16. Лекция: Введение в сетевые протоколы: версия для печати и PDA
Завершает курс лекция, в которой рассматриваются возможности построения сетевых приложений. Сначала дается краткое введение в сетевые протоколы, семиуровневую модель OSI, стек протоколов TCP/IP и описываются основные утилиты, предоставляемые операционной системой для мониторинга сети. Эти значения необходимы, поскольку библиотека java.net, по сути, является интерфейсом для работы с этими протоколами. Рассматриваются классы для соединений через высокоуровневые протоколы, протоколы TCP и UDP.
Основы модели OSI
В течение последних нескольких десятилетий размеры и количество сетей значительно выросли. В 80-х годах существовало множество типов сетей. И практически каждая из них была построена на своем типе оборудования и программного обеспечения, зачастую не совместимых между собой. Это приводило к значительным трудностям при попытке соединить несколько сетей (например, различный тип адресации делал эти попытки практически безнадежными).
Эта проблема была рассмотрена Всемирной организацией по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO) и было принято решение разработать модель сети, которая могла бы помочь разработчикам и производителям сетевого оборудования и программного обеспечения действовать сообща. В результате в 1984 г. была создана модель OSI – модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnected). Она состоит из семи уровней, на которые разделяется задача организации сетевого взаимодействия. Схематично они представлены в таблице 16.1.
Таблица 16.1. Уровни модели OSI.Номер уровняНазвание уровняЕдиница информацииLayer 7Уровень приложенийДанные (data)Layer 6Представительский уровеньДанные (data)Layer 5Сессионный уровеньДанные (data)Layer 4Транспортный уровеньСегмент (segment)Layer 3Сетевой уровеньПакет (packet)Layer 2Уровень передачи данныхФрейм (frame)Layer 1Физический уровеньБит (bit)
Хотя сегодня существуют разнообразные модели сетей, большинство разработчиков придерживается именно этой общепризнанной схемы.
Рассмотрим процесс передачи информации между двумя компьютерами. Программное обеспечение формирует сообщение на уровне 7 (приложений), состоящее из заголовка и полезных данных. В заголовке содержится служебная информация, которая необходима уровню приложений адресата для обработки пересылаемой информации (например, это может быть информация о файле, который необходимо передать, или операции, которую нужно выполнить). После того, как сообщение было сформировано, уровень приложений направляет его 'вниз' на представительский уровень (layer 6). Полученное сообщение, состоящее из служебной информации уровня 7 и полезных данных, для уровня 6 представляется как одно целое (хотя уровень 6 может считывать служебную информацию уровня 7). Протокол представительского уровня выполняет необходимые действия на основании данных, полученных из заголовка уровня приложений, и добавляет заголовок своего уровня, в котором содержится информация для соответствующего (6-го) уровня адресата. Полученное в результате сообщение передается далее 'вниз' сеансовому уровню, где также добавляется служебная информация. Дополненное сообщение передается на следующий транспортный уровень и т.д. на каждом последующем уровне (схематично это представлено на рис.16.1). При этом служебная информация может добавляться не только в начало сообщения, но и в конец (например, на 3-м уровне, рис.16.2). В итоге получается сообщение, содержащее служебную информацию всех семи уровней.
Рис. 16.1.
Инкапсуляция и декапсуляция пакета.
Рис. 16.2.
Добавление служебной информации в начало и конец пакета.
Процесс 'обертывания' передаваемых данных служебной информацией называется инкапсуляцией ( encapsulation ).
Далее это сообщение передается через сеть в виде битов. Бит – это минимальная порция информации, которая может принимать значение 0 или 1. Таким образом, все сообщение кодируется в виде набора нулей и единиц, например, 010110101. В простейшем случае на физическом уровне для передачи формируется электрический сигнал, состоящий из серии электрических импульсов ( 0 - нет сигнала, 1 - есть сигнал). Именно эта единица принята для измерения скорости передачи информации. Современные сети обычно предоставляют каналы с производительностью в десятки и сотни Кбит/с и Мбит/с.
Получатель на физическом уровне получает сообщение в виде электрического сигнала (рис.16.3). Далее происходит процесс, обратный инкапсуляции,– декапсуляция ( decapsulation ). На каждом уровне происходит разбор служебной информации. После декапсуляции сообщения на первом уровне (считывания и обработки служебной информации 1-го уровня) это сообщение, содержащее служебную информацию второго уровня и данные в виде полезных данных и служебной информации вышестоящих уровней, передается на следующий уровень. На канальном (2-м)
