Многоуровневая модель OSI (ИТ в энергетике)

1 Эталонная модель OSI


Перемещение информации между компьютерами различных схем является чрезвычайно сложной задачей. В начале 1980 гг. Международная Организация по Стандартизации (ISO) признала необходимость в создания модели сети, которая могла бы помочь поставщикам создавать реализации взаимодействующих сетей. Эту потребность удовлетворяет эталонная модель "Взаимодействие Открытых Систем" (OSI), выпущенная в 1984 г.

Эталонная модель OSI быстро стала основной архитектурной моделью для передачи межкомпьютерных сообщений. Несмотря на то, что были разработаны другие архитектурные модели (в основном патентованные), большинство поставщиков сетей, когда им необходимо предоставить обучающую информацию пользователям поставляемых ими изделий, ссылаются на них как на изделия для сети, соответствующей эталонной модели OSI. И действительно, эта модель является самым лучшим средством, имеющемся в распоряжении тех, кто надеется изучить технологию сетей.

Иерархическая связь

Эталонная модель OSI делит проблему перемещения информации между компьютерами через среду сети на семь менее крупных, и, следовательно, более легко разрешимых проблем. Каждая из этих семи проблем выбрана потому, что она относительно автономна, и, следовательно, ее легче решить без чрезмерной опоры на внешнюю информацию.

Каждая из семи областей проблемы решалась с помощью одного из уровней модели. Большинство устройств сети реализует все семь уровней. Однако в режиме потока информации некоторые реализации сети пропускают один или более уровней. Два самых низших уровня OSI реализуются аппаратным и программным обеспечением; остальные пять высших уровней, как правило, реализуются программным обеспечением.

Справочная модель OSI описывает, каким образом информация проделывает путь через среду сети (например, провода) от одной прикладной программы (например, программы обработки крупноформатных таблиц) до другой прикладной программы, находящейся в другом компьютере. Так как информация, которая должна быть отослана, проходит вниз через уровни системы, по мере этого продвижения она становится все меньше похожей на человеческий язык и все больше похожей на ту информацию, которую понимают компьютеры, а именно "единицы" и "нули".

Проблемы совместимости


Эталонная модель OSI не является реализацией сети. Она только определяет функции каждого уровня. В этом отношении она напоминает план для постройки корабля. Точно так же, как для выполнения фактической работы по плану могут быть заключены контракты с любым количеством кораблестроительных компаний, любое число поставщиков сети могут построить протокол реализации по спецификации протокола. И если этот план не будет предельно понятным, корабли, построенные различными компаниями, пользующимися одним и тем же планом, пусть незначительно, но будут отличаться друг от друга. Примером самого незначительного отличия могут быть гвозди, забитые в разных местах.

Чем объясняется разница в реализациях одного и того же плана корабля (или спецификации протокола)? Частично эта разница вызвана неспособностью любой спецификации учесть все возможные детали реализации. Кроме того, разные люди, реализующие один и тот же проект, всегда интерпретируют его немного по-разному. И, наконец, неизбежные ошибки реализации приводят к тому, что изделия разных реализаций отличаются исполнением. Этим объясняется то, что реализация протокола Х одной компании не всегда взаимодействует с реализацией этого протокола, осуществленной другой компанией.

Уровни OSI


После того, как стали понятными основные особенности принципа деления на уровни модели OSI, можно приступить к обсуждению каждого отдельного уровня и его функций. Каждый уровень имеет заранее заданный набор функций, которые он должен выполнить для того, чтобы связь могла состояться.

1) Прикладной уровень – это самый близкий к пользователю уровень OSI. Он отличается от других уровней тем, что не обеспечивает услуг ни одному из других уровней OSI; однако он обеспечивает ими прикладные процессы, лежащие за пределами масштаба модели OSI. Примерами таких прикладных процессов могут служить программы обработки крупномасштабных таблиц, программы обработки слов, программы банковских терминалов и т.д.

Прикладной уровень идентифицирует и устанавливает наличие предполагаемых партнеров для связи, синхронизирует совместно работающие прикладные программы, а также устанавливает соглашение по процедурам устранения ошибок и управления целостностью информации. Прикладной уровень также определяет, имеется ли в наличии достаточно ресурсов для предполагаемой связи.

2) Представительный уровень отвечает за то, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой для прикладного уровня другой системы. При необходимости представительный уровень осуществляет трансляцию между множеством форматов представления информации путем использования общего формата представления информации.

Представительный уровень занят не только форматом и представлением фактических данных пользователя, но также структурами данных, которые используют программы. Поэтому кроме трансформации формата фактических данных (если она необходима), представительный уровень согласует синтаксис передачи данных для прикладного уровня.

3) Сеансовый уровень. Как указывает его название, сеансовый уровень устанавливает, управляет и завершает сеансы взаимодействия между прикладными задачами. Сеансы состоят из диалога между двумя или более объектами представления. Сеансовый уровень синхронизирует диалог между объектами представительного уровня и управляет обменом информации между ними. В дополнение к основной регуляции диалогов (сеансов) сеансовый уровень предоставляет средства для отправки информации, класса услуг и уведомления в исключительных ситуациях о проблемах сеансового, представительного и прикладного уровней.

4) Транспортный уровень. Граница между сеансовым и транспортным уровнями может быть представлена как граница между протоколами прикладного уровня и протоколами низших уровней. В то время как прикладной, представительный и сеансовый уровни заняты прикладными вопросами, четыре низших уровня решают проблемы транспортировки данных.

Транспортный уровень пытается обеспечить услуги по транспортировке данных, которые избавляют высшие слои от необходимости вникать в ее детали. В частности, заботой транспортного уровня является решение таких вопросов, как выполнение надежной транспортировки данных через объединенную сеть. Предоставляя надежные услуги, транспортный уровень обеспечивает механизмы для установки, поддержания и упорядоченного завершения действия виртуальных каналов, систем обнаружения и устранения неисправностей транспортировки и управления информационным потоком (с целью предотвращения переполнения системы данными из другой системы).

5) Сетевой уровень – это комплексный уровень, который обеспечивает возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным "подсетям", которые могут находиться в разных географических пунктах. В данном случае "подсеть" – это по сути независимый сетевой кабель (иногда называемый сегментом).

Т.к. две конечные системы, желающие организовать связь, может разделять значительное географическое расстояние и множество подсетей, сетевой уровень является доменом маршрутизации. Протоколы маршрутизации выбирают оптимальные маршруты через последовательность соединенных между собой подсетей. Традиционные протоколы сетевого уровня передают информацию вдоль этих маршрутов.

6) Канальный уровень (формально называемый информационно-канальным уровнем) обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации.

7) Физический уровень определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют такие характеристики, как уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, физические соединители и другие аналогичные характеристики.

Важнейшие термины и концепции


Наука об объединении сетей, как и другие науки, имеет свою собственную терминологию и научную базу. К сожалению, ввиду того, что наука об объединении сетей очень молода, пока что не достигнуто единое соглашение о значении концепций и терминов объединенных сетей. По мере дальнейшего совершенствования индустрии объединенных сетей определение и использование терминов будут более четкими.

Адресация

Существенным компонентом любой системы сети является определение местонахождения компьютерных систем. Существуют различные схемы адресации, используемые для этой цели, которые зависят от используемого семейства протоколов. Другими словами, адресация AppleTalk отличается от адресации TCP/IP, которая в свою очередь отличается от адресации OSI, и т.д.

Двумя важными типами адресов являются адреса канального уровня и адреса сетевого уровня. Адреса канального уровня (называемые также физическими или аппаратными адресами), как правило, уникальны для каждого сетевого соединения. У большинства локальных сетей (LAN) адреса канального уровня размещены в схеме интерфейса; они назначаются той организацией, которая определяет стандарт протокола, представленный этим интерфейсом. Т.к. большинство компьютерных систем имеют одно физическое сетевое соединение, они имеют только один адрес канального уровня. Роутеры и другие системы, соединенные с множеством физических сетей, могут иметь множество адресов канального уровня.

Aдреса сетевого уровня, в отличие от адресов канального уровня (которые обычно существуют в пределах плоского адресного пространства), обычно иерархические. Другими словми, они похожи на почтовые адреса, которые описывают местонахождение человека, указывая страну, штат, почтовый индекс, город, улицу, адрес на этой улице и, наконец, имя. Хорошим примером одноуровневой адресации является номерная система социальной безопасности США, в соответствии с которой каждый человек имеет один уникальный номер, присвоенный ему службой безопасности.

Иерархические адреса делают сортировку адресов и повторный вызов более легкими путем исключения крупных блоков логически схожих адресов в процессе последовательности операций сравнения. Например, можно исключить все другие страны, если в адресе указана страна "Ирландия". Легкость сортировки и повторного вызова являются причиной того, что роутеры используют адреса сетевого уровня в качестве базиса маршрутизации.

Адреса сетевого уровня различаются в зависимости от используемого семейства протоколов, однако они, как правило, используют соответствующие логические разделы для нахождения компьютерных систем в объединенной сети. Некоторые из этих логических разделов базируются на физических характеристиках сети (таких, как сегмент сети, в котором находится какая-нибудь система); другие логические разделы базируются на группировках, не имеющих физического базиса (например, "зона" AppleTalk).

Блоки данных, пакеты и сообщения

После того, как по адресам установили местоположение компьютерных систем, может быть произведен обмен информацией между двумя или более системами. В литературе по объединенным сетям наблюдается непоследовательность в наименовании логически сгруппированных блоков информации, которая перемещается между компьютерными системами. "блок данных", "пакет", "блок данных протокола", "PDU", "сегмент", "сообщение" - используются все эти и другие термины, в зависимости от прихоти тех, кто пишет спецификации протоколов.

В настоящей работе термин "блок данных" (frame) обозначает блок информации, источником и пунктом назначения которого являются объекты канального уровня. Термин "пакет" (packet) обозначает блок информации, у которого источник и пункт назначения - объекты сетевого уровня. И наконец, термин "сообщение" (message) oбoзначает информационный блок, у которого объекты источника и места назначения находятся выше сетевого уровня. Термин "сообщение" используется также для обозначения отдельных информационных блоков низших уровней, которые имеют специальное, хорошо сформулированное назначение.

2 Протоколы OSI


В настоящее время эталонная модель OSI является самой выдающейся в мире моделью архитектуры объединенных сетей. Она также является самым популярным средством приобретения знаний о сетях. С другой стороны, у протоколов OSI был длинный период созревания. И хотя известно о некоторых реализациях OSI, протоколы OSI все еще не завоевали той популярности, которой пользуются многие патентованные протоколы (например, DECnet и АppleTalk) и действующие стандарты (например, протоколы Internet).

Основы технологии


Объединение сетей OSI использует уникальную терминологию.

End system (ES) – "Конечная система" относится к любому устройству сети, не занимающемуся маршрутизацией.

Intermediate system (IS) – "Промежуточная система" относится к роутеру.

Area – "Область" обозначает группу смежных сетей и подключенных к ним хостов; область назначается администратором сети или другим аналогичным лицом.

Domain – "Домен" представляет собой набор соединенных областей. Домены маршрутизации обеспечивают полную связность со всеми конечными системами, находящимися в их пределах.

Доступ к среде

Также, как и некоторые другие современные 7-уровневые комплекты протоколов, комплект OSI включает в себя многие популярные сегодня протоколы доступа к носителю. Это позволяет другим комплектам протоколов существовать наряду с OSI в одном и том же носителе. В OSI входят IEEE 802.2, IEEE 802.3, IEEE 802.5, FDDI, X.21, V.35, X.25 и другие.

Сетевой уровень

OSI предлагает услуги сетевого уровня как без установления соединения, так и ориентированные на установления логического соединения. Услуги без установления соединения описаны в ISO 8473 (обычно называемом Connectionless Network Protocol - CLNP - Протокол сети без установления соединения). Обслуживание, ориентированное на установление логического соединения (иногда называемое Connection-Oriented Network Service - CONS) описывается в ISO 8208 (X.25 Packet-Level Protocol - Протокол пакетного уровня X.25, иногда называемый Connection-Mode Network Protocol - CMNP) и ISO 8878 (в котором описывается, как пользоваться ISO 8208, чтобы обеспечить ориентированные на установление логического соединения услуги OSI). Дополнительный документ ISO 8881 описывает, как обеспечить работу Протокола пакетного уровня X.25 в локальных сетях IEEE 802. OSI также определяет несколько протоколов маршрутизации, которые рассмотрены ниже. В дополнение к уже упоминавшимся спецификациям протоколов и услуг, имеются другие документы, связанные с сетевым уровнем OSI, в число которых входят:

ISO 8648

На этот документ обычно ссылаются как на "внутреннюю организацию сетевого уровня" (internal organization of the network level - IONL). Он описывает, каким образом можно разбить сетевой уровень на три отдельных различимых друг от друга подуровня, чтобы обеспечить поддержку для различных типов подсетей.

ISO 8348

Этот документ обычно называют "определение услуг сети" (network service definition). Он описывает ориентированные на установление логического соединения услуги и услуги без установления соединения, которые обеспечивает сетевой уровень OSI. Адресация сетевого уровня также определена в этом документе. Определение услуг в режиме без установления соединения и определение адресации раньше были опубликованы отдельным дополнением к ISO 8348; однако вариант ISO 8348 1993 года объединяет все дополнения в отдельный документ.

ISO TR 9575

Этот документ описывает структуру, концепции и терминологию, использованную в протоколах маршрутизации OSI.

ISO TR 9577

Этот документ описывает, как отличать друг от друга большое число протоколов сетевого уровня, работающих в одной и той же среде. Это необходимо потому, что в отличие от других протоколов, протоколы сетевого уровня OSI не различаются с помощью какого-либо идентификатора (ID) протокола или аналогичного поля канального уровня.

Услуги без установления соединения

Как видно из названия, CLNP является протоколом дейтаграмм без установления соединения, который используется для переноса данных и указателей неисправности. Он не содержит средств обнаружения ошибок и их коррекции, полагаясь на способность транспортного уровня обеспечить соответствующим образом эти услуги. Он содержит только одну фазу, которая называется "передача информации" (data transfer). Каждый вызов какого-либо примитива услуг не зависит от всех других вызовов, для чего необходимо, чтобы вся адресная информация полностью содержалась в составе примитива.

В то время как CLNP определяет действующий протокол, выполняющий типичные функции сетевого уровня, CLNS (Обслуживание сети без установления соединения) описывает услуги, предоставляемые транспортному уровню, в котором запрос о передаче информации реализуется доставкой, выполненной с наименьшими затратами (best effort). Такая доставка не гарантирует, что данные не будут потеряны, испорчены, что в них не будет нарушен порядок, или что они не будут скопированы. Обслуживание без установления соединения предполагает, что при необходимости все эти проблемы будут устранены в транспортном уровне. CLNS не обеспечивает никаких видов информации о соединении или состоянии, и не выполняет настройку соединения. Т.к. CLNS обеспечивает транспортные уровни интерфейсом услуг, сопрягающим с CLNP, протоколы CNLS и CLNP часто рассматриваются вместе.

Услуги с установлением соединения

Услуги сети OSI с установлением соединения определяются ISO 8208 и ISO 8878. OSI использует X.25 Racket-Level Protocol для перемещения данных и указателей ошибок с установлением соединения. Для объектов транспортного уровня предусмотрено 6 услуг (одна для установления соединения, другая для разъединения соединения, и четыре для передачи данных). Услуги вызываются определенной комбинацией из 4 примитив: запрос (request), указатель (indication), ответ (response) и подтверждение (confirmation).

Адресация

Услуги сети OSI предоставляются транспортному уровню через концептуальную точку на границе сетевого и транспортного уровней, известную под названием "точки доступа к услугам сети" (network service access point - NSAP). Для каждого объекта транспортного уровня имеется одна NSAP.

Каждая NSAP может быть индивидуально адресована в объединенной глобальной сети с помощью адреса NSAP (в обиходе существует неточное название - просто NSAP). Таким образом, любая конечная система OSI имеет, как правило, множество адресов NSAP. Эти адреса обычно отличаются только последним байтом, называемом n-selector.

Возможны случаи, когда полезно адресовать сообщение сетевому уровня системы в целом, не связывая его с конкретным объектом транспортного уровня, например, когда система участвует в протоколах маршрутизации или при адресации к какой-нибудь промежуточной системе (к роутеру). Подобная адресация выполняется через специальный адрес сети, известный под названием network entity title (NET) (титул объекта сети). Структурно NET идентичен адресу NSAP, но он использует специальное значение n-selector "00". Большинство конечных и промежуточных систем имеют только один NET, в отличие от роутеров IP, которые обычно имеют по одному адресу на каждый интерфейс. Однако промежуточная система, участвующая в нескольких областях или доменах, имеет право выборa на обладание несколькими NET.

Адреса NET и NSAP являются иерархическими адресами. Адресация к иерархическим системам облегчает как управление (путем обеспечения нескольких уровней управления), так и маршрутизацию (путем кодирования информации о топологии сети). Адрес NSAP сначала разделяется на две части: исходная часть домена (initial domain part - IDP) и специфичнaя часть домена (domain specific part - DSP). IDP далее делится на идентификатор формата и полномочий (authority and format identifier - AFI) и идентификатор исходного домена (initial domain identifier - IDI).

AFI обеспечивает информацию о структуре и содержании полей IDI и DSP, в том числе информацию о том, является ли IDI идентификатором переменной длины и использует ли DSP десятичную или двоичную систему счислений. IDI определяет объект, который может назначать различные значения части DSP адреса.

DSP далее подразделяется полномочным лицом, ответственным за ее управление. Как правило, далее следует идентификатор другого управляющего авторитета, чем обеспечивается дальнейшее делегирование управления адресом в подорганы управления. Далее идет информация, используемая для маршрутизации, такая, как домены маршрутизации, область (area) с доменом маршрутизации, идентификатор (ID) станции в пределах этой области и селектор (selector) в пределах этой станции..

Транспортный уровень

Как обычно для сетевого уровня OSI, oбеспечиваются услуги как без установления соединения, так и с установлением соединения. Фактически имеется 5 протоколов транспортного уровня OSI с установлением соединения: ТР0, ТР1, ТР2, ТР3 и ТР4. Все они, кроме ТР4, работают только с услугами сети OSI с установлением соединения. ТР4 работает с услугами сети как с установлением соединения, так и без установления соединения.

ТР0 является самым простым протоколом транспортного уровня OSI, ориентированным на установления логического соединения. Из набора классических функций протокола транспортного уровня он выполняет только сегментацию и повторную сборку. Это означает, что ТР0 обратит внимание на протокольную информационную единицу (protocol data unit - PDU) с самым маленьким максимальным размером, который поддерживается лежащими в основе подсетями, и разобьет пакет транспортного уровня на менее крупные части, которые не будут слишком велики для передачи по сети.

В дополнение к сегментации и повторной сборке ТР1 обеспечивает устранение базовых ошибок. Он нумерует все PDU и повторно отправляет те, которые не были подтверждены. ТР1 может также повторно инициировать соединение в том случае, если имеет место превышение допустимого числа неподтвержденных РDU.

ТР2 может мультиплексировать и демультиплексировать потоки данных через отдельную виртуальную цепь. Эта способность делает ТР2 особенно полезной в общедоступных информационных сетях (PDN), где каждая виртуальная цепь подвергается отдельной загрузке. Подобно ТР0 и ТР1, ТР2 также сегментирует и вновь собирает PDU.

ТР3 комбинирует в себе характеристики ТР1 и ТР2.

ТР4 является самым популярным протоколом транспортного уровня OSI. ТР4 похож на протокол ТСР из комплекта протоколов Internet; фактически, он базировался на ТСР. В дополнение к характеристикам ТР3, ТР4 обеспечивает надежные услуги по транспортировке. Его применение предполагает сеть, в которой проблемы не выявляются.

Протоколы высших уровней

Основные протоколы высших уровней OSI :

Сеансовый уровень

Протоколы сеансового уровня OSI преобразуют в сеансы потоки данных, поставляемых четырьмя низшими уровнями, путем реализации различных управляющих механизмов. В число этих механизмов входит ведение учета, управление диалогом (т.е. определение, кто и когда может говорить) и согласование параметров сеанса.

Управление диалогом сеанса реализуется путем использования маркера (token), обладание которым обеспечивает право на связь. Маркер можно запрашивать, и конечным системам ES могут быть присвоены приоритеты, обеспечивающие неравноправное пользование маркером.

Представительный уровень

Представительный уровень OSI, как правило, является просто проходным протоколом для информации из соседних уровней. Хотя многие считают, что Abstract Syntax Notation 1 (ASN.1) (Абстрактное представление синтаксиса) является протоколом представительного уровня OSI, ASN.1 используется для выражения форматов данных в независимом от машины формате. Это позволяет осуществлять связь между прикладными задачами различных компьютерных систем способом, прозрачным для этих прикладных задач.

Прикладной уровень

Прикладной уровень ОSI включает действующие протоколы прикладного уровня, а также элементы услуг прикладного уровня (application service elements - ASE). ASE обеспечивают легкую связь протоколов прикладного уровня с низшими уровнями. Тремя наиболее важными ASE являются Элемент услуг управления ассоциацией (Association Control Service Element - ACSE), Элемент услуг получения доступа к операциям отдаленного устройства (Remote Operations Service Element - ROSE) и Элемент услуг надежной передачи (Reliable Transfer Service Element - RTSE). При подготовке к связи между двумя протоколами прикладного уровня ACSE объединяет их имена друг с другом. ROSE реализует родовой (generic) механизм "запрос/ответ", который разрешает доступ к операциям отдаленного устройства способом, похожим на вызовы процедуры обращений к отделенной сети (remote procedure calls - RPC). RTSE способствует надежной доставке, делая конструктивные элементы сеансового уровня легкими для использования. Наибольшего внимания заслуживают следующие пять протоколов прикладного уровня OSI:

Common Management Information Protocol (CMIP) – Протокол общей информации управления - протокол управления сети OSI Также, как и SNMP и Net View, он обеспечивает обмен управляющей информацией между ES и станциями управления (которые также являются ES).

Directory Services (DS) – Услуги каталогов. Разработанная на основе спецификации Х.500 CITT, эта услуга предоставляет возможности распределенной базы анных, которые полезны для идентификации и адресации узлов высших ровней.

File Transfer, Access, and Management (FTAM) – Передача, доступ и управление файлами - услуги по передаче файлов. В дополнение к классической передаче файлов, для которой FTAM обеспечивает многочисленные опции, FTAM также обеспечивает средста доступа к распределенным файлам таким же образом, как это делает NetWare компании Novell, Inc или Network File System (NFS) компании Sun Microsystems, Inc.

Message Handling Systems (MHS) – Системы обработки сообщений - обеспечивает механизм, лежащий в основе транспортировки данных для прикладных задач передачи сообщений по электронной почте и других задач, требующих услуг по хранению и продвижению данных. Хотя они и выполняют аналогичные задачи, MHS не следует путать с NetWare MHS компании Novell.

Virtual Terminal Protocol (VTP) – Протокол виртуальных терминалов - обеспечивает эмуляцию терминалов. Другими словами, он позволяет компьютерной системе для отдаленной ES казаться непосредственно подключенным терминалом. С помощью VTP пользователь может, например, выполнять дистанционные работы на универсальных вычислительных машинах.

3 Маршрутизация OSI


При содействии Международной Организации по Стандартизации (ISO) уже разработаны или разрабатываются в настоящее время несколько протоколов маршрутизации. ISO ссылается на Протокол Обмена Внутридоменной Маршрутизации Промежуточных Систем (Intermediate System to Intermediate System Intra-Domain Routing Exchange Protocol (IS-IS)) как на ISO 10589. Двигательной силой стандартизации ISO документа IS-IS был комитет Х.3S3.3 Американского Национального Института Стандартов (ANSI), занимающийся сетевым и транспортным уровнями. В числе других протоколов ISO, связанных с маршрутизацией, протоколы ISO 9542 (End System to Intermediate System, или ES-IS - Конечная система-Промежуточная Система) и ISO 10747 (IS-IS Inter-Domain Routing Protocol, или IDRP - Протокол междоменной маршрутизации промежуточных систем).

IS-IS базируется на работе, которая была впервые выполнена Digital Equipment Corporation при разработке Phase V DECnet. Хотя IS-IS предназначался для маршрутизации в сетях протокола CLNP ISO, со временем была разработана одна из его версий для поддержки как сетей CLNP, так и сетей IP. На эту версию IS-IS обычно ссылаются как на Integrated IS-IS (интегрированный); ее также называют Dual IS-IS (двойственный).

Терминология

Объединенные сети OSI используют уникальную терминологию. Термин "конечная система" (end system - ES) относится к любому узлу сети, который не занимается маршрутизацией; термин "промежуточная система" (intermediate system-IS) относится к роутеру. На этих терминах базируются протоколы OSI ES-IS (который позволяет ES и IS находить друг друга) и IS-IS (который обеспечивает маршрутизацию между IS). Ниже дается определение некоторых других важных терминов объединенных сетей OSI:

Area (Область) – Группа смежных сетей и подключенных к ним хостов, которые определяются как область администратором сети или другим аналогичным лицом.

Domain (Домен) – Набор соединенных областей. Домены маршрутизации обеспечивают полную связность со всеми конечными системами, находящимися в их пределах.

Level 1 routing – Маршрутизация в пределах области Уровня 1.

Level 2 routing – Maршрутизация между областями Уровня 1.

С чисто технологической точки зрения IS-IS почти аналогичен протоколу маршрутизации OSPF (IP-сети). Оба протокола являются протоколами с указанием состояния канала. Оба они обеспечивают различные характеристики, которые не обеспечивает RIP, в том числе иерархии маршрутизации (routing hierachies), дробление путей (path splitting), обеспечение типа услуги (type-of-service - TOS), удостоверение (authentication), поддержка нескольких протоколов сетевого уровня и поддержка (совместно с протоколом Integrated IS-IS) масок подсети переменной длины.

ES-IS

ES-IS в большей мере является протоколом обнаружения, чем протоколом маршрутизации. Через ES-IS системы ES и IS узнают друг о друге. Этот процесс известен как конфигурация (configuration). Т.к. конфигурация должна иметь место прежде, чем может начаться маршрутизация между ES, протокол ES-IS рассматривается в первую очередь.

ES-IS различает три разных типа подсетей:

Point-to-point subnetworks – Двухточечные подсети. Обеспечивают непосредственное соединение между двумя системами. Большинство последовательных каналов глобальной сети являются двухточечными сетями.

Broadcast subnetworks – Широковещательные подсети. Направляют отдельное физическое сообщение во все узлы данной подсети. Примерами широковещательных подсетей являются Ethernet и IEEE 802.3.

General-topology subnetworks – Подсети с общей топологией. Поддерживают произвольное число систем. Однако в отличие от широковещательных подсетей, величина затрат на передачу по какому-нибудь маршруту n непосредственно связана с размерами данной подсети в подсети с общей топологией. Примером подсети с общей топологией является Х.25.

Информация конфигурации передается через определенные интервалы времени с помощью сообщений двух типов. Приветственные сообщения ES (Es hello messages - ESHs) генерируются ES и отправляются в каждую IS данной подсети. Приветственные сообщения IS (IS hello messages - ISH) генерируются IS и отправляются всем ES данной подсети. Эти приветственные сообщения в основном предназначены для переноса адресов подсетей и адресов сетевого уровня тех систем, которые генерируют их.

При возможности ES-IS пытается отправить информацию конфигурации одновременно в несколько систем. В широковещательных подсетях приветственные сообщения ES-IS отправляются во все IS с помощью специальной многопунктовой адресации. IS отправляют приветственные сообщения по специальному адресу многопунктовой адресации, определенного для всех конечных систем. При работе в подсети с общей топологией ES-IS обычно не передает информацию конфигурации из-за больших затрат на передачи многопунктовой адресации.

ES-IS переносит как адреса сетевого уровня, так и адреса подсетей. Адреса сетевого уровня OSI идентифицируют либо точку доступа к услугам сети (NSAP), которая представляет собой интерфейс между Уровнями 3 и 4, либо титул объекта сети (NET), который является объектом сетевого уровня в OSI IS. Адреса подсетей OSI (иногда называемые адресами точки подключения подсети - subnetwork point of attachment - SNPA) являются точками, в которых ES или IS физически подключена к какой-нибудь подсети. Адрес SNPA уникальным образом идентифицирует каждую систему, подключенную к данной подсети. В сети Ethernet, например, SNPA является 48-битовым адресом управления доступом к носителю (МАС). Часть информации конфигурации, которую передает ES-IS, представляет собой отображение соответствия между NSAP и SNPA или между NET и SNPA.

IS-IS

IS-IS является протоколом маршрутизации с указанием состояния канала. В этом роли он передает по сети лавинной адресацией информацию о состоянии канала для построения полной, последовательной картины топологии сети.

Иерархия маршрутизации

Для упрощения схемы и работы роутера IS-IS различает IS уровней 1 и 2. IS уровня 1 могут сообщаться с другими IS уровня 1, находящимися в той же области. IS уровня 2 могут сообщаться с IS других областей. Т.е. IS уровня 1 формируют области уровня 1; IS уровня 2 осуществляют маршрутизацию между областями уровня 1.

IS уровня 2 формируют стержень внутридоменной маршрутизации. Другими словами, IS уровня 2 могут попасть в другие IS уровня 2 путем пересечения только IS уровня 2. Наличие такого стержня упрощает схему, т.к. в этом случае IS уровня 1 нужно уметь только попадать в ближайший IS уровня 2. Протокол стержневой маршрутизации может также вносить изменения, не оказывая влияния на протокол внутриобластной маршрутизации.

Сообщение между ES

Маршрутизация OSI выполняется следующим образом. Каждая ES принадлежит конкретной области. ES обнаруживают ближайшую IS путем прослушивания пакетов ISH. Если какая-нибудь ES захочет отправить пакет в другую ES, она направляет пакет в одну из IS сети, к которой она непосредственно подключена. Роутер просматривает адрес пункта назначения и продвигает пакет по наилучшему маршруту. Если ES пункта назначения находится в той же подсети, то местная IS узнает об этом в результате прослушивания ESH и соответствующим образом продвинет пакет. В этом случае IS может также обеспечить отправку сообщения о переадресации (redirect - RD) в источник пакета, чтобы сообщить о доступности более прямого пути. Если адресом пункта назначения является какая-нибудь ES другой подсети той же области, то IS узнает о точном маршруте и соответствующим образом продвинет пакет. Если адресом пункта назначения является какая-нибудь ES другой области, то IS уровня 1 отправляет этот пакет в в ближайшую IS уровня 2. Продвижение пакета через IS уровня 2 продолжается до тех пор, пока он не достигнет IS уровня 2 в области пункта назначения. В пределах области пункта назначения IS продвигают пакет по наилучшему маршруту, пока не будет достигнутa ES пункта назначения.

Каждая IS генерирует корректировку, определяющую ES и IS, с которыми она соединена, а также связанные с ней показатели. Эта корректировка отправляется во все соседние IS, которые продвигают ее своим соседям, и т.д. (лавинная адресация). Номера последовательностей прекращают лавинную адресацию и отличают старые корректировки от новых. Т.к. каждая IS получает корректировки о состоянии канала от всех других IS, то каждая IS может построить полную базу данных всей топологии сети. При изменении топологии отправляются новые корректировки.

Показатели (метрики)

IS-IS использует один обязательный, устанавливаемый по умолчанию показатель с максимальным значением пути 1024. Этот показатель является произвольным и обычно назначается администратором сети. Любой отдельный канал может иметь максимальное значение 64. Длина путей вычисляется путем суммирования значений каналов. Максимальные значения каналов установлены на этих уровнях для обеспечения степени детализации, чтобы поддерживать различные типы каналов, одновременно обеспечивая достаточную эффективность алгоритма поиска наикратчайшего пути, используемого для расчета маршрута.

IS-IS также определяет три дополнительных показателя (затраты) в качестве опций для тех администраторов, которые испытывают в них необходимость. Затраты задержки (delay) отражают величину задержки в канале. Затраты на издержки (expense) отражают коммуникационные затраты, связанные с использованием данного канала. Затраты на ошибки (error) отражают коэффициент ошибок данного канала.

IS-IS обеспечивает соответствие этих четырех показателей опции качества обслуживания (quality-of-service - QOS) в заголовке пакета CLNP. Пользуясь этим соответствием, IS-IS может вычислять маршруты через объединенную сеть.

Формат пакета

IS-IS использует три базовых формата пакета:

IS-IS hello packets - приветственные пакеты IS-IS

Link state packets (LSPs) - пакеты состояния канала

Sequence numbers packets (SNPs) - пакеты номеров последовательностей

Каждый из этих трех пакетов IS-IS имеет сложный формат с тремя различными логическими частями. Первой частью является 8-байтовый фиксированный заголовок, общий для всех трех типов пакетов. Второй частью является специфичная для данного типа пакета часть с фиксированным форматом. Третья логическая часть также является специфичной для типа пакета, но имеет переменную длину.

Каждый из трех типов пакета имеет общий заголовок.

Первым полем в общем заголовке IS-IS является идентификатор протокола (protocol identifier), который идентифицирует протокол IS-IS. Это поле содержит константу (131).

Следующим полем общего заголовка является поле длины заголовка (header length). Это поле содержит фиксированную длину заголовка. Эта длина всегда равняется 8 байтам, но она включена таким образом, чтобы пакеты IS-IS незначительно отличались от пакетов CLNP.

За полем длины следует поле версии (version), которое равняется единице в текущей спецификации IS-IS.

За полем версии идет поле длины ID, которое определяет размеры части ID (идентификатора) NSAP, если eго значение лежит в пределах от 1 до 8 (включительно). Если поле содержит нуль, то часть ID равняется 6 байтам. Если поле содержит 255 (одни единицы), то часть ID равна 0 байтов.

Следующим полем является поле типа пакета (packet type), которое определяет тип пакета IS-IS (hello, LSP или SNP).

За полем типа пакета повторно следует поле версии.

За вторым полем версии идет поле резерва (reserved), которое равно нулю и которое игнорируется получателем.

Последним полем общего заголовка является поле максимума адресов области. Это поле определяет число адресов, разрешeнных для этой области.

За общим заголовком идет дополнительная фиксированная часть, разная для каждого типа пакета, за которой следует переменная часть.

Интегрированный IS-IS

Интегрированный IS-IS является одной из версий IS-IS, которая использует один алгоритм маршрутизации для поддержки нескольких протоколов сетевого уровня, а не только одного протокола CLNP. Интегрированный IS-IS иногда называют Двойственным IS-IS (Dual IS-IS), по имени одной из версий, предназначенных для сетей IP и CLNP.

Пакеты IS-IS дополнены несколькими полями, что позволяет IS-IS поддерживать дополнительные сетевые уровни. Эти поля сообщают роутерам следующую информацию:

Досягаемость сетевых адресов из других комплектов протоколов;

Какие протоколы поддерживаются и какими роутерами;

Другую информацию, необходимую для какого-нибудь конкретного комплекта протоколов.

Интегрированный IS-IS представляет один из двух способов поддержки в роутере нескольких протоколов сетевого уровня; другим способом является применение метода "корабли ночью" (ships in the night). Этот метод пропагандирует использование совершенно отдельного и отличного от других протокола маршрутизации для каждого сетевого протокола сети так, чтобы несколько протоколов маршрутизации фактически существовали независимо друг от друга (с разными типами маршрутной информации, проходящей подобно кораблям ночью). Возможность направлять по определенным маршрутам несколько протоколов сетевого уровня с помощью таблиц, рассчитанных одним протоколом маршрутизации, экономит ресурсы роутеров.

Протокол междоменной маршрутизации (IDRP)

IDRP является протоколом OSI, предназначенным для перемещения информации между доменами маршрутизации. Он предназначен для бесшовной работы с CLNP, ES-IS и IS-IS. IDRP базируется на Протоколе граничных роутеров (BGP), который является протоколом междоменной маршрутизации, впервые появившемся в сообществе IP.

IDRP вводит несколько новых терминов, в том числе следующие:

Border intermediate system (BIS) – Граничная промежуточная система. Это IS, участвующая в междоменной маршрутизации. Для этого она использует IDRP.

Routing domain (RD) – Домен маршрутизации. Это группа ES и IS, работающих согласно общим административным правилам, включающим коллективное пользование общим маршрутным планом.

Routing domain identifier (RDI) – Идентификатор домена маршрутизации. Уникальный идентификатор домена маршрутизации (RD).

Routing information base (RIB) – Информационная база маршрутизации. Это база данных маршрутизации, используемая IDRP. Каждая BIS строит свою RIB из информации, полученной от систем данного RD и из других BIS. Любая RIB содержит набор маршрутов, выбранных для использования какой-нибудь конкретной BIS.

Confederation – Конфедерация. Это группа доменов маршрутизации (RD). RD, не принадлежащие к данной конфедерации, воспринимают ее как один RD. Топология конфедерации невидима для RD, не принадлещащих к ней. Конфедерации помогают сократить сетевой трафик, выступая в объединенной сети в качестве непреодолимой преграды; они могут быть вложены одна в другую.

Маршрут IDRP представляет собой последовательность RDI. Некоторые из этих RDI могут быть конфедерациями. При конфигурации каждой BIS она знает о RD и конфедерациях, к которым она принадлежит, а также узнает о других BIS, RD и конфедерациях из информации, которой она обменивается с каждым соседом. Как и для маршрутизации с вектором расстояния, маршруты в какой-нибудь конкретный пункт назначения накапливаются вне данного пункта назначения. Только маршруты, которые удовлетворяют требованиям местной политики какой-нибудь BIS и были выбраны для использования, будут переданы в другие BIS. Пересчет маршрутов носит частичный характер и имеет место при наличии одного их следующих трех событий: получена инкрементная корректировка маршрутизации с новыми маршрутами, отказывает какая-нибудь соседняя BIS или появляется новая соседняя BIS.

В число характеристик IDRP входят следующие:

Поддержка CLNP QOS;

Устранение петель путем отслеживания всех RD, пересекаемых роутером;

Сокращение объема маршрутной информации и ее обработки путем использования конфедераций, компрессии информации путей RD и других средств;

Обеспечение надежности путем использования встроенных надежных средств транспортировки;

Обеспечение защиты данных путем использования криптографической сигнатуры для каждого пакета;

Наличие узлов обслуживания маршрута;

Регенерирующие пакеты RIB.

Электронный учебник

Описание Web-сайта

Сайт раскрывает тему данной контрольной работы: «Многоуровневая модель OSI» (вариант №5). Он состоит из 6 HTML-файлов, с использованием 10 JPG-файлов-изображений. Структуру сайта можно представить следующим образом:



Скрин-шот сайта



Список литературы


Косарев В.П. Компьютерные системы и сети: Учеб. пособие. - М.: Финансы и статистика, 1999.

Олифер В.Г., Олфер Н.А. Компьютерные сети. - СПб.: Питер, 2001.

Симонович С.В. Информатика: базовый курс. - СПб.: Питер, 2005.

Кулаков Ю.А. Компьютерные сети: Выбор, установка, использование и администрирование. - Киев: "ЮНИОР", 1999.

Практикум по экономической информатике: Учебн. пособие: в 3-х частях. - Часть 2 / Под. ред. В.П. Косарева, Г.А. Титоренко, Е.А. Мамонтовой. - Финансы и статистика; Перспектива, 2002.

Сокольский М.В. Все о Intranet и Internet. - М.: Элиот, 1998.

Закарян И. Что такое Internet WWW и HTML. - М.: Интернет Трейдинг, 2003.

Шафран Э. Создание Web-страниц: Самоучитель. - СПб.: Питер, 2001.

Матросов А. HTML 4.0. - СПб.: БХВ-Петербург, 2001.

Федорчук А. Как создаются Web-сайты: Краткий курс. - СПб.: Питер, 2000.

Советов Б.Я., Яковлев С.А. Построение сетей интегрального обслуживания. - Л.: МЛО, 1990.

Олифер В.Г., Олфер Н.А. Введение в IP-сети. - СПб.: Питер, 2000.

Дополнительные материалы сети Internet (www.citforum.ru и т.д.).

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://referat.ru/