7. Модель взаимодействия открытых систем - osi. Модель взаимодействия открытых систем osi

ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА и МОДЕЛЬ OSI

Понятие «открытая система»

В широком смысле открытой системой может быть названа любая система (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), которая построена в соответствии с открытыми спецификациями.

Напомним, что под термином «спецификация» (в вычислительной технике) понимают формализованное описание аппаратных или программных компонентов, способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, условий эксплуатации, ограничений и особых характеристик. Понятно, что не всякая спецификация является стандартом. В свою очередь, под открытыми спецификациями понимаются опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.

Использование при разработке систем открытых спецификаций позволяет третьим сторонам разрабатывать для этих систем различные аппаратные или программные средства расширения и модификации, а также создавать программно-аппаратные комплексы из продуктов разных производителей.

Для реальных систем полная открытость является недостижимым идеалом. Как правило, даже в системах, называемых открытыми, этому определению соответствуют лишь некоторые части, поддерживающие внешние интерфейсы. Например, открытость семейства операционных систем Unix заключается, кроме всего прочего, в наличии стандартизованного программного интерфейса между ядром и приложениями, что позволяет легко переносить приложения из среды одной версии Unix в среду другой версии. Еще одним примером частичной открытости является применение в достаточно закрытой операционной системе Novell NetWare открытого интерфейса Open Driver Interface (ODI) для включения в систему драйверов сетевых адаптеров независимых производителей. Чем больше открытых спецификаций использовано при разработке системы, тем более открытой она является.

Модель OSI касается только одного аспекта открытости, а именно открытости средств взаимодействия устройств, связанных в вычислительную сеть. Здесь под открытой системой понимается сетевое устройство, готовое взаимодействовать с другими сетевыми устройствами с использованием стандартных правил, определяющих формат, содержание и значение принимаемых и отправляемых сообщений.

Если две сети построены с соблюдением принципов открытости, то это дает следующие преимущества:

возможность построения сети из аппаратных и программных средств различных производителей, придерживающихся одного и того же стандарта;
возможность безболезненной замены отдельных компонентов сети другими, более совершенными, что позволяет сети развиваться с минимальными затратами;
возможность легкого сопряжения одной сети с другой;
простота освоения и обслуживания сети.

Ярким примером открытой системы является международная сеть Internet. Эта сеть развивалась в полном соответствии с требованиями, предъявляемыми к открытым системам. В разработке ее стандартов принимали участие тысячи специалистов-пользователей этой сети из различных университетов, научных организаций и фирм-производителей вычислительной аппаратуры и программного обеспечения, работающих в разных странах. Само название стандартов, определяющих работу сети Internet - Request For Comments (RFC), что можно перевести как «запрос на комментарии», - показывает гласный и открытый характер принимаемых стандартов. В результате сеть Internet сумела объединить в себе самое разнообразное оборудование и программное обеспечение огромного числа сетей, разбросанных по всему миру.

Модель OSI

Международная Организация по Стандартам (International Standards Organization, ISO) разработала модель, которая четко определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какую работу должен делать каждый уровень. Эта модель называется моделью взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) или моделью ISO/OSI.

В модели OSI взаимодействие делится на семь уровней или слоев (рис. 1.1). Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимодействия. Таким образом, проблема взаимодействия декомпозирована на 7 частных проблем, каждая из которых может быть решена независимо от других. Каждый уровень поддерживает интерфейсы с выше- и нижележащими уровнями.

Рис. 1.1. Модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, не касаясь приложений конечных пользователей. Приложения реализуют свои собственные протоколы взаимодействия, обращаясь к системным средствам. Следует иметь в виду, что приложение может взять на себя функции некоторых верхних уровней модели OSI, в таком случае, при необходимости межсетевого обмена оно обращается напрямую к системным средствам, выполняющим функции оставшихся нижних уровней модели OSI.

Приложение конечного пользователя может использовать системные средства взаимодействия не только для организации диалога с другим приложением, выполняющимся на другой машине, но и просто для получения услуг того или иного сетевого сервиса, например, доступа к удаленным файлам, получение почты или печати на разделяемом принтере.

Итак, пусть приложение обращается с запросом к прикладному уровню, например к файловому сервису. На основании этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата, в которое помещает служебную информацию (заголовок) и, возможно, передаваемые данные. Затем это сообщение направляется представительному уровню. Представительный уровень добавляет к сообщению свой заголовок и передает результат вниз сеансовому уровню, который в свою очередь добавляет свой заголовок и т.д. Некоторые реализации протоколов предусматривают наличие в сообщении не только заголовка, но и концевика. Наконец, сообщение достигает самого низкого, физического уровня, который действительно передает его по линиям связи.

Когда сообщение по сети поступает на другую машину, оно последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует, обрабатывает и удаляет заголовок своего уровня, выполняет соответствующие данному уровню функции и передает сообщение вышележащему уровню.

Кроме термина "сообщение" (message) существуют и другие названия, используемые сетевыми специалистами для обозначения единицы обмена данными. В стандартах ISO для протоколов любого уровня используется такой термин как "протокольный блок данных" - Protocol Data Unit (PDU). Кроме этого, часто используются названия кадр (frame), пакет (packet), дейтаграмма (datagram).

Функции уровней модели ISO/OSI

Физический уровень. Этот уровень имеет дело с передачей битов по физическим каналам, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, такие как требования к фронтам импульсов, уровням напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме этого, здесь стандартизуются типы разъемов и назначение каждого контакта.

Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.

Примером протокола физического уровня может служить спецификация 10Base-T технологии Ethernet, которая определяет в качестве используемого кабеля неэкранированную витую пару категории 3 с волновым сопротивлением 100 Ом, разъем RJ-45, максимальную длину физического сегмента 100 метров, манчестерский код для представления данных на кабеле, и другие характеристики среды и электрических сигналов.

Канальный уровень. На физическом уровне просто пересылаются биты. При этом не учитывается, что в некоторых сетях, в которых линии связи используются (разделяются) попеременно несколькими парами взаимодействующих компьютеров, физическая среда передачи может быть занята. Поэтому одной из задач канального уровня является проверка доступности среды передачи. Другой задачей канального уровня является реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами (frames). Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, помещая специальную последовательность бит в начало и конец каждого кадра, чтобы отметить его, а также вычисляет контрольную сумму, суммируя все байты кадра определенным способом и добавляя контрольную сумму к кадру. Когда кадр приходит, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка.

В протоколах канального уровня, используемых в локальных сетях, заложена определенная структура связей между компьютерами и способы их адресации. Хотя канальный уровень и обеспечивает доставку кадра между любыми двумя узлами локальной сети, он это делает только в сети с совершенно определенной топологией связей, именно той топологией, для которой он был разработан. К таким типовым топологиям, поддерживаемым протоколами канального уровня локальных сетей, относятся общая шина, кольцо и звезда. Примерами протоколов канального уровня являются протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

В локальных сетях протоколы канального уровня используются компьютерами, мостами, коммутаторами и маршрутизаторами. В компьютерах функции канального уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и их драйверов.

В глобальных сетях, которые редко обладают регулярной топологией, канальный уровень обеспечивает обмен сообщениями между двумя соседними компьютерами, соединенными индивидуальной линией связи. Примерами протоколов "точка - точка" (как часто называют такие протоколы) могут служить широко распространенные протоколы PPP и LAP-B.

Сетевой уровень. Этот уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи информации между конечными узлами. Рассмотрим функции сетевого уровня на примере локальных сетей. Протокол канального уровня локальных сетей обеспечивает доставку данных между любыми узлами только в сети с соответствующейтиповой топологией. Это очень жесткое ограничение, которое не позволяет строить сети с развитой структурой, например, сети, объединяющие несколько сетей предприятия в единую сеть, или высоконадежные сети, в которых существуют избыточные связи между узлами. Для того, чтобы, с одной стороны, сохранить простоту процедур передачи данных для типовых топологий, а с другой стороны, допустить использование произвольных топологий, используется дополнительный сетевой уровень. На этом уровне вводится понятие "сеть". В данном случае под сетью понимается совокупность компьютеров, соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи данных один из протоколов канального уровня, определенный для этой топологии.

Таким образом, внутри сети доставка данных регулируется канальным уровнем, а вот доставкой данных между сетями занимается сетевой уровень.

Сообщения сетевого уровня принято называтьпакетами (packets). При организации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие"номер сети". В этом случае адрес получателя состоит из номера сети и номера компьютера в этой сети.

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 назначения. Для того, чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач (hops) между сетями, каждый раз выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут представляет собой последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет.

Проблема выбора наилучшего пути называетсямаршрутизациейи ее решение является главной задачей сетевого уровня. Эта проблема осложняется тем, что самый короткий путь не всегда самый лучший. Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных по этому маршруту, оно зависит от пропускной способности каналов связи и интенсивности трафика, которая может изменяться с течением времени. Некоторые алгоритмы маршрутизации пытаются приспособиться к изменению нагрузки, в то время, как другие принимают решения на основе средних показателей за длительное время. Выбор маршрута может осуществляться и по другим критериям, например, надежности передачи.

На сетевом уровне определяется два вида протоколов. Первый вид относится к определению правил передачи пакетов с данными конечных узлов от узла к маршрутизатору и между маршрутизаторами. Именно эти протоколы обычно имеют в виду, когда говорят о протоколах сетевого уровня. К сетевому уровню относят и другой вид протоколов, называемых протоколами обмена маршрутной информацией. С помощью этих протоколов маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсетевых соединений. Протоколы сетевого уровня реализуются программными модулями операционной системы, а также программными и аппаратными средствами маршрутизаторов.

Примерами протоколов сетевого уровня являются протокол межсетевого взаимодействия IP стека TCP/IP и протокол межсетевого обмена пакетами IPX стека Novell.

Транспортный уровень. На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть искажены или утеряны. Хотя некоторые приложения имеют собственные средства обработки ошибок, существуют и такие, которые предпочитают сразу иметь дело с надежным соединением. Работа транспортного уровня заключается в том, чтобы обеспечить приложениям или верхним уровням стека - прикладному и сеансовому - передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг: срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплексирования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное - способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.

Выбор класса сервиса транспортного уровня определяется, с одной стороны, тем, в какой степени задача обеспечения надежности решается самими приложениями и протоколами более высоких, чем транспортный, уровней, а с другой стороны, этот выбор зависит от того, насколько надежной является вся система транспортировки данных в сети. Так, например, если качество каналов передачи связи очень высокое, и вероятность возникновения ошибок, не обнаруженных протоколами более низких уровней, невелика, то разумно воспользоваться одним из облегченных сервисов транспортного уровня, не обремененных многочисленными проверками, квитированием и другими приемами повышения надежности. Если же транспортные средства изначально очень ненадежны, то целесообразно обратиться к наиболее развитому сервису транспортного уровня, который работает, используя максимум средств для обнаружения и устранения ошибок - с помощью предварительного установления логического соединения, контроля доставки сообщений с помощью контрольных сумм и циклической нумерации пакетов, установления тайм-аутов доставки и т.п.

Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными средствами конечных узлов сети - компонентами их сетевых операционных систем. В качестве примера транспортных протоколов можно привести протоколы TCP и UDP стека TCP/IP и протокол SPX стека Novell.

Сеансовый уровень. Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом для того, чтобы фиксировать, какая из сторон является активной в настоящий момент, а также предоставляет средства синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, вместо того, чтобы начинать все с начала. На практике немногие приложения используют сеансовый уровень, и он редко реализуется.

Уровень представления. Этот уровень обеспечивает гарантию того, что информация, передаваемая прикладным уровнем, будет понятна прикладному уровню в другой системе. При необходимости уровень представления выполняет преобразование форматов данных в некоторый общий формат представления, а на приеме, соответственно, выполняет обратное преобразование. Таким образом, прикладные уровни могут преодолеть, например, синтаксические различия в представлении данных. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных сервисов. Примером протокола, работающего на уровне представления, является протокол Secure Socket Layer (SSL), который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.

Прикладной уровень. Прикладной уровень - это в действительности просто набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением (message).

Существует очень большое разнообразие протоколов прикладного уровня. Приведем в качестве примеров хотя бы несколько наиболее распространенных реализаций файловых сервисов: NCP в операционной системе Novell NetWare, SMB в Microsoft Windows NT, NFS, FTP и TFTP, входящие в стек TCP/IP.

Модель OSI представляет хотя и очень важную, но только одну из многих моделей коммуникаций. Эти модели и связанные с ними стеки протоколов могут отличаться количеством уровней, их функциями, форматами сообщений, сервисами, предоставляемыми на верхних уровнях и прочими параметрами.

studfiles.net

4. Модель взаимодействия открытых систем osi

Сетевая модель OSI (англ. Open Systems Interconnection Reference Model-OSI — модель взаимосвязи открытых систем) — абстрактная модель для сетевых коммуникаций и разработки сетевых протоколов. Представляет уровневый подход к сети. Эта модель использ для описания потоков данных между приложением пользователя и физическим соединением с сетью. OSI разделяет коммуникационные функции на 7 уровней:

Прикладной уровень (Application layer) Обеспечивает взаимодействие сети и пользователя. Уровень разрешает приложениям пользователя доступ к сетевым службам, таким как обработчик запросов к базам данных, доступ к файлам, пересылке электронной почты. (HTTP,POP3,FTP,DNS,XMPP)

Уровень представления (Presentation layer) Этот уровень отвечает за преобразование протоколов и кодирование/декодирование данных. Запросы приложений, полученные с уровня приложений, он преобразует в формат для передачи по сети, а полученные из сети данные преобразует в формат, понятный приложениям. (Telnet,FTP)

Сеансовый уровень (Session layer) Отвечает за поддержание сеанса связи, позволяя приложениям взаимодействовать между собой длительное время. Уровень управляет созданием/завершением сеанса, обменом информацией, синхронизацией задач, определением права на передачу данных и поддержанием сеанса в периоды неактивности приложений. Синхронизация передачи обеспечивается помещением в поток данных контрольных точек, начиная с которых возобновляется процесс при нарушении взаимодействия (NetBIOS,SSL,RPS)

Транспортный уровень (Transport layer) предназначен для доставки данных без ошибок, потерь и дублирования в той последовательности, как они были переданы. При этом неважно, какие данные передаются, откуда и куда, то есть он предоставляет сам механизм передачи. (TCP,UDP,NetBEUI,SMB)

Сетевой уровень (Network layer) 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. На этом уровне работает такое сетевое устройство, как маршрутизатор. (IP, IPv6,DHCP)

Канальный уровень (Data Link layer) Этот уровень предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Полученные с физического уровня данные он упаковывает в кадры данных, проверяет на целостность, если нужно исправляет ошибки и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием. На этом уровне работают коммутаторы, мосты. (Ethernet,FDDI,PPP,PPPoE)

Физический уровень (Physical layer) Самый нижний уровень модели, предназначен непосредственно для передачи потока данных. Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель и соответственно их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов. Другими словами, осуществляет интерфейс между сетевым носителем и сетевым устройством. На этом уровне работают концентраторы, повторители (ретрансляторы) сигнала и сетевые адаптеры. Каждый ур предоставляет сервис последующим, это позволяет каждому уровню взаимодействовать с тем же уровнем на другом ПК. Фактич взаимодействие происходит только между соединениями уровней одного ПК. Только на физич ур происходит непосредственное взаимодей-е ПК, посредством среды передачи данных. (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet)

studfiles.net

Модель взаимодействия открытых систем OSI. — КиберПедия

+ к 56 вопросу

Стандарты сетевого взаимодействия.

Классификация типов телекоммуникационных сетей.

2.1 Модели сетевого взаимодействия

Для того чтобы облегчить изучение сети, упростить разработку сетевых протоколов и устройств, а также для упрощения проектирования сети была разработана эталонная модель OSI (Open System Interconnection), модель описывает взаимосвязи открытых систем: как два узла сети взаимодействуют между собой [7]. В этой модели для упрощения описания сетевых оᴨȇраций используют семь уровней. Уровни относительно независимы и разделены на основе выполняемых ими функций. Названия уровней и их функции ᴨȇречислены в таблице [1]:


Функции семиуровневой модели сети №	Название уровня	Функции
	Application (Уровень приложений)	Обесᴨȇчивает работу приложений пользователя
	Presentation (Уровень представления данных)	Обесᴨȇчивает представление и форматирование данных, определяет синтаксис ᴨȇредачи данных.
	Session (Сеансовый уровень)	Обесᴨȇчивает сеанс обмена между приложениями и управления этим процессом.
	Transport (Транспортный уровень)	Формирует сегменты данных и преобразует их в поток. Гарантирует установку связи между хостами и надежную ᴨȇредачу данных.
	Network (Сетевой уровень)	Выбирает оптимальный путь ᴨȇредачи данных из одной точки сети в другую. На этом уровне работают маршрутизаторы (routers). Используются схемы логической адресации, такие как IP, IPX, AppleTalk.
	Data Link (Уровень канала связи)	Уровень служит логическим интерфейсом доступа к физической среде. Для определения источника и места назначения сигналов ис-пользуются аппаратные адреса, их еще называют МАС-адреса (MAC - Media
	Physical (Физический уровень)	Этот уровень описывает электрические, механические и физические средства установки поддержки физической связи между различными устройствами сети.

Основные принципы выделения уровней в OSI (7 уровней, в основе котоҏыҳ положены следующие принципы)

1) подходящая стеᴨȇнь модуляризации (уровней не слишком много)

2) прозрачность (реализация сетевого взаимодействия не слишком сложная)

3) минимальное количество информации, ᴨȇредаваемое интерфейсами между уровнями.

4) четкое распределение задач (каждый уровень решает конкретные задачи)

5) новый уровень должен создаваться каждый раз, когда требуется новый уровень абстракции (пример: если одна функция оᴨȇрирует битами, а появляется другая функция, которая манипулирует группами бит, то эти функци должны быть на разных уровнях). [2]

Наибольшую роль для правильной работы сети играют ᴨȇрвые три уровня. Каждому из них соответствует свое сетевое оборудование.

Основные устройства ᴨȇречислены в следующей таблице [1]:


Сетевые устройства и их функции№	Название уровня	Устройство	Функция
	Network	Маршрутизатор (Router)	Вычисляет путь по логическому адресу места назначения. Коммутирует потоки данных, осуществляет фильтрацию данных. Объединяет локальные сети, обесᴨȇчивает доступ к глобальным сетям.
	Data Link	Коммутатор (Switch)	Коммутатор - разбивает локальную сеть на сегменты и управляет потоками данных между сегментами на основе аппаратных MAC-адресов.
	Physical	Концентратор (Hub)	Концентратор получает сигнал, усиливает его и рассылает по всем своим портам.

Существуют устройства, которые работают сразу на всех 7 уровнях. Это - компьютеры конечных пользователей (рабочие станции), серверы различного назначения, принтеры с сетевыми интерфейсами.

Сетевой протокол - это формальное описание правил и соглашений, которое управляет обменом сетевой информацией между одноименными уровнями взаимодействующих хостов. Совокупность протоколов всех уровней, работающих совместно для обесᴨȇчения ᴨȇредачи данных между узлами сети называется стеком протоколов.

Наиболее известный стек протоколов - TCP/IP. Он разрабатывался совместно с моделью сети TCP/IP. Модель TCP/IP имеет всего четыре уровня. Соответствие между уровнями модели TCP/IP и OSI представлены в таблице:

компьютерная сеть протокол стандарт


Модель OSI	Уровень	Модель TCP/IP	Уровень
	Application		Application
	Presentation		Application
	Session		Application
	Transport		Transport
	Network		Internet
	Data Link		Media Access
	Physical		Media Access

Каждый протокол работает на своем уровне с данными, организованными в блоки (PDU - Protocol Data Unit). На каждом уровне для блоков данных используется свое название.

1) физический уровень

Физический уровень отвечает за ᴨȇредачу данных по физическому каналу и описывает среды ᴨȇредачи данных. Данные на физическом уровне ᴨȇредаются в виде сигналов. Сигнал - это физический процесс, развивающийся во времени. Для формирования и ᴨȇредачи сигналов используют два приема: цифровое кодирование и аналоговую модуляцию.

Физический уровень определяет такие виды среды ᴨȇредачи данных как оптоволокно, витая пара, коаксиальный кабель, спутниковый канал ᴨȇредач данных и т.п. [8]

2) канальный уровень.

Канальный уровень предназначен для обесᴨȇчения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть.

Сᴨȇцификация IEEE 802 разделяет этот уровень на два подуровня - MAC (Media Access Control) регулирует доступ к разделяемой физической среде, LLC (Logical Link Control) обесᴨȇчивает обслуживание сетевого уровня.

3) сетевой уровень.

Сетевой уровень отвечает за выбор маршрута следования и коммутацию пакетов. Основным протоколом этого уровня в стеке протоколов TCP/IP является протокол IP (Internet Protocol).

4) транспортный уровень

Транспортный уровень модели формирует сегменты данных, размер котоҏыҳ зависит от протокола, и преобразует их в поток, обесᴨȇчивая надёжную ᴨȇредачу данных.

5) сеансовый уровень

Сетевой уровень отвечает за поддержание сеанса связи, позволяет приложениям взаимодействовать между собой длительное время (в том числе в ᴨȇриоды неактивности приложений)

6) уровень представлений

Уровень представлений имеет дело не только с форматами и представлением данных, он также занимается структурами данных, которые используются программами.

7) прикладной (приложений) уровень

Прикладной уровень обесᴨȇчивает взаимодействие пользовательских приложений с сетью. Этот уровень позволяет приложениям использовать сетевые службы, такие как удалённый доступ к файлам и базам данных, ᴨȇресылка электронной почты. Также отвечает за ᴨȇредачу служебной информации, предоставляет приложениям информацию об ошибках и формирует запросы к уровню представления.

Инкапсуляция - это процесс спуска данных с верхних уровней узла к нижним с добавлением к ним сᴨȇциальных заголовков, соответствующих протоколам текущего уровня. [1]

Документы, входящие в систему стандартов информационного обмена между вычислительными системами:

1) эталонная модель OSI

2) стандартизация методологии и средств тестирования комфорности (X290)

3) стандарты протоколов и сервисов сетевых технологий.

Комфорность - соответствие объекта его нормативно-технической документации.

4) Стандарты абстрактных методов тестирования сетевых протоколов.

5) Стандарты общесистемных функций (управления, безопасности, качества сервисов)

6) Вспомогательные документы (руководства, словари понятий, технические отчёты и др.) [2]

Как уже было написано, на каждом уровне эталонной модели взаимодействия двух хостов (модели OSI

) работают свои устройства, обесᴨȇчивающие ᴨȇредачу данных, используя те или иные стандарты: технологии и протоколы. Каждый протокол также работает на своём уровне.

Рассмотрим следующую таблицу [1]: Соответствие протоколов и уровней.


Название уровня	Блоки данных (PDU)	Протоколы, стандарты и форматы данных
Application	Данные (Data)	FTP, HTTP, TFTP, SMTP, DNS, SNMP, POP3.
Presentation		Форматы данных: JPEG, GIF, ASCII. Шифрование: RSA, DES, ГОСТ89 Сжатие: ZIP, RAR.
Session		SQL, RPC
Transport	Сегменты (Segments)	TCP, UDP, SPX.
Network	Пакеты (Packets)	IP, IPX, ARP.
Data Link	Кадры (Frames)	HDLC, PPP, Frame Relay, STP, Ethernet, Token Ring, IEEE 802.2, IEEE 802.3
Physical	Биты (Bits), а точнее сигналы	Стандарты на схемы кодирования сигналов. Стандарты на среды ᴨȇредачи данных. Витая пара: UTP CAT5, UTP CAT3, Shielded TP. Коаксиальный кабель: Thin и Thick Ethernet. Стандарты структуриро-ванных кабельных сетей: TIA/EIA-568A,B;

Далее я посчитал целесообразным рассмотреть подробнее некототорые протоколы и технологии.

Уровень сетевого интерфейса. Стек TCP/IP на нижнем уровне (1,2 уровни модели OSI) поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей - это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных - протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP, РРР, протоколы территориальных сетей Х.25 и ISDN

Рассмотрим Ethernet - пакетную технологию ᴨȇредачи данных для локальных сетей.

Сᴨȇцификации: 10Base-5, 10Base-2,10Base-T, 10Base-F [4]

Для ᴨȇредачи сигнала используются: коаксиальный кабель (сᴨȇцификации: 10base5, 10base2), витая пара (сᴨȇцификации: 10baseT, 100baseT), оптоволокно (10baseFL, 1000baseSXLX). Для построения сети Ethernet на основе витой пары необходим концентратор или коммутатор Ethernet. На физическом уровне стандарта Ethernet используются манчестерские схемы кодирования. Логическая топология у технологии Ethernet - шина. Циркуляция данных в сети происходит согласно следующему алгоритму. Если одно устройство сети Ethernet хочет ᴨȇредать данные другому устройству, то оно вначале прослушивает канал ᴨȇредачи данных, ожидая его освобождения. Когда канал свободен, формируется кадр: в поле кадра DA записывается MAC-адрес (уникальный физический адрес) места назначения, в SA - собственный MAC-адрес. Кадр попадает на концентратор, который усиливает сигнал и рассылает его по всем портам. Все устройства, подключенные к концентратору, получают этот кадр, проверяют, совпадает ли их собственный адрес с адресом места назначения. Если да, то принимают кадр; если нет - отбрасывают.

При одновременной ᴨȇредаче двух хостов возможно возникновение коллизий. Коллизия - это наложение амплитуд двух сигналов, обнаруживаемое с помощью пороговой схемы. Коллизия приводит к искажению данных, в связи с этим после обнаружения коллизии формируется так называемый JAM-сигнал длиной в 32 бита и посылается в среду ᴨȇредачи данных. После получения JAM-сигнала все узлы сети узнают о происшествии (возникновении коллизии). Узлы прекращают ᴨȇредачу кадров на случайно выбранные промежутки времени. Этот механизм доступа к среде называется множественным доступом с контролем несущей и обнаружением коллизий, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD). Область сети, в которой происходят коллизии, называется доменом коллизий.

Далее рассмотрим протокол PPP. Протокол PPP используется в глобальных сетях. Как правило, используется для установления прямой связи между двумя узлами сети, причем он может обесᴨȇчить аутентификацию соединения, шифрование и сжатие данных. Используется на многих типах физических сетей: нуль-модемный кабель, телефонная линия, сотовая связь и. т.д. Существуют следующие виды протокола: PPPoE (используется для Ethernet, DSL), PPPoA (используется для (AAL5). PPP представляет собой целое семейство протоколов: протокол управления линией связи (LCP), протокол управления сетью (NCP), протоколы аутентификации (PAP, CHAP), многоканальный протокол PPP (MLPPP).

Итак, рассмотренные стандарты (Ethernet, PPP) работают на ᴨȇрвом уровне модели TCP/IP и соответственно на 1 и 2-ом уровнях модели OSI.

Уровень Internet. Здесь работают такие протоколы как IP, IPx, ARP, ICMP.

Одна из задач, которая стоит ᴨȇред протоколом IP, - обесᴨȇчение совместной согласованной работы в распределенной сети, состоящей из локальных сетей с разными технологиями 2-уровня. Но при этом возникает следующая проблема: "Мы в курсе IP-адрес места назначения, какой физический адрес места назначения необходимо указать в заголовке кадра?". В стеке протоколов TCP/IP решением этой проблемы занимается протокол ARP.

ARP (Address Resolution Protocol) - протокол разрешения адресов, этот протокол разрешает IP адрес в MAC адрес. ARP - данные инкапсулируются в кадр LAN. ICMP - протокол управляющих межсетевых сообщений, обесᴨȇчивает выработку управляющих сообщений об ошибках и ᴨȇренос запросов/сообщений для диагностических программ (таких как ping).

Транспортный уровень. На этом уровне в стеке протоколов TCP/IP используются два протокола: UDP (User Datagram Protocol - протокол пользовательских датаграмм, описан в RFC 768) и TCP (Transmission Control Protocol - протокол управления ᴨȇредачей, описан в RFC 793).

UDP - это ненадежный протокол без установления соединения и без гарантированной доставки. UDP обесᴨȇчивает минимальные транспортные услуги для протоколов прикладного уровня. Само приложение должно контролировать пропущенные или искаженные данные, запрашивать их повторно или игнорировать пропуски и искажения.

TCP - это надежный протокол с гарантированной доставкой и установлением соединения. TCP - протокол, обесᴨȇчивающий управляемую скорость ᴨȇредачи. Данный протокол использует следующие механизмы:

1) монопольное соединение TCP. Означает, что при установке сеанса TCP соединение монопольно и уникально для двух хостов.

2) порядковые номера. Обесᴨȇчивают хронологию в посылке и приеме данных TCP.

3) квитанции подтверждения. Используются для сообщения отправителю о приеме данных. Работа TCP протокола состоит из 3 этапов: Установка соединения. Передача данных. Завершение соединения.

Протоколы прикладных уровней.

FTP (File Transfer Protocol) - протокол ᴨȇредачи файлов. Предназначен для ᴨȇредачи файлов между хостами. Один из хостов играет роль сервера, именно на нем размещаются файлы. Второй - клиента. Для ᴨȇредачи данных используют 20 порт, в качестве транспортного протокола TCP. Для ᴨȇредачи команд управления - 21 порт (протокол TCP).

TFTP (Trivial File Transfer Protocol) - простой протокол ᴨȇредачи файлов. Предназначен для ᴨȇредачи файлов по надежным каналам связи. В качестве транспорта использует UDP. Сходен по назначению с FTP. Используется, в частности, для загрузки образов IOS и конфигурационных файлов в маршрутизаторы и коммутаторы.

HTTP (HyperText Transfer Protocol) - протокол предназначен для ᴨȇредачи гиᴨȇртекста. Гиᴨȇртекст - это сᴨȇциальный документ, записанный на языке разметки HTML. Обозреватель Интернет, такие, как Netscape, Internet Explorer или Opera, интерпретируют этот язык и команды протокола, затем представляют все в графическом, удобочитаемом виде. Интернет своей популярностью обязан именно этому протоколу. Здесь используется клиент-серверная технология. Обозреватель Интернет - это клиент, HTTP-сервер, работающий на 80 порту - сервер, обрабатывающий запросы клиентов.

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - простой протокол ᴨȇредачи почты, использует 25 порт для отправки сообщений электронной почты.

POP3 (Post Office Protocol) - протокол, с помощью которого клиенты забирают почту с почтового сервера, использует 110 порт.

Telnet - протокол терминальной службы, использует 23 порт. Позволяет получить доступ к консоли сервера и запускать на нем различные задачи. Протокол не обесᴨȇчивает безопасного соединения: трафик не шифруется, а пароли ᴨȇредаются в открытом виде. Сейчас существуют более совершенные и защищенные службы.

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) - протокол, который позволяет динамически конфигурировать хосты, работающие по протоколу IP.

SNMP (Simple Network Management Protocol) - протокол, предназначенный для сбора информации в IP-сети и конфигурировании сетевых устройств, таких, как серверы, принтеры, концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы. SNMP - может быть использован для сбора статистики с сетевых устройств и направления этой информации на центральную консоль управления. Эта информация используется для наблюдения за производительностью сети и диагностики ошибок. Типичная статистическая информация может включать число пакетов или кадров, посланных или полученных за промежуток времени, а также число произошедших ошибок. SNMP может быть также использован для чтения и изменения конфигурации интерфейсов сетевых устройств, например IP-адресов.

Хронологически первыми появились глобальные сети (Wide Area Networks, WAN), то есть сети, объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры, возможно находящиеся в различных городах и странах. Глобальные компьютерные сети очень многое унаследовали от других, гораздо более старых и распространенных сетей - телефонных.

Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, то в первых глобальных сетях часто использовались уже существующие каналы связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, в течении многих лет глобальные сети строились на основе телефонных каналов тональной частоты, способных в каждый момент времени вести передачу только одного разговора в аналоговой форме.

Прогресс глобальных компьютерных сетей во многом определялся прогрессом телефонных сетей. С конца 60-х годов в телефонных сетях стала все чаще применяться передача голоса в цифровой форме, что привело к появлению высокоскоростных цифровых каналов, соединяющих АТС и позволяющих одновременно передавать десятки и сотни разговоров. Была разработана специальная технология плезиохронной цифровой иерархии (Plesiochrohous Digital Hierarchy, PDH), предназначенная для так называемых первичных, или опорных сетей.

Первоначально технология PDH, поддерживала скорости до 140 Мбит/с. Но в конце 80-х годов появилась технология синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) расширила диапазон скоростей цифровых каналов до 10 Гбит/с, а технология спектрального мультиплексирования (Dese Wave Division Multiplexing, DWDM) - до сотен гигабит и даже нескольких терабит в секунду.

К настоящему времени глобальные сети по разнообразию и качеству сервисов догнали локальные сети, которые долгое время были лидерами в этом отношении, хотя и появились на свет значительно позже.

Типы телекоммуникационных сетей

1.1.3 Локальные сети

Локальные сети (Local Area Networks, LAN) - это объединение компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории, обычно в радиусе не более 1-2 км. В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации.

Потребности пользователей вычислительной техники росли. Их уже не удовлетворяла изолированная работа на собственном компьютере, им хотелось в автоматическом режиме обмениваться компьютерными данными с пользователями других подразделений. Так появились локальные сети в нутри предприятий.

Автономное использование нескольких мини-компьютеров на одном предприятии.

На первых порах для соединения компьютеров друг с другом использовались нестандартные программно-аппаратные средства. Разнообразные устройства сопряжения, использующие свой собственный способ представления данных на линиях связи, свои типы кабелей и т.п., могли соединять только те конкретные модели компьютеров, для которых были разработаны, например, мини-компьютеры PDP-11 с мэйнфреймом IBM 360 или компьютеры "Наири" с компьютерами "Днепр"

В середине 80-х годов положение дел в локальных сетях стало кардинально меняться. Утвердились стандартные технологии объединения компьютеров в сеть - Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, несколько позже - FDDI. Мощным стимулом для их появления послужили персональные компьютеры. ПК стали преобладать в локальных сетях, причем в качестве не только клиентстских компьютеров, но и в качестве центров хранения и обработки данных, то есть сетевых серверов, потеснив с этих привычных ролей мини-компьютеры и мэйнфреймы.

Конец 90-х выявил явного лидера среди технологий локальных сетей - семейство Ethernet, в которое вошли классическая технология Ethernet 10 Мбит/с, а также Fast Ethernet 100 Мбит/с и Gigabit Ethernet 1000 Мбит/с.

1.1.4 Сближение локальных и глобальных сетей

Постепенно различия между локальными и глобальными типами сетевых технологий стали сглаживаться. Изолированные ранее локальные сети начали объединяться друг с другом, при этом в качестве связующей среды использовались глобальные сети. Тесная интеграция локальных и глобальных сетей привела к значительному взаимопроникновению соответствующих технологий.

Сближение в методах передачи данных происходит на платформе цифровой передачи данных по волоконно-оптическим линиям связи. Высокое качество цифровых каналов изменило требования к протоколам глобальных компьютерных сетей. Появились новые технологии глобальных сетей такие как frame relay и АТМ. В этих сетях предполагается, что искажение битов происходит настолько редко, что ошибочный пакет выгоднее просто уничтожить, а все проблемы, связанные с его потерей, перепоручить программному обеспечению более высокого уровня, которое непосредственно не входит в состав сетей frame relay и АТМ.

Большой вклад в сближение локальных и глобальных сетей внесло доминирование протокола IP. Этот протокол сегодня используется поверх любых технологий локальных и глобальных сетей - Ethernet, Token Ring, ATM, frame relay - для создания из различных подсетей единой составной сети.

Компьютерные глобальные сети 90-х, работающие на основе скоростных цифровых каналов, существенно расширили набор своих услуг и догнали в этом отношении локальные сети. Стало возможным создание служб, работа которых связана с доставкой пользователю больших объемов информации в реальном времени - изображений, видеофильмов, голоса, в общем, всего того, что получило название мультимедийной информации. Наиболее яркий пример - гипертекстовая информационная служба World Wide Web, ставшая основным поставщиком информации в Интернете.

Одним из проявлений сближения локальных и глобальных сетей является появление сетей масштаба большого города, занимающих промежуточное положение между локальнами и глобальнами сетями. Городские сети или сети мегаполисов (Metropolitan Area Networks, MAN), предназначены для обслуживания территории крупного города. Современные сети типа MAN отличаются разнообразием услуг, позволяя своим клиентам объединять коммуникационное оборудование различного типа, в том числе и офисные АТС.

1.1.5 Конвергенция компьютерных и телекоммуникационных сетей

В последнее время появилась тенденция сближения не только локальных и глобальных компьютерных сетей, но и телекоммуникационных сетей других типов. К телекоммуникационным сетям, кроме компьютерных, относятся, телефонные сети, радиосети и телевизионные сети. Во всех них в качестве ресурса, предоставляемого клиентам, выступает информация.

Конвергенция телекоммуникационных сетей идет по многим направлениям.

Изначально компьютерные сети разрабатывались для передачи алфавитно-цифровой информации, в результате у компьютерных сетей имеется и другое название - сети передачи данных. Телефонные сети и радиосети созданы только для передачи голосовой информации, а телевизионные сети передают голос и изображение.

В 80-е годы была предпринята попытка создания универсальной, так называемой мультисервисной сети, способной оказывать различные услуг, в том числе услуги телефонии и передачи данных, привела к появлению технологии цифровых сетей с интегральными услугами - ISDN.

Сегодня на роль глобальной мультисервисной сети нового поколения, претендует Интернет, но, естественно, не в его нынешнем виде. IP-технологиям, составляющим базис Интернета, еще предстоит пройти значительный путь, чтобы с одинаковым успехом поддерживать услуги WWW и телефонии, архивов данных и видео по требованию, аудио- и видеоновостей, мультимедийной почты. Наибольшим успехом на практическом поприще достигла IP-телефония, услугами которой прямо или косвенно сегодня пользуются миллионы людей.

cyberpedia.su

Модель взаимосвязи открытых систем (iso/osi).

В начале 80-х годов ряд международных организаций разработали модель, которая сыграла значительную роль в развитии сетей. Эта модель называется моделью взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection). Полное описание этой модели занимает более 1000 страниц текста.

Согласно модели OSI весь процесс взаимодействия систем в сети можно представить как иерархию 7 уровней:

7. Прикладной уровень (Application).

6. Представительский уровень (Presentation)

5. Сеансовый уровень (Sission).

4. Транспортный уровень (Transport). 3. Сетевой уровень (Network). 2. Канальный уровень (Data Link). 1. Физический уровень (Physical).

Перед подачей в сеть данные разбиваются на пакеты, часто называемые кадрами. Пакет (кадр) - это элементарная порция информации, передаваемая между узлами сети как единое целое. Пакет проходит через все уровни, и каждый уровень добавляет к пакету заголовки - некоторую служебную информацию. Когда пакет доходит до физического уровня, он обрастает заголовками всех уровней. Физический уровень передает пакет, вместе с заголовками, по линиям связи машине-адресату.

Когда сообщение по сети поступает на машину-адресат, оно принимается ее физическим уровнем и последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, выполняя соответствующие данному уровню функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню.

Правила взаимодействия в пределах одного уровня называют протоколом взаимодействия. Правила взаимодействия сетевых уровней называют межуровневым интерфейсом. Таким образом, взаимодействие в сети на одном уровне определяется протоколом, а соседние по вертикали уровни взаимодействуют друг с другом через межуровневый интерфейс.

Задача каждого низшего уровня, например N-1, состоит в обеспечении функционирования более высокого уровня N-2.

В модели OSI различают два вида диалога между узлами для передачи информации.

1. Диалог с установлением соединения. При его использовании перед обменом данными отправитель и получатель должны сначала установить соединение. После завершения диалога они должны разорвать это соединение. Телефон - это пример взаимодействия, основанного на установлении соединения.

2. Диалог без предварительного установления соединения ( дейтаграммный диалог). В этом случае отправитель передает сообщение, когда оно готово. Опускание письма в почтовый ящик - пример.

1. Физический уровень - имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи, такими например, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель и другие. К этому уровню имеют отношение характеристике и физических сред передачи данных, такие как помехозащищенность, волновое сопротивление и др. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, передающих информацию: уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования скорость передачи сигнала.Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером.

2. Канальный уровень. На физическом уровне просто пересылаются биты. При этом не учитывается, что в некоторых сетях, в которых линии связи используются попеременно несколькими парами, взаимодействующих компьютеров, физическая среда передачи может быть занята. Поэтому одной из задач канального уровня является проверка доступности среды передачи. Другой задачей канального уровня является реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами. Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, помещая специальную последовательность бит в начало и конец каждого кадра, для его выделения, а также вычисляет контрольную сумму, обрабатывая все байты кадра определенным способом, и добавляя контрольную сумму. Когда кадр приходит по сети, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, то кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка. Канальный уровень может не только обнаруживать ошибки но и исправлять их за счет повторной передачи поврежденных кадров.

3. Сетевой уровень. Сетевой уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей.

Протоколы канального уровня обеспечивают доставку данных между любыми двумя узлами в сетях с определенной топологией: общая шина, звезда, кольцо. Для доставки сообщений из сети с одной топологией в сеть с другой топологией (из одной локальной сети в другую) используются протоколы сетевого уровня. Сети соединяются между собой специальными устройствами - маршрутизаторами. Чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получателю находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач между сетями (хотов), каждый раз, выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут - последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет.

Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией - одна из главных задач сетевого уровня. Это проблема усложняется тем, что самый короткий путь не всегда лучший. Критериями при выборе маршрута являются: время, скорость передачи данных, надежность передачи.

Сетевой уровень решает также задачи упрощения адресации в крупных сетях, создание надежных и гибких барьеров на пути нежелательного трафика между сетями.

Трафик - это объем информации, передаваемый по сети.

Адрес получателя на сетевом уровне состоит из старшей части - номера сети и младшей - номера узла в этой сети. Все узлы в одной сети должны иметь одну и туже старшую часть адреса. Поэтому сеть на сетевом уровне -это совокупность узлов, сетевой адрес которых содержит один и тот же номер сети.

4. Транспортный уровень. На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть искажены или утеряны. Транспортный уровень обеспечивает верхним уровням - прикладному и сеансовому - передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет 5 классов сервиса, отличающихся качеством предоставляемых услуг.

Выбор класса сервиса зависит от того, насколько надежной является система транспортировки данных в сети, обеспечиваемая уровнями, расположенными ниже транспортного. Например, если качество каналов передачи данных очень высокое и вероятность возникновения ошибок невелика, то разумно воспользоваться одним из облегченных сервисов. Если же транспортные средства нихних уровней изначально очень ненадежны, то целесообразно обратиться к наиболее развитому сервису транспортного сервиса.

5. Сеансовый уровень - обеспечивает управление диалогом: фиксирует какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, а не начинать все сначала.

6. Представительный уровень имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержание. За счет этого уровня информация, передаваемая прикладным уровнем одной системы, всегда понятна прикладному уровню другой системы. На этом уровне преодалеваются различия в представлении данных, кодах символов (например, ASCII и EBCDIC). На этомуровне также может выполняться шифрование и дешифрование данных, для обеспечения секретности передаваемой информации.

7. Прикладной уровень - это просто набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры и др., а также организуют свою совместную работу.

studfiles.net

Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем OSI

1.3.2. Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем OSI

В начале 80-х годов международной организацией по стандартизации (ISO — International Organization for Standardization) была разработана модель взаимодействия открытых систем (OSI — Open System Interconnection). В другой литературе вы можете встретить и другие названия этой модели: сокращенное — модель OSI или более полное — семиуровневая модель взаимодействия открытых систем OSI.

Средства взаимодействия (см. рис. 1.3) в модели OSI делятся на семь уровней, каждый из которых призван решать свой крут задач:

Физический;
Канальный;
Сетевой;
Транспортный;
Сеансовый;
Представительный;
Прикладной.

Благодаря разделению на уровни задача сетевого взаимодействия разбивается на несколько более мелких задач. Это позволяет при разработке новых способов и инструментов сетевого взаимодействия не создавать их заново целиком и полностью, а использовать уже готовые решения, заменив только некоторые его части. Непосредственно друг с другом компьютеры (открытые системы) взаимодействуют только на физическом уровне. Все остальные уровни подготавливают данные для передачи или контролируют саму передачу данных. Напрямую эти уровни взаимодействуют только с выше- и нижележащими уровнями: пользуются услугами нижележащего и предоставляют услуги вышележащему. Друг с другом такие уровни контактируют косвенным образом, через посредство нижележащих уровней.

Примечание.В некоторых случаях сетевого взаимодействия физический уровень, как таковой отсутствует, при этом его функции выполняет самый нижележащий уровень

Из рис. 1.3 видно, что, по мере прохождения сообщения через уровни модели OSI, к пересылаемым данным добавляется служебная информация, свидетельствующая о прохождении данных через определенный уровень.

Pис. 1.3. Модель OSI

Рассмотрим взаимодействие двух компьютеров более подробно на примере файловой службы. Допустим, вам (компьютер 1) нужно записать какую-нибудь информацию в файл на удаленном компьютере 2. Взаимодействие между компьютерами вы обычно осуществляете с помощью каких-либо программных приложений, обладающих специальным набором функций. Эти приложения работают на самом высоком уровне модели взаимодействия — прикладном. Поэтому, когда вы укажете, что хотите записать определенные данные в файл, будет сформировано соответствующее сообщение. В поле данных этого сообщения и будет содержаться передаваемая в файл информация. После формирования сообщение с прикладного уровня будет передано на представительный уровень. На этом уровне в заголовок добавляются указания для представительного уровня компьютера-адресата. Потом сообщение передается сеансовому уровню, который добавляет свою информацию, и т.д. Как изменяется заголовок, видно из рис. 1.4. Процесс вложения одного протокола в другой называется инкапсуляцией. В процессе прохождения исходного блока данных (сообщения) по уровням он разбивается на более мелкие фрагменты для пересылки их по сети. Когда сообщение поступает на компьютер-адресат, оно принимается физическим уровнем и передается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует содержимое заголовка своего уровня, выполняет содержащиеся в нем указания, затем удаляет относящуюся к себе информацию из заголовка и передает сообщение далее вышележащему уровню.Этот процесс называется декапсуляциеи. Далее приведено описание уровней взаимодействия.

Оглавление

index-freehosting.narod.ru

Модель взаимодействия открытых систем

Под архитектурой вычислительной сети понимается описание ее общей модели. Для решения проблемы объединения сетей различных архитектур МОС (Международная организации по сертификации, англ. – ISO) разработала модель архитектуры открытых систем.

Открытая система — система, взаимодействующая с другими системами в соответствии с принятыми стандартами.

Модель представляет собой самые общие рекомендации для построения стандартов совместимых сетевых программных продуктов. Эти рекомендации должны быть реализованы как в аппаратуре, так и в программных средствах вычислительных сетей.

Эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI —– Open Systems Interconnection)

Модель взаимодействия открытых систем состоит из семи уровней.

Уровень
7	Прикладной
6	Представительный
5	Сеансовый
4	Транспортный
3	Сетевой
2	Канальный
1	Физический

7-й уровень — прикладной — обеспечивает поддержку прикладных процессов конечных пользователей. Этот уровень определяет круг прикладных задач, реализуемых в данной вычислительной сети. Он также содержит все необходимые элементы сервиса для прикладных программ пользователя. На прикладной уровень могут быть вынесены некоторые задачи сетевой операционной системы.

6-й уровень — представительный — определяет синтаксис данных в модели, т.е. представление данных. Он гарантирует представление данных в кодах и форматах, принятых в данной системе.

5-й уровень — сеансовый — реализует установление и поддержку сеанса связи между двумя абонентами через коммуникационную сеть. Он позволяет производить обмен данными в режиме, определенном прикладной программой, или предоставляет возможность выбора режима обмена. Сеансовый уровень поддерживает и завершает сеанс связи.

Три верхних уровня объединяются под общим названием — процесс или прикладной процесс. Эти уровни определяют функциональные особенности вычислительной сети как прикладной системы.

4-й уровень — транспортный — обеспечивает интерфейс между процессами и сетью. Он устанавливает логические каналы между процессами и обеспечивает передачу по этим каналам информационных пакетов, которыми обмениваются процессы. Логические каналы, устанавливаемые транспортным уровнем, называются транспортными каналами.

Пакет — группа байтов, передаваемых абонентами сети друг другу.

3-й уровень — сетевой — определяет интерфейс оконечного оборудования данных пользователя с сетью коммутации пакетов. Он также отвечает за маршрутизацию пакетов в коммуникационной сети и за связь между сетями — реализует межсетевое взаимодействие.

2-й уровень — канальный — уровень звена данных — реализует процесс передачи информации по информационному каналу. Информационный канал — логический канал, он устанавливается между двумя ЭВМ, соединенными физическим каналом. Канальный уровень обеспечивает управление потоком данных в виде кадров, в которые упаковываются информационные пакеты, обнаруживает ошибки передачи и реализует алгоритм восстановления информации в случае обнаружения сбоев или потерь данных.

1-й уровень — физический — выполняет все необходимые процедуры в канале связи. Его основная задача — управление аппаратурой передачи данных и подключенным к ней каналом связи.

Обработка сообщений уровнями модели ВОС

7	Прикладной						Данные
6	Представительный					З1	Данные
5	Сеансовый				З2	З1	Данные
4	Транспортный			З3	З2	З1	Данные
3	Сетевой		З4	З3	З2	З1	Данные
2	Канальный	З5	З4	З3	З2	З1	Данные
1	Физический	З5	З4	З3	З2	З1	Данные

При передаче информации от прикладного процесса в сеть происходит ее обработка уровнями модели взаимодействия открытых систем. Смысл этой обработки заключается в том, что каждый уровень добавляет к информации процесса свой заголовок — служебную информацию, которая необходима для адресации сообщений и для некоторых контрольных функций. Канальный уровень кроме заголовка добавляет еще и концевик — контрольную последовательность, которая используется для проверки правильности приема сообщения из коммуникационной сети.

Физический уровень заголовка не добавляет. Сообщение, обрамленное заголовками и концевиком, уходит в коммуникационную сеть и поступает на абонентские ЭВМ вычислительной сети. Каждая абонентская ЭВМ, принявшая сообщение, дешифрирует адреса и определяет, предназначено ли ей данное сообщение.

При этом в абонентской ЭВМ происходит обратный процесс — чтение и отсечение заголовков уровнями модели взаимодействия открытых систем. Каждый уровень реагирует только на свой заголовок. Заголовки верхних уровней нижними уровнями не воспринимаются и не изменяются — они "прозрачны " для нижних уровней. Так, перемещаясь по уровням модели ВОС, информация, наконец, поступает к процессу, которому она была адресована.

Преимущества семиуровневой модели.

Если между уровнями определены однозначно интерфейсы, то изменение одного из уровней не влечет за собой необходимости внесения изменений в другие уровни. Таким образом, существует относительная независимость уровней друг от друга.

Необходимо сделать и еще одно замечание относительно реализации уровней модели ВОС (OSI) в реальных вычислительных сетях. Функции, описываемые уровнями модели, должны быть реализованы либо в аппаратуре, либо в виде программ.

Функции физического уровня всегда реализуются в аппаратуре. Это адаптеры, мультиплексоры передачи данных, сетевые платы и т.д.

Функции остальных уровней реализуются в виде программных модулей — драйверов.

Модель взаимодействия для ЛВС

Уровень
7	Прикладной
6	Представительный
5	Сеансовый
4	Транспортный
3	Сетевой
2	Канальный
	LLC	MAC
1	Физический

Для того чтобы учесть требования физической передающей среды, используемой в ЛВС, была произведена некоторая модернизация семиуровневой модели взаимодействия открытых систем для локальных вычислительных сетей. Канальный уровень был разбит на два подуровня. Подуровень LLC (Logical Link Control) обеспечивает управление логическим звеном, т.е. выполняет функции собственно канального уровня. Подуровень MAC (Media Access Control) обеспечивает управление доступом к среде.

studfiles.net

7. Модель взаимодействия открытых систем

В начале 80-х годов ряд международных организаций по стандартизации, в частности International Organization for Standardization (ISO), часто называемая также International Standards Organization, а также International Telecommunications Union (ITU) и некоторые другие, — разработали стандартную модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI). Эта модель сыграла значительную роль в развитии компьютерных сетей.

7.1. Общая характеристика модели osi

Модель OSI определяет, во-первых, уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов, во-вторых, стандартные названия уровней, в-третьих, функции, которые должен выполнять каждый уровень. Модель OSI не содержит описаний реализаций конкретного набора протоколов.

В модели OSI (рис. 7.1) средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представления, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень имеет дело с совершенно определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств.

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые операционной системой, системными утилитами, системными аппаратными средствами. Модель не включает средства взаимодействия приложений конечных пользователей. Важно различать уровень взаимодействия приложений и прикладной уровень семиуровневой модели.

Итак, пусть приложение узла А хочет взаимодействовать с приложением узла В. Для этого приложение А обращается с запросом к прикладному уровню, например к файловой службе. На основании этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата. После формирования сообщения прикладной уровень направляет его вниз по стеку уровню представления. Протокол уровня представления на основании информации, полученной из заголовка сообщения прикладного уровня, выполняет требуемые действия и добавляет к сообщению собственную служебную информацию - заголовок уровня представления, в котором содержатся указания для протокола уровня представления машины-адресата. Полученное в результате сообщение передается вниз сеансовому уровню, который в свою очередь добавляет свой заголовок и т. д. Наконец, сообщение достигает нижнего, физического уровня, который, собственно, и передает его по линиям связи машине-адресату. К этому моменту сообщение «обрастает» заголовками всех уровней (рис. 7.1).

Рисунок 7.1. Модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI

Физический уровень помещает сообщение на физический выходной интерфейс компьютера 1, и оно начинает свое «путешествие» по сети (до этого момента сообщение передавалось от одного уровня другому в пределах компьютера 1).

Когда сообщение по сети поступает на входной интерфейс компьютера 2, оно принимается его физическим уровнем и последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, выполняя соответствующие функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню.

Как видно из описания, протокольные сущности одного уровня не общаются между собой непосредственно, в этом общении всегда участвуют посредники - средства протоколов нижележащих уровней. И только физические уровни различных узлов взаимодействуют непосредственно.

studfiles.net