Файл: Профессиональноеоб разовани е.pdf

21
авария
ƒ
ƒ
— параметры качества вышли за пределы допусков в ре- зультате нарушения режима объекта или наличия неисправно- сти в нем, вследствие чего наблюдается отказ объекта (непри- емлемое качество).
Если в процессе контроля блок «Обнаружения неправильного функционирования» обнаружил угрозу аварийной ситуации, за- пускается процесс обработки аварийной ситуации. Основное на- значение этого блока — количественное определение уровня оши- бок и принятие решения о приеме тракта в эксплуатацию. Основ- ным критерием оценки уровня ошибок в настоящее время является измерение блочных ошибок в тракте. Блок определяется как группа следующих друг за другом битов, которые могут быть закреплены за трактом передачи данных.
Каждая группа относится точно к одному блоку. Сам блок проверяется методом контроля по четности, а характер фикси- руемых ошибочных блоков определяется по следующим крите- риям:
В
ƒ
ƒ
Е
(блок с ошибками) — имеется одна или несколько ошибок по битам;
С
ƒ
ƒ
Е
(секунда с ошибками) — секунда, за которую прошли блоки
(блок) В
Е
;
С
ƒ
ƒ
Е—30
(секунда, пораженная ошибками) — секунда, за которую по тракту прошли 30 % блоков В
Е
или имели место более серьез- ные нарушения;
В
ƒ
ƒ
НЕ
(фоновая блочная ошибка) — блок с ошибками, не относя- щийся к секунде, пораженной ошибками.
Период неготовности, фиксируемый для одного направления тракта, — это период, начинающийся с 10 последовательных С
Е
и заканчивающийся до начала 10 последовательных секунд без С
Е
Для современных цифровых систем передачи данных промежуток времени в 10 последовательных С
Е
является критерием отказа.
Логические основы сети Интернет. Интернет соединяет в еди- ную систему сотни миллионов компьютеров. Каждый компьютер имеет уникальный адрес, по которому определяется его положе- ние в сети Интернет. В основе функционирования Интернета ле- жит эталонная модель взаимодействия открытых систем,называе- мая далее моделью OSI (Open System Interconnection), которая за- дает единые правила функционирования всех ТКС. Собственно
открытыми называются системы, использующие одинаковые протоколы взаимодействия, а протоколами — набор правил, ре- гламентирующих порядок обмена информацией между устрой- ствами или процессами в ТКС.

22
таблица 1.3
Абонент-отправитель
Функции уровней OSI
Абонент-получатель
Уровень при- ложений
↓
↓
Поддерживает локальную
ОС и связь файловых систем, предоставляя команды для пересылки файлов
↑
↑
Уровень при- ложений
Представитель- ский уровень
↓
↓
Перекодирует файлы в один из стандартных форматов
↑
↑
Представитель- ский уровень
Сеансовый уровень
↓
↓
↓
Устанавливает сеансы связи между служба- ми. Управляет службой логических имен. Создает контрольные точки для синхронизации
↑
↑
↑
Сеансовый уровень
Транспортный уровень
↓
↓
Делит данные на сегмен- ты. Управляет потоком данных, исправляя ошиб- ки
↑
↑
Транспортный уровень
Сетевой уро- вень
↓
↓
↓
Обеспечивает: а) соеди- нение для каждого сеанса связи; б) межсетевой об- мен датаграммами на базе маршрутизации. Опреде- ляет IP-адреса хостов
↑
↑
↑
Сетевой уро- вень
Канальный уровень
↓
↓
↓
Создает кадры и восста- навливает их из битового потока. Задает МАС-адрес.
Обслуживает канал. Вы- являет ошибки в физиче- ском сегменте сети
↑
↑
↑
Канальный уровень
Физический уровень
↓
↓
↓
Обеспечивает доступ к каналу передачи данных, задает его характеристики
(скорость обмена, механи- ческие параметры среды передачи и пр.)
↑
↑
↑
Физический уровень
↓
↓
Канал передачи данных
(витая пара и пр.)
→ → → → → → → → → →
↑
↑

23
Подчиняясь протоколам модели OSI, данные на своем пути по сети от абонента к абоненту дважды проходят семь уровней. Этот путь указан стрелками в табл. 1.3. Здесь же приведены названия и основные функции всех уровней. Модель OSI разработали для об- легчения и разделения труда инженеров сетевого оборудования и программистов, чтобы им было понятно, на каком уровне и с ка- ким оборудованием они работают.
На уровне приложений взаимодействуют приложения, поэто- му данные попадают с этого уровня на следующий (представитель- ский) уровень в формате приложений: http (сайты), FTP (файлы),
IRC (чат) и др.
На представительском уровне принимаются данные от уров- ня приложений специальной программой-клиентом, которая пере- водит их в один из стандартных форматов: для текстовых фай- лов — это форматы ASCII, EBCDIC, HTML; для звуковых фай- лов — MIDI, MP3, WAV и т.д.
На сеансовом уровне два приложения на разных компьютерах устанавливают, поддерживают и завершают соединение, называ- емое сеансом, т.е. сеансовый уровень управляет проведением се- ансов связи, поддерживая диалог, подобный диалогу, приведенно- му на рис. 1.4. Сеансовый уровень определяет, какая из сторон, когда и как долго должна осуществлять передачу данных. Сеансо- вый уровень, кроме того, распознает логические имена абонентов и контролирует права доступа.
Рис. 1.4. Электронный диалог на сетевом уровне модели OSI

24
Транспортный уровень
обеспечивает доставку данных без ошибок, потерь и в нужной последовательности. Здесь же произ- водится разбивка передаваемых данных на сегменты (перед от- правкой) и восстановление из сегментов принимаемых данных
(при приеме). Сегменты отправляются не сразу, а буферируются
(накапливаются) во временном буфере, как это показано на рис.
1.5. Для контроля подтверждения доставки в протоколе транспорт- ного уровня используется метод квитирования: при получении очередного сегмента получатель посылает отправителю служеб- ный кадр (квитанцию), подтверждающий факт приема сегмента.
Алгоритм квитирования называется «скользящее окно». В про- токоле TCP это окно определено на множестве нумерованных байтов неструктурированного потока данных, поступающих с се- ансового уровня и буферируемых протоколом TCP. Получающий модуль TCP отправляет посылающему модулю TCP размер «окна», равный количеству байтов, которое принимающий модуль TCP го- тов в настоящий момент принять. Квитанция посылается только в случае правильного приема данных. Отсутствие квитанции означа- ет либо прием искаженного сегмента, либо потерю сегмента, либо потерю квитанции. В качестве квитанции получатель сегмента от- сылает ответное сообщение (сегмент), в которое помещает число, на единицу превышающее максимальный номер байта в получен- ном сегменте. Это число часто называют номером очереди.
На рис. 1.5 показан поток сегментов, поступающий на вход мо- дуля TCP. В буфере модуля ТСР постоянно присутствуют сегмен- ты, входящие в «скользящее окно», размером W (байт). Сегменты сектора S
1
, которые были отправлены и на которые уже пришли квитанции, удаляются из буфера. Их замещают сегментысектора
S
2
, которые также уже отправлены, но квитанции на них пока не получены. Третья часть потока — это сегментысектора S
3
, кото- рые пока не отправлены, но могут быть отправлены, как только до них дойдет очередь. Последняя граница указывает на начало по- следовательности сегментовсектора S
4
, ни один из которых не мо-
Рис. 1.5. Размещение сегментов в «скользящем окне»

25
жет быть отправлен до тех пор, пока не придет очередная квитан- ция и окно не будет сдвинуто вправо.
Поскольку каждый байт пронумерован, легко регистрировать появление дубликатов в условиях повторной передачи кадра. Ну- мерация байтов в пределах сегмента идет по возрастанию. Благо- даря подтверждениям и номерам очереди достигается надежность передачи и приема данных.
Сетевой уровень
реализует функцию маршрутизации, заклю- чающуюся в определении кратчайшего расстояния по сети между двумя ее абонентами. Все действия на сетевом уровне выполняет так называемый IP-модуль, который размещен на сетевой карте компьютера-абонента и все действия которого подчинены IP- протоколу, описанному в стандарте Интернета RFC—791.
Понятие маршрутизации является ключевым в понимании функционирования локальных и глобальных сетей. Ее предметное описание требует предварительного ознакомления с рядом сете- вых терминов [29].
Узлом сети называется компьютер, поддерживающий IP- протокол. Узел сети может иметь один и более IP-интерфейсов, подключенных к одной или разным сетям (например, компьютер с двумя и более сетевыми картами). Каждый IP-интерфейс иденти- фицируется уникальным IP-адресом. IP-интерфейс — часть кон- фигурации сетевой платы компьютера, служащая для подключе- ния и адресации хоста в сети (обычно через разъем 8Р8С).
IP-сетью называется множество хостов (IP-интерфейсов), спо- собных пересылать данные друг другу непосредственно (без ре- трансляции через промежуточные компьютеры). IP-адреса интер- фейсов одной IP-сети имеют общую часть, которая называется адресом IP-сети, или номером IP-сети, и специфическую для каж- дого интерфейса часть, называемую адресом, или номером, дан- ного интерфейса в данной IP-сети.
Маршрутизатор — это узел сети с несколькими IP-интер- фейсами, подключенными к разным IP-сетям, осуществляющий межсетевую передачу датаграмм между абонентами.
Датаграммой называется сегмент, состоящий из передаваемо- го сообщения и заголовков, добавляемых к нему на каждом уров- не OSI, начиная с транспортного уровня.
Хостами называются узлы IP-сети, не являющиеся маршрути- заторами. IP-адрес хоста или маршрутизатора является уникаль- ным 32-битным идентификатором IP-интерфейса в Интернете.
При записи IP-адреса используют точки, отделяющие восьмерки бит (так называемые октеты) друг от друга. Например, IP-адрес

26 10100000010100010000010110000011 записывается так: 10100000.01 010001.00000101.10000011, а сами октеты переводятся в десятич- ную систему счисления. Запись IP-адреса, приведенного ранее, примет вид: 160.81.5.131. (точечная десятичная система обозначе- ний).
Старшие m битов IP-адреса хоста образуют номер IP-сети.
Младшие n битов IP-адреса хоста определяют номер хоста в этой сети. Ясно, что m + n = 32. Положение метки, отделяющей биты номера сети от битов номера хоста в этой сети, определяет класс данной сети.
Маршрутизаторы работают с бесклассовой моделью записи IP- адресов, используя их запись в виде: a.b.c.d/n, где «a.b.c.d» — собственно IP-адрес; n — количество бит в сетевой части. Напри- мер, в IP-адресе 137.158.144.7/17 маска сети содержит 17 единиц, за которыми следуют 15 нулей:
11111111111111111.00000000000000
(1.1)
Представив IP-адрес 137.158.144.7 в двоичном виде:
10001001100111101.001000000000111
(1.2)
и побитно умножив (1.2) на маску сети (1.1), мы получим номер сети — левые 17 двоичных разрядов в выражении (1.2), которые для наглядности отделены здесь точкой, и номер хоста в этой сети, представленные правыми 15 битами в выражении (1.2). Запишем результат: IP-адрес 137.158.144.7/17 адресует хост 16.7 в сети
137.158.128.0/17.
Маршрутизация в содержательном плане Интернет — это ком- бинация сетей, соединяемых с помощью маршрутизаторов. Дата- грамма идет по Интернету к пункту назначения от одного марш- рутизатора к другому, пока не достигает маршрутизатора, закре- пленного за сетью пункта назначения. Основная функция маршрутизатора — получить пакет от одной сети и передать дру- гой. Маршрутизатор, как минимум, соединяет две сети. Получив пакет, он решает две задачи:
1) к какой сети он должен его передать;
2) по какому пути.
Последнее решение основано на выборе оптимального пути, длина которого определяется метрикой — стоимостью передачи датаграммы по сети. Полное измерение конкретного маршрута равно сумме метрик сетей, которые включают в себя маршрут.
Маршрутизатор выбирает маршрут с наименьшей метрикой. Ме- трика (например, скорость трафика в сегменте сети) вычисляется и записывается в таблицу маршрутизации, пользуясь данными ко-

27
торой маршрутизатор вычисляет адрес следующего маршрутиза- тора, лежащего на оптимальном пути для очередного передавае- мого пакета.
Для реализации своих функций маршрутизатор постоянно вы- полняет следующие действия:
опрашивает своих соседей и узнает их сетевой адрес;
ƒ
ƒ
измеряет стоимость связи с каждым из своих соседей (мет-
ƒ
ƒ
рику);
создает пакет, содержащий всю собранную информацию;
ƒ
ƒ
рассылает созданный пакет всем маршрутизаторам-соседям по
ƒ
ƒ
сети;
вычисляет адрес маршрутизатора-соседа, через который прохо-
ƒ
ƒ
дит кратчайший путь до текущего абонента, и передает ему па- кет.
Рассмотрим процесс маршрутизации на примере. На рис. 1.6 представлена сеть, в состав которой входят два маршрутизатора: G
1
и G
2
. Хосты А и В находятся в сети 1, которая соединяется с сетью 2 с помощью маршрутизатора G
1
. К сети 2 подключен маршрутиза- тор G
2
, соединяющий ее с сетью 3, в которой находится хост С.
Возможный вариант таблицы маршрутов, находящейся в памя- ти сетевой карты хоста А, приведен в табл. 1.4. Колонка «Адрес шлюза» показывает, на какой адрес будут посланы пакеты, идущие в сеть назначения. Если пакеты будут идти напрямую, то указыва- ется собственный адрес — именно в этом случае используется за- пись On-link, означающая, что адрес шлюза равен адресу интер- фейса. Это означает, что датаграммы, адресованные хостам той же сети 1 (здесь — только одному хосту В), отправляет сам хост А, так как это его локальная сеть, а датаграммы, адресованные в лю- бую другую сеть (маршрут по умолчанию), хост А отправляет маршрутизатору G
1
, чтобы тот «занялся их дальнейшей судьбой».
Предположим, что хост А посылает датаграмму хосту В. Срав- нив адрес сети хоста В с адресом «Сеть 1» в табл. 1.4, хост А обна- ружит, что хост В принадлежит той же сети 1, что и А, а из столбца
«Интерфейс» — что доставка пакетов осуществляется непосред- ственно самим хостом А.
Рис. 1.6. Сеть с двумя маршрутизаторами