Краткие теоретические сведения. Сетевой уровень определяет правила доставки данных между логическими се- тями

Сетевой уровень определяет правила доставки данных между логическими се- тями, формирование логических адресов сетевых устройств, определение, выбор и поддержание маршрутной информации, функционирование шлюзов (gateways). Главной целью сетевого уровня является решение задачи перемещения (доставки) данных в заданные точки сети. Доставка данных на сетевом уровне в общем-то похожа на доставку данных на канальном уровне модели OSI, где для передачи данных используется физическая адресация устройств. Однако адресация на ка- нальном уровне относится только к одной логической сети, действует только внутри этой сети. Сетевой уровень описывает методы и средства передачи информации между многими независимыми (и часто разнородными) логическими сетями, кото- рые, соединенные вместе, формируют одну большую сеть. Такая сеть называется объединенной сетью (internetwork), а процессы передачи информации между сетя- ми — межсетевым взаимодействием (internetworking).

С помощью физической адресации на канальном уровне данные доставляются всем устройствам, входящим в одну логическую сеть. Каждое сетевое устройство, каждый компьютер определяют назначение принятых данных. Если данные предна- значены компьютеру, то он их обрабатывает, если же нет — игнорирует.

В отличие от канального сетевой уровень может выбирать конкретный мар- шрут в объединенной сети и избегать посылки данных в те логические сети, в кото- рые данные не адресованы. Сетевой уровень осуществляет это путем коммутаций, адресации на сетевом уровне и с использованием алгоритмов маршрутизации. Сете- вой уровень также отвечает за обеспечение правильных маршрутов для данных через объединенную сеть, состоящую из разнородных сетей.

Элементы и методы реализации сетевого уровня определяются следующим:

- все логически отдельные сети должны иметь уникальные сетевые адреса;

- коммутация определяет, как устанавливаются соединения через объединен- ную сеть;

- возможность реализовать маршрутизацию так, чтобы компьютеры и маршру- тизаторы определяли наилучший путь прохождения данных через объединенную сеть;

- сеть будет выполнять различные уровни сервиса соединений в зависимости от ожидаемого в рамках объединенной сети количества ошибок.

На этом уровне модели OSI работают маршрутизаторы и некоторые из комму- таторов.

Сетевой уровень определяет правила формирования логических адресов (logical network address) сетевых объектов. В рамках большой объединенной сети каждый сетевой объект должен обладать уникальным логическим адресом. В формировании логического адреса участвуют два компонента: логический адрес сети, который

является общим для всех объектов сети, и логический адрес сетевого объекта, кото- рый является уникальным для этого объекта. При формировании логического адреса сетевого объекта может либо использоваться физический адрес объекта, либо опре- деляться произвольный логический адрес. Использование логической адресации позволяет организовать передачу данных между разными логическими сетями.

Каждый сетевой объект, каждый компьютер может выполнять много сетевых функций одновременно, обеспечивая работу различных сервисов. Для обращения к сервисам используется специальный идентификатор сервиса, который называется порт (port), или сокет (socket). При обращении к сервису идентификатор сервиса следует сразу за логическим адресом компьютера, обеспечивающего работу сервиса. Во многих сетях резервируются группы логических адресов и идентификаторов сервисов с целью выполнения конкретных заранее определенных и общеизвестных действий. Например, в случае необходимости отправить данные всем сетевым объ- ектам отправка будет произведена на специальный broadcast-адрес. Сетевой уровень определяет правила передачи данных между двумя сетевыми объектами. Эта пере-

дача может осуществляться с использованием коммутации или маршрутизации.

Различают три метода коммутации при передаче данных: коммутация каналов, коммутация сообщений и коммутация пакетов.

При использовании коммутации каналов устанавливается канал передачи дан- ных между отправителем и получателем. Этот канал будет задействован в течение всего сеанса связи. При использовании этого метода возможны длительные задерж- ки при выделении канала, связанные с отсутствием достаточной полосы пропуска- ния, загруженностью коммутационного оборудования или занятостью получателя.

Коммутация сообщений позволяет передавать целое (неразбитое на части) со- общение по принципу «сохранить и передать дальше» (store-and-forward). Каждое промежуточное устройство принимает сообщение, локально его сохраняет и при освобождении канала связи, по которому это сообщение должно быть отправлено, отправляет его. Этот метод хорошо подходит для передачи сообщений электронной почты и организации электронного документооборота.

При использовании коммутации пакетов соединяются вместе преимущества двух предыдущих методов. Каждое большое сообщение разбивается на небольшие пакеты, каждый из которых последовательно отправляется получателю. При прохо- ждении через объединенную сеть для каждого из пакетов определяется наилучший в этот момент времени путь. Получается, что части одного сообщения могут прийти к получателю в разное время и только после того, как все части будут собраны вместе, получатель сможет работать с полученными данными.

Каждый раз при определении дальнейшего пути для данных необходимо вы- брать наилучший маршрут. Задача определения наилучшего пути называется мар- шрутизацией (routing). Эту задачу выполняют маршрутизаторы (router). Задача мар-

шрутизаторов — определение возможных путей передачи данных, поддержание маршрутной информации, выбор наилучших маршрутов. Маршрутизация может осуществляться статическим либо динамическим способом. При задании статиче- ской маршрутизации должны быть заданы все взаимосвязи между логическими сетями, которые остаются неизменными. Динамическая маршрутизация предполага- ет, что маршрутизатор может сам определять новые пути либо модифицировать информацию о старых. Динамическая маршрутизация использует специальные алгоритмы маршрутизации, наиболее распространенными из которых являются вектор дистанции (distance vector) и состояние канала (link state). В первом случае маршрутизатор использует информацию о структуре сети от соседних маршрутиза- торов, из вторых рук. Во втором случае маршрутизатор оперирует информацией о собственных каналах связи и взаимодействует со специальным представительским маршрутизатором для построения полной карты сети.

На выбор наилучшего маршрута чаще всего влияют такие факторы, как количе- ство переходов через маршрутизаторы (hop count) и количество тиков (единиц вре- мени), необходимых для достижения сети назначения (tick count).

Сервис соединений сетевого уровня работает тогда, когда сервис соединений LLC-подуровня канального уровня модели OSI не используется.

При построении объединенной сети приходится соединять логические сети, по- строенные с использованием различных технологий и предоставляющие разнооб- разные сервисы. Для того чтобы сеть могла работать, логические сети должны уметь правильно интерпретировать данные и управляющую информацию. Эта задача решается с помощью шлюза, который представляет собой устройство, или приклад- ную программу, переводящую и интерпретирующую правила одной логической сети в правила другой. Вообще, шлюзы могут быть реализованы на любом уровне модели OSI, однако чаще всего они реализуются на верхних уровнях

Обмен информации дорожного уровня обеспечивают в пределах железной до- роги (региона) обмен информацией между абонентами и системами обработки дан- ных, решающими прикладные задачи управления перевозками и другими видами деятельности на ж.-д. транспорте. Основной системой, требующей непрерывного обмена информацией и создающей интенсивные информационные потоки, которые должна передавать СПД дороги, является АСУ перевозками (АСУП). Для обеспече- ния функционирования АСУП необходимо связать большие системы обработки данных (мейн-фреймы) в ИВЦ дороги с многочисленными АРМ, поставляющими оперативные данные о движении, дислокации и изменении состояния поездов, ваго- нов и грузов. СПД дорожного уровня может производить обмен информацией с СПД-ЛП, а также с локальными вычислительными сетями Управления дороги, от- делений дороги, ЦФТО и т. д. рывного обмена информацией и создающей интен- сивные информационные потоки, которые должна передавать СПД дороги, является

АСУ перевозками (АСУП). Для обеспечения функционирования АСУП необходимо связать большие системы обработки данных (мейн-фреймы) в ИВЦ дороги с много- численными АРМ, поставляющими оперативные данные о движении, дислокации и изменении состояния поездов, вагонов и грузов. СПД дорожного уровня может производить обмен информацией с СПД-ЛП, а также с локальными вычислитель- ными сетями Управления дороги, отделений дороги, ЦФТО и т. д.

АСУ сортировочной станции (АСУСС) и АСУ грузовой станции (АСУГС) также обмениваются информацией с ИВЦ дороги по выделенным телефонным каналам. Отдельную группу абонентов СПД дорожного уровня представляют комплекс- ные системы АРМ (КСАРМ) на станциях. В КСАРМ объединяются группы абонен- тов, использующих в своей работе общий сервер, функционально ориентированный на решение определенного круга задач управления перевозками. Обычно сервер КСАРМ выполняет также функции КИ, что позволяет абонентам КСАРМ произво- дить обмен информацией с ИВЦ дороги (системой АСОУП и другими системами). Скорость передачи данных в СПД дорожного уровня зависит от качества выде- ляемых телефонных каналов связи и типов используемых модемов и составляет от 1200 бит/с (модем V.23) до 28,8 кбит/с (модем V.34). Телефонные каналы для пере- дачи данных организуются из первичной сети с аналоговыми или цифровыми сис- темами передачи. Более высокую скорость передачи обеспечивают волоконно-

оптические линии связи.

 

Порядок выполнения работы:

1. Ознакомиться с данными методическими указаниями.

2. Ответить на контрольные вопросы.

 

Содержание отчета

1. Тема, цель.

2. Ответы на контрольные вопросы.

3. Вывод.

 

Контрольные вопросы:

1. Что определяет сетевой уровень?

2. Что является главной целью сетевого уровня?

3. Основное отличие сетевого уровня от канального?

4. Элементы и методы реализации сетевого уровня?

5. Что называется объединенной сетью?

6. Дать определение понятию маршрутизация?

7.В пределах чего обеспечивают дорожный уровень?

8.Что является основной системой, требующая непрерывного обмена инфор- мацией и создает интенсивные информационные потоки?

9.Скорость передачи данных?

10.Какие линии связи обеспечивают более высокую скорость передачи?

 

Лабораторная работа 3

 

Тема: Обмен информацией на дорожном уровне.

Цель: Изучить обмен информацией на дорожном уровне.

Перечень лабораторного оборудования, учебно-наглядных пособий:

1.Компьютер, калькулятор;

2.Комплект нормативных документов наглядные пособия (стенды); 3.Журнал и инструкции по технике безопасности.

Рекомендуемая учебная литература

1.1 Седышев, В.В. Информационные технологии в профессиональной деятельности. [Электронный ресурс]: Учебные пособия — Электрон. дан. — М.: УМЦ ЖДТ, 2013. — 262 с. — Режим доступа: http://e.lanbook.com/book/59195 — Загл. с экрана.