AĞDA VERİ DEĞİŞİMİ (TÜR - YILDIZ) - Bu topoloji ile tüm düğümler aynı anda bilgi iletmeye karar verebilir. Çoğu zaman merkezi bileşen yalnızca bir düğümle iletişim kurabilir. Bu nedenle herhangi bir zamanda iletimi gerçekleştiren yalnızca bir çevresel düğümün seçilmesi gerekir.

Bu sorunun iki çözümü var.

1. "Aktif merkez". Merkezi bileşen sırayla tüm bilgisayarlara istek gönderir. Bilgi iletmek "isteyen" her bilgisayar (ankete katılanlardan ilki) bir yanıt gönderir veya hemen iletime başlar. İletim oturumunun bitiminden sonra, merkezi bileşen bir daire içinde yoklamaya devam eder. Bu durumda çevresel düğümler aşağıdaki önceliklere sahiptir: Maksimum öncelik, değişimi tamamlayan son aboneye en yakın olandır. Merkezi bileşen herhangi bir kuyruk olmadan iletim yapar.

2. "Pasif merkez". Bu durumda, merkezi bileşen yoklama yapmaz ancak tüm çevresel düğümleri dinler. Periyodik olarak iletim yapmak isteyen düğümler istek gönderir ve yanıt bekler. Merkez bir talep aldığında, talep eden düğüme yanıt verir (iletim yapmasına izin verir), ardından iletime başlar. Buradaki öncelikler, durum 1'dekiyle aynıdır.

AĞDA VERİ ALIŞVERİŞİ (TİP - BUS). Bu topolojide "yıldız"dakiyle aynı merkezi kontrol mümkündür. Düğümlerden biri (merkezi olan), kimin iletim yapmak istediğini öğrenerek diğerlerine istek gönderir ve ardından iletimin bitiminden sonra hangisinin bunu bildirdiğinin iletilmesine izin verir. Tek fark, bir düğümden diğerine bilgi pompalamaması, yalnızca erişimi kontrol etmesidir.

Ancak veri yolu topolojisinde çok daha sıklıkla merkezi olmayan kontrol uygulanır. Bu durumda, tüm düğümler ağa eşit erişime sahiptir ve ne zaman iletim yapılacağı kararı, ağ durumunun analizine dayanarak her düğüm tarafından yerinde verilir. Ağ yakalama için düğümler arasında rekabet ortaya çıkar ve bu nedenle aralarındaki çatışmaların yanı sıra paket örtüşmesi nedeniyle iletilen verilerin bozulması da mümkündür.

Çoğu zaman çok karmaşık olan birçok erişim algoritması vardır. Çarpışma algılamalı (CSMA/CD) en sık kullanılan taşıyıcı algılamalı çoklu erişime bakacağız. Algoritmanın özü aşağıdaki gibidir:

a) bilgi iletmek isteyen bir düğüm ağın durumunu izler ve serbest olur olmaz iletime başlar;

b) düğüm verileri iletir ve aynı anda ağın durumunu izler (taşıyıcı algılama ve çarpışma tespiti). Herhangi bir çarpışma tespit edilmezse aktarım tamamlanır;

c) bir çarpışma tespit edilirse, düğüm, tüm iletim düğümleri tarafından tespit edilmesini sağlamak için bunu güçlendirir (bir süre daha iletir) ve ardından iletimi durdurur. Diğer verici düğümler de aynısını yapar;

d) fesihten sonra başarısız girişim düğüm rastgele seçilen bir t süresi boyunca bekler ve ardından çarpışmaları kontrol ederken iletim girişimini tekrarlar.

İkinci bir çarpışma durumunda arka kısım artar.

Yöntemin avantajları arasında, ağ serbest bırakıldıktan sonra bile tüm düğümlerin eşit kalması ve çatışmalar kaçınılmaz olmasına rağmen hiçbirinin ağı uzun süre ele geçirememesi yer alıyor.

AĞDA VERİ ALIŞVERİŞİ (TİP - RING).

1. Halka ağında veri aktarımının ilkelerinden birine "token geçişi" denir. İşaretleyici özel bir mesaj türüdür.

bir ağ üzerinden bir düğümden diğerine aktarılır; jetonu kabul eden düğüm ağ kanalını kullanma hakkını kazanır. Aktarım algoritması aşağıdaki gibidir:

a) iletmek isteyen düğüm, ücretsiz bir jeton bekler ve bunu aldıktan sonra onu meşgul olarak işaretler (karşılık gelen bitleri değiştirir), ona kendi paketini ekler ve sonucu halkanın daha ilerisine gönderir;

b) böyle bir jetonu alan her düğüm onu ​​kabul eder ve paketin kendisine gönderilip gönderilmediğini kontrol eder;

c) eğer paket bu düğüme adreslenirse, düğüm belirteçte özel olarak tahsis edilmiş bir onaylama biti ayarlar ve değiştirilmiş belirteci paketle birlikte gönderir;

d) verici düğüm, tüm halkadan geçen mesajını geri alır, jetonu serbest bırakır (bunu ücretsiz olarak işaretler) ve jetonu tekrar ağa gönderir. Bu durumda gönderen düğüm paketinin alınıp alınmadığını bilir.

Açıkça belirlenmiş bir merkez olmasa da, bilgisayarlardan birinin veya özel bir cihazın tokenın kaybolmamasını sağlaması gerekir (örneğin, bazı düğümlerin arızalanması durumunda). Böyle bir ağda veri aktarımında bir öncelik sisteminin bulunduğunu belirtmek gerekir: İletim hakkı, son ileten düğümden halka yönünde bir sonraki düğüme geçer. Ancak bu yalnızca değişimin yoğunluğu yüksek olduğunda geçerlidir; düşük olduğunda tüm aboneler eşit haklara sahiptir.

İlk bakışta işaretleyicinin aktarımı çok uzun sürüyor gibi görünse de aslında 200 m çapındaki bir halkada işaretleyici saniyede 10.000 devir frekansında dolaşabilmektedir.

2. Halka segmentleri (yuvalar) yöntemi. Bu yöntem ile jeton geçirme yöntemi arasındaki temel fark, herhangi bir zamanda birden fazla düğümün iletilmesine izin verilmesidir, oysa jeton yönteminde her zaman yalnızca bir taraf iletim yapar. Ağ, bir jeton yerine, esasen jetonla aynı işlevi yerine getiren birkaç sözde yuva (genellikle 2'den 8'e kadar) kullanır. zaman damgası işlevi. Bu yuvalar halkanın etrafında oldukça sık dolaşır, aralarındaki zaman aralığı küçüktür ve bu nedenle aralarına çok az bilgi sığabilir (genellikle 8 ila 32 bayt). Bu durumda slotun durumu boş veya dolu olabilir.

Bu yöntemle çalışmanın algoritması aşağıdaki gibidir:

a) iletmek isteyen bir düğüm, bilgisini belirli bir boyuttaki yuvalara (küçük paketler) ayrıştırır;

b) daha sonra boş bir slotun gelmesini bekler ve bilgilerinin ilk kısmını buraya yükler, ardından bir sonraki boş slotu bekler ve ikinci kısmı buraya yerleştirir ve tüm bilgi miktarı tamamen aktarılıncaya kadar bu şekilde devam eder . Her yuvada, yuvanın boş mu yoksa dolu mu olduğunu belirleyen bir bit, alıcı ve vericinin ağ adresi için bir alan ve bir iletim sonu biti bulunur. Zaman

Bu yöntemle iletim örneklenir ve dolayısıyla herhangi bir çarpışma meydana gelmez.

c) iletimin yönlendirildiği düğüm, kendisine özel olarak adreslenen bilgileri içeren dilimleri seçer ve alınan dilime (başka bir dilim alanı) bir onay biti yerleştirir ve kendisine adreslenen son dilime kadar bu şekilde devam eder;

d) gönderen düğüm, yuvalarını "halka" aracılığıyla geri alır ve bunları serbest olarak işaretler. Aynı zamanda bir alım bildirimine de sahiptir (onay bitinin analizinden).

Açıkçası, bu yöntemle birden fazla düğüm aynı anda iletim yapabilir. Ayrıca, her verici düğümün kendi bilgisi ile komşu yuvaları işgal etmesi hiç de gerekli değildir: yakınlarda bulunan yuvalar, farklı düğümlerle ilgili bilgileri içerebilir.

İşaretleme yönteminde olduğu gibi burada da yuvaların geçişini izlemek ve kaybolmaları durumunda bunları geri yüklemek gerekir. Bunun avantajı, ağın birden fazla düğümden gelen iletimleri aynı anda yönetebilmesidir.

Değişimi kontrol etmek için (ağ erişim kontrolü, ağ tahkimi), özellikleri büyük ölçüde ağ topolojisine bağlı olan çeşitli yöntemler kullanılır.

Kanalın zaman bölümüne dayalı olarak birkaç erişim yöntemi grubu vardır:

merkezi ve merkezi olmayan

deterministik ve rastgele

Merkezi erişim, sunucu gibi bir ağ kontrol merkezinden kontrol edilir. Merkezi olmayan erişim yöntemi, merkezden kontrol eylemleri olmaksızın protokoller temelinde çalışır.

Deterministik erişim, her iş istasyonuna veri iletim ortamına garantili bir erişim süresi (örneğin, programlanmış erişim süresi) sağlar. Rastgele erişim, ağdaki tüm istasyonların eşitliğine ve veri iletimi için diledikleri zaman ortama erişebilmelerine dayanmaktadır.

Mono kanala merkezi erişim

Merkezi erişime sahip ağlarda iki erişim yöntemi kullanılır: yoklama yöntemi ve delegasyon yöntemi. Bu yöntemler açık bir kontrol merkezine sahip ağlarda kullanılır.

Anket yöntemi.

Aktif bir merkeze (merkezi sunucu) sahip yıldız topolojili bir LAN üzerinde veri alışverişi. Belirli bir topoloji ile tüm istasyonlar bilgileri sunucuya aynı anda iletmeye karar verebilir. Merkezi sunucu yalnızca bir iş istasyonuyla iletişim kurabilir. Bu nedenle herhangi bir zamanda yalnızca bir yayın istasyonunu seçmek gerekir.

Merkezi sunucu sırayla tüm istasyonlara istek gönderir. Veri iletmek isteyen her iş istasyonu (ilk yoklanan) bir yanıt gönderir veya hemen iletime başlar. İletim oturumunun bitiminden sonra merkezi sunucu bir daire içinde yoklamaya devam eder. Bu durumda istasyonlar aşağıdaki önceliklere sahiptir: Maksimum öncelik, değişimi tamamlayan son istasyona en yakın olandır.

Veri yolu topolojisine sahip bir ağda veri alışverişi. Bu topolojide, belki de "yıldız"dakiyle aynı merkezi kontrol, düğümlerden biri (merkezi olan) diğerlerine istek göndererek kimin iletim yapmak istediğini bulur ve ardından bunlardan hangisine iletime izin verir. iletimin bitiminden sonra bunu bildirir.

Yetki devri yöntemi (token geçişi)

Token, müşterilerin bilgi paketlerini yerleştirebilecekleri belirli bir formattaki hizmet paketidir. Bir tokenın ağ üzerinden bir iş istasyonundan diğerine iletilme sırası sunucu tarafından belirlenir. İş istasyonu, özel bir jeton paketinin alınması üzerine veri iletim ortamına erişim izni alır. Bu method veri yolu ve yıldız topolojilerine sahip ağlara erişim ArcNet protokolü tarafından sağlanır.

Mono kanala merkezi olmayan erişim.

Veri iletim ortamına merkezi olmayan deterministik ve rastgele erişim yöntemlerini ele alalım. Merkezi olmayan deterministik yöntem, jeton aktarma yöntemini içerir. Belirteç geçirme yöntemi, belirteç adı verilen bir paket kullanır. Token, adresi olmayan ve ağ üzerinde serbestçe dolaşan bir pakettir; serbest veya meşgul olabilir.

Halka topolojisine sahip bir ağda veri alışverişi (merkezi olmayan deterministik erişim yöntemi)

1. Bu ağ “belirteç geçirme” erişim yöntemini kullanır. İletim algoritması aşağıdaki gibidir:

a) iletmek isteyen düğüm, ücretsiz bir jeton bekler ve bunu aldıktan sonra onu meşgul olarak işaretler (karşılık gelen bitleri değiştirir), ona kendi paketini ekler ve sonucu halkanın daha ilerisine gönderir;

b) böyle bir jetonu alan her düğüm onu ​​kabul eder ve paketin kendisine gönderilip gönderilmediğini kontrol eder;

c) eğer paket bu düğüme adreslenirse, düğüm belirteçte özel olarak tahsis edilmiş bir onaylama biti ayarlar ve değiştirilmiş belirteci paketle birlikte gönderir;

d) verici düğüm, tüm halkadan geçen mesajını geri alır, jetonu serbest bırakır (bunu ücretsiz olarak işaretler) ve jetonu tekrar ağa gönderir. Bu durumda gönderen düğüm paketinin alınıp alınmadığını bilir.

Bu ağın normal işleyişi için bilgisayarlardan birinin veya özel bir cihazın tokenın kaybolmamasını sağlaması, tokenın kaybolması halinde ise, bu bilgisayar onu oluşturmalı ve ağda başlatmalıdır.

Veri yolu topolojisine sahip bir ağda veri alışverişi (merkezi olmayan rastgele erişim yöntemi)

Bu durumda, tüm düğümler ağa eşit erişime sahiptir ve ne zaman iletim yapılacağı kararı, ağ durumunun analizine dayanarak her düğüm tarafından yerel olarak verilir. Ağ yakalama için düğümler arasında rekabet ortaya çıkar ve bu nedenle aralarındaki çatışmaların yanı sıra paket örtüşmesi nedeniyle iletilen verilerin bozulması da mümkündür.

Çarpışma algılamalı (CSMA/CD) en sık kullanılan taşıyıcı algılamalı çoklu erişime bakalım. Algoritmanın özü aşağıdaki gibidir:

1) bilgi iletmek isteyen bir düğüm ağın durumunu izler ve serbest kalır kalmaz iletime başlar;

2) düğüm verileri iletir ve aynı anda ağın durumunu izler (taşıyıcı algılama ve çarpışma tespiti). Herhangi bir çarpışma tespit edilmezse aktarım tamamlanır;

3) bir çarpışma tespit edilirse, düğüm, tüm verici düğümler tarafından algılanmasını sağlamak için onu güçlendirir (bir süre daha iletir) ve ardından iletimi durdurur. Diğer verici düğümler de aynısını yapar;

4) Başarısız girişim sonlandırıldıktan sonra, düğüm rastgele seçilen bir geri dönüş süresi kadar bekler ve ardından çarpışmaları kontrol ederken iletim girişimini tekrarlar.

İkinci bir çarpışma durumunda sırt artar. Sonunda düğümlerden biri diğer düğümlerin önüne geçer ve verileri başarıyla iletir. CSMA/CD yöntemine genellikle yarış yöntemi adı verilir. Veri yolu topolojisine sahip ağlar için bu yöntem Ethernet protokolü tarafından uygulanır.