Сетевая модель DoD

РОССИЙСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОЦИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

     Факультет информационных технологий

Кафедра информационной безопасности и программной инженерии

      Специальность Комплексная защита объектов информатизации

Доклад 

на тему: «Сетевая модель DOD».

по дисциплине «Системы и сети связи» 

        Студент Зайнетдинов Эльгис Тахирович группы КЗИ-Д-3

     (Ф.И.О.  полностью) 

Руководитель 

                                                      Сиротский А.А.            (Ф.И.О.)

                                                      _______________

     (Подпись, дата)

                                                      Разработал студент

                                                                                                                                    Зайнетдинов Э.Т.

     (Подпись, дата) 
 

Москва  2012

Содержание 
 

1. Введение………………………………………………………………………………….3
2. Историческая справка…………………………………………………………………...4
3. Уровни сетевой модели TCP/IP(модели DOD) ………………………………………..5
1. Прикладной уровень(приложений) ………………………………………………...5
2. Транспортный………………………………………………………………………..6
3. Уровень Internet………………………………………………………………………6
4. Уровень доступа к сети……………………………………………………………...6
4. Эталонная модель TCP/IP……………………………………………………………….7
1. Интернет- уровень……..………………………………………………………….…8
2. Транспортный……………………………………………………………………….9
3. Хост-сетевой……...…………………………………………………………………10
5. Сравнение эталонных моделей OSI и TCP……………………………………………10
6. Критика эталонной модели TCP/IP……………………………………………………12 
   Введение

Для решения  сложнейших задач  взаимодействия различных  сетевых компонентов при организации вычислительных сетей используется универсальный принцип декомпозиции, согласно которому решение сложной задачи может быть представлено совокупностью решений нескольких более простых задач – модулей. При этом определяются конкретные функции каждого модуля, решающего какую-либо отдельную задачу, и интерфейсы взаимодействия между этими модулями. В результате логически упрощается решение общей задачи и становится возможной модификация отдельных модулей фактически  без изменения остальных.

       При декомпозиции часто используют  многоуровневый подход. Он заключается  в следующем. Все множество  модулей разбивают на уровни. Уровни  образуют иерархию, то  есть имеются вышележащие и  нижележащие уровни.  Множество  модулей, составляющих каждый уровень, формируется таким образом, что для выполнения своих задач они обращаются с запросами только к модулям непосредственно примыкающего нижележащего уровня. С другой стороны, результаты работы всех модулей, принадлежащих некоторому уровню, могут быть переданы только модулям соседнего вышележащего уровня. Такая иерархическая декомпозиция задачи предполагает четкое определение функции каждого уровня и интерфейсов между уровнями. Интерфейс определяет набор функций, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему. В результате иерархической декомпозиции достигается относительная независимость уровней, а значит, и возможность их легкой модификации или замены.

       Многоуровневое представление средств  сетевого взаимодействия имеет  свою специфику, связанную с тем, что в процессе обмена сообщениями участвуют как минимум две вычислительных машины (узла сети), то есть в данном случае необходимо организовать согласованную работу двух «иерархий». При передаче сообщений оба участника сетевого обмена должны принять множество соглашений. Например, они должны согласовать уровни и форму электрических сигналов, способ определения длины сообщений, договориться о методах контроля достоверности и т. п. Другими словами, соглашения должны  быть приняты для всех уровней, начиная от самого низкого уровня – уровня передачи битов – до самого высокого уровня, который реализует прикладной сервис для пользователей сети.

     Формализованные  правила, определяющие последовательность  и формат сообщений, которыми  обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называют в сетевых спецификациях протоколом. Модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами и с помощью стандартизованных форматов сообщений. Совокупность этих правил в сетевых спецификациях принято называть интерфейсом. Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему уровню. В сущности, протокол и интерфейс выражают одно и то же понятие, но традиционно в сетях за ними закрепили разные области действия: протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы – модулей соседних уровней в одном узле. Средства каждого уровня должны отрабатывать, во-первых, свой собственный протокол, а во-вторых, интерфейсы с соседними уровнями.

       Иерархически организованный набор  протоколов, достаточный для организации  взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных  протоколов.  

       Коммуникационные протоколы могут  быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы  нижних уровней обычно реализуются  комбинацией программных и аппаратных  средств, а протоколы верхних  уровней – как правило, чисто  программными средствами.

      Общепринято называть «протоколом»  сам программный модуль, реализующий  данный протокол как формально  определенную процедуру. Каждый  протокол может иметь несколько  вариантов программной реализации. Поэтому при сравнении и выборе  протоколов учитывается как логика их работы, так и качество программной реализации. Естественно, что качество всей совокупности протоколов (стека) оказывает решающее влияние на эффективность взаимодействия всех сетевых устройств, реализующих те или иные наборы протоколов.

       При практической реализации  сетей используются некоторые  стандартизованные протоколы. От  степени соответствия принятым  стандартам зависит не только  совместимость отдельного оборудования, но и в целом работоспособность  всей сети.

Наиболее популярны две модели многоуровневого подхода к разработке средств сетевого взаимодействия. Одной из этих моделей является традиционно описываемая в литературе семиуровневая модель взаимодействия открытых систем OSI (Open System Interconnection) или в русскоязычном варианте –  эталонная модель взаимодействия открытых систем (ЭМВОС). Другой моделью является четырехуровневая модель взаимодействия открытых систем DoD (Department of Defence – Министерство Обороны США), которая использована при разработке реально действующего и самого распространенного на сегодняшний день стека протоколов TCP/IP (см. далее в разделе 11), обеспечивающего на практике работу сети Интернет.

Историческая  справка

 Впервые о  TCP/IP было сказано в 1973 году  на заседании International Network Working Group, прошедшем в Великобритании. Здесь Роберт Кан и Винт Серф выступили с проектом статьи, которая позже, в мае 1974 года, была опубликована в одном из самых престижных журналов Transactions on Communications. В статье были изложены основы будущего протокола TCP/IP.

Главная идея, предложенная авторами, состояла в том, чтобы перенести  обеспечение надежности коммуникаций из сети в подключенные к ней серверы. Идея оказалась блестящей, она пришлась по вкусу и либерально настроенным  ученым, и военным одновременно. После этого протокол начал жить своей жизнью, пока еще под названием TCP. К совершенствованию нового протокола приложили руку многие инженеры и ученые, и к октябрю 1977 года его работу удалось продемонстрировать не только в ARPAnet, но и в пакетной радиосети и спутниковой сети SATNET.

Чуть позже  инженеры пришли к выводу о необходимости  разделить протокол на две части: так появились "близнецы-братья" TCP и IP. Часть TCP отвечает за разбиение  сообщения на дейтаграммы на стороне  отправителя, за сборку их на стороне получателя, обнаружение ошибок и восстановление порядка пакетов, если он был нарушен в процессе передачи. IP, или Internet Protocol, отвечает за маршрутизацию отдельных дейтаграмм.

История создания TCP/IP ведет свое начало с момента, когда министерство обороны США столкнулось с проблемой объединения большого числа компьютеров с различными ОС. В 1970 г. был разработан необходимый набор стандартов. Протоколы, разработанные на базе этих стандартов, получили обобщенное название TCP/IP.

К 1978 году окончательно оформилось то, что сегодня мы называем TCP/IP. Позже стек адаптировали для использования в локальных сетях. В начале 1980 г. протокол стал составной частью ОС UNIX. В том же году появилась объединенная сеть Internet. Переход к технологии Internet был завершен в 1983 г., когда министерство обороны США решило, что все компьютеры, присоединенные к глобальной сети, будут использовать стек протоколов TCP/IP.

Модель TCP/IP разрабатывалась  для описания стека протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Она была разработана значительно раньше, чем модель OSI.

Уровни  сетевой модели TCP/IP (модели DoD)

Сетевая модель TCP/IP имеет четыре уровня:

• Уровень 4 — уровень приложений;
• Уровень 3 — транспортный уровень;
• Уровень 2 — Internet-уровень;
• Уровень 1 — уровень доступа к сети.

Рис.1 Схема уровней сетевой модели TCP/IP (модели DoD)

Необходимо отметить, что некоторые уровни модели TCP/IP имеют те же названия, что и у уровней эталонной модели OSI. Однако не следует отождествлять одноименные уровни этих двух моделей. Функции одноименных уровней обеих моделей могут совпадать, но могут и различаться.

Подобное деление, на мой взгляд, упростило понимание того, как организованы компьютерные сети. Такое упрощение никак не затронуло функциональные возможности этой модели.  Все функции, присущие модели OSI, полностью поддерживаются этой моделью. Эта сетевая модель также не зависит от среды передачи данных.

Прикладной (приложений) уровень (Application layer)

Верхний уровень  модели, обеспечивает взаимодействие пользовательских приложений с сетью. Этот уровень позволяет приложениям  использовать сетевые службы, такие  как удалённый доступ к файлам и базам данных, пересылка электронной почты. Также отвечает за передачу служебной информации, предоставляет приложениям информацию об ошибках и формирует запросы к уровню представления. Пример: HTTP, POP3, SMTP, FTP, XMPP, OSCAR, Modbus, SIP, TELNET.

Транспортный уровень

Транспортный  уровень (transport layer) модели предназначен для обеспечения надёжной передачи данных от отправителя к получателю. При этом уровень надёжности может варьироваться в широких пределах. Существует множество классов протоколов транспортного уровня, начиная от протоколов, предоставляющих только основные транспортные функции (например, функции передачи данных без подтверждения приема), и заканчивая протоколами, которые гарантируют доставку в пункт назначения нескольких пакетов данных в надлежащей последовательности, мультиплексируют несколько потоков данных, обеспечивают механизм управления потоками данных и гарантируют достоверность принятых данных. Например, UDP ограничивается контролем целостности данных в рамках одной датаграммы, и не исключает возможности потери пакета целиком, или дублирования пакетов, нарушение порядка получения пакетов данных; TCP обеспечивает надёжную непрерывную передачу данных, исключающую потерю данных или нарушение порядка их поступления или дублирования, может перераспределять данные, разбивая большие порции данных на фрагменты и наоборот склеивая фрагменты в один пакет.

Протоколы транспортного уровня: ATP (AppleTalk Transaction Protocol), CUDP (Cyclic UDP), DCCP (Datagram Congestion Control Protocol), FCP (Fiber Channel Protocol), IL (IL Protocol), NBF (NetBIOS Frames protocol), NCP (NetWare Core Protocol), SCTP (Stream Control Transmission Protocol), SPX (Sequenced Packet Exchange), SST (Structured Stream Transport), TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol).

Уровень Internet

Сетевой уровень (network layer) модели предназначен для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и «заторов» в сети.

Протоколы сетевого уровня маршрутизируют данные от источника  к получателю. Работающие на этом уровне устройства (маршрутизаторы) условно называют устройствами третьего уровня (по номеру уровня в модели OSI).

Протоколы сетевого уровня: IP/IPv4/IPv6 (Internet Protocol), IPX (Internetwork Packet Exchange, протокол межсетевого обмена), X.25 (частично этот протокол реализован на уровне 2), CLNP (сетевой протокол без организации соединений), IPsec (Internet Protocol Security), ICMP (Internet Control Message Protocol), IGMP (Internet Group Management Protocol), RIP (Routing Information Protocol), OSPF (Open Shortest Path First).

Уровень доступа к сети

Канальный уровень (data link layer) предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Полученные с физического уровня данные он упаковывает в кадры, проверяет на целостность, если нужно, исправляет ошибки (формирует повторный запрос поврежденного кадра) и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием.