Материал: Технология проектирования систем защиты информации в информационно-телекоммуникационных системах. Язов Ю.К

сятся, например, технологии Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, FDDI, ATM и др. cо своими стандартами.

На канальном уровне обеспечивается надежная передача данных через физический канал. Канальный уровень оперирует блоками данных, называемых кадрами (frame). В частности в Ethernet размер кадра составляет 1500 байт. Основным назначением канального уровня является прием кадра из сети и отправка его в сеть. При этом осуществляется: физическая адресация сообщений, соблюдение правил использования физического канала; выявление неисправностей; управление потокам информации.

Для доступа к среде в локальных сетях используется два метода: метод случайного доступа и метод маркерного доступа. Метод случайного доступа основан на том, что любой компьютер пытается получить доступ к каналу передачи в необходимый для него момент времени. Если канал занят, то компьютер повторяет попытки доступа до его освобождения. Пример такого подхода – технология Ethernet. Метод маркерного доступа основан на передаче от компьютера к компьютеру в локальной сети маркера доступа. При получении маркера компьютер имеет право передать свою информацию. Этот метод применяется в се-

тях Token Ring, FDDI и 100VG-Any Lan.

При передаче каждого кадра на канальном уровне добавляется к кадру контрольная сумма для проверки правильности передачи. Функции канального уровня реализуются как сетевыми адаптерами, так и соответствующими драйверами, то есть специальными программами управления сетевыми адаптерами, а также различным коммуникационным оборудованием: мостами, коммутаторами, маршрутизаторами. Канальный уровень не позволяет проводить адресацию в сложных сетях

115

Сетевой уровень занимает промежуточное положение: его услугами пользуются более высокие уровни, а для выполнения своих функций он использует канальный уровень. Сетевой уровень служит для работы в произвольных сетевых топологиях с сохранением простоты передачи пакета. Он является альтернативой программному взаимодействию, применявшемуся на ранних стадиях развития сетевых технологий и имевшему значительные недостатки - необходимость постоянного обновления программ взаимодействия при модернизации сетей.

На сетевом уровне в кадры канального уровня добавляется заголовок пакета сетевого уровня, основное место в котором отводится адресу получателя. Такой адрес включает в себя номер сети и номер абонента данной сети. Такая адресация позволяет протоколам сетевого уровня составлять точную схему связи и выбирать оптимальные маршруты при любой топологии сетей. Помимо адреса заголовок сетевого уровня может содержать дополнительную информацию: время жизни пакета в сети; информацию о связях между сетями; данные для фрагментации и сборки пакетов; информацию о загруженности сети и др. Следует отметить, что сети соединяются между собой специальными устройствами, называемыми маршрутизаторами. Маршрутизатор –

это устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на ее основании пересылает пакеты сетевого уровня в сеть на-

значения. Маршрутизация является главной задачей сетевого уровня. На сетевом уровне действуют два вида протоколов. Первый относится к определению правил передачи пакетов от конечных узлов к маршрутизаторам и между маршрутизаторами. Именно эти протоколы имеют в виду, когда говорят о протоколах сетевого

116

уровня. Однако часто к сетевому уровню относят и другие протоколы, называемые протоколами обмена информацией о маршрутах, с помощью которых маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсетевых соединений. Протоколы сетевого уровня реализуются драйверами операционной системы, а также программными и аппаратными средствами маршрутизаторов. Примером протокола сетевого уровня является протокол межсетевого взаимодействия IP, о котором пойдет речь ниже.

Транспортный уровень предназначен для оптимизации передачи данных от отправителя к получателю, управления потоком данных и реализации запрошенного сеансовым уровнем качества обслуживания. Начиная с транспортного уровня, все вышележащие протоколы реализуются программными средствами, обычно включаемыми в состав сетевой операционной системы. На этом уровне определяется требуемый размер пакета на основании объема отправляемых данных и максимально возможного его размера для данной сетевой архитектуры. Структура пакета на этом уровне показана на рис.12.

Ethernet-заголовок (пакет на канальной уровне)

IP-заголовок (пакет на сетевом уровне)

TCP-заголовок (пакет на транспортном уровне)

Данные

Рис.12. Структура TCP-пакета

Если данных слишком много для передачи в одном пакете, то транспортный уровень отвечает за разде-

117

ление этого пакета на фрагменты подходящего для данной сети размера и их доставку в определенном порядке. Он же проверяет дубликаты и пересылает потерянные пакеты, а также в зависимости от устанавливаемого для конкретного приложения класса сервиса обеспечивает целый ряд услуг, таких как: срочность доставки; возможность восстановления прерванной связи; мультиплексирование нескольких соединений; обнаружение и исправление ошибок передачи, в том числе искажение, потеря и дублирование пакетов. В качестве примера транспортных протоколов сегодня можно привести протокол TCP (Transmission Control Protocol).

Сеансовый уровень управляет диалогом между двумя устройствами. На этом уровне устанавливаются правила начала и завершения взаимодействия и поддерживаются функции восстановления после обнаружения ошибок и информирования о них верхних уровней. Кроме того, сеансовый уровень определяет, какая из сторон является активной в данный момент, предоставляет средства синхронизации, устанавливающие контрольные точки, позволяющие в случае отказа сделать откат, то есть вернуться назад к последней контрольной точке, не начиная передачу данных с начала.

Уровень представления выполняет преобразо-

вание данных между устройствами с различными форматами данных. Кроме того, он может выполнять шифрование и дешифровку данных. Примером протокола этого уровня является протокол Secure Socket Layer (SSL), который обеспечивает защищенный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня TCP/IP, о которых пойдет речь ниже.

118

Прикладной уровень служит пользовательским интерфейсом (совокупностью правил и услуг) с сетью. Этот уровень непосредственно взаимодействует с пользовательскими прикладными программами, предоставляя им доступ в сеть. На этом уровне обычно находятся сетевые приложения: электронная почта; передача файлов по сети; совместная подготовка документов и др. Прикладной уровень – это набор протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам: файлам; принтерам; Webстраницам; электронной почте. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением. Существует огромное количество служб прикладного уровня. В качестве примеров протоколов этого уровня можно привести: NFS и FTR, входящих в широко известный и применяемый в Internet стек прото-

колов TCP/IP.

Стек протоколов TCP/IP в свете модели OSI. TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol –

протокол управления передачей/ протокол сети Internet) – это промышленный стандарт для глобальных сетей, который применяется в Internet и находит в настоящее время все более широкое применение для корпоративных и локальных сетей. Он был разработан более 20 лет назад по инициативе Министерства обороны США. Стандарты TCP/IP опубликованы в серии документов, названных Request for Comment (RFC). Документы RFC описывают внутреннюю работу сети Internet. Некоторые RFC описывают сетевые сервисы или протоколы и их реализацию, в то время как другие обобщают условия применения. Стандарты TCP/IP всегда публикуются в виде документов RFC. Стек был разработан для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов

119