Эталонная модель системы связи. Эталонная модель OSI

Только начали работать сетевым администратором? Не хотите оказаться сбитым с толку? Наша статья вам пригодится. Слышали, как проверенный временем администратор говорит о сетевых неполадках и упоминает какие-то уровни? Может вас когда-нибудь спрашивали на работе, какие уровни защищены и работают, если вы используете старый брандмауэр? Чтобы разобраться с основами информационной безопасности, нужно понять принцип иерархии модели OSI. Попробуем увидеть возможности данной модели.

Уважающий себя системный администратор должен хорошо разбираться в сетевых терминах

В переводе с английского - базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем. Точнее, сетевая модель стека сетевых протоколов OSI/ISO. Введена в 1984 году в качестве концептуальной основы, разделившей процесс отправки данных во всемирной паутине на семь несложных этапов. Она не является самой популярной, так как затянулась разработка спецификации OSI. Стек протоколов TCP/IP выгоднее и считается основной используемой моделью. Впрочем, у вас есть огромный шанс столкнуться с моделью OSI на должности системного администратора или в IT-сфере.

Создано множество спецификаций и технологий для сетевых устройств. В таком разнообразии легко запутаться. Именно модель взаимодействия открытых систем помогает понимать друг друга сетевым устройствам, использующим различные методы общения. Заметим, что наиболее полезна OSI для производителей программного и аппаратного обеспечения, занимающихся проектированием совместимой продукции.

Спросите, какая же в этом польза для вас? Знание многоуровневой модели даст вам возможность свободного общения с сотрудниками IT-компаний, обсуждение сетевых неполадок уже не будет гнетущей скукой. А когда вы научитесь понимать, на каком этапе произошёл сбой, сможете легко находить причины и значительно сокращать диапазон своей работы.

Уровни OSI

Модель содержит в себе семь упрощённых этапов:

Физический.
Канальный.
Сетевой.
Транспортный.
Сеансовый.
Представительский.
Прикладной.

Почему разложение на шаги упрощает жизнь? Каждый из уровней соответствует определённому этапу отправки сетевого сообщения . Все шаги последовательны, значит, функции выполняются независимо, нет необходимости в информации о работе на предыдущем уровне. Единственная необходимая составляющая - способ получения данных с предшествующего шага, и каким образом пересылается информация на последующий шаг.

Перейдём к непосредственному знакомству с уровнями.

Физический уровень

Главная задача первого этапа - пересылка битов через физические каналы связи. Физические каналы связи - устройства, созданные для передачи и приёма информационных сигналов. К примеру, оптоволокно, коаксиальный кабель или витая пара. Пересылка может проходить и через беспроводную связь. Первый этап характеризуется средой передачи данных: защитой от помех, полосой пропускания, волновым сопротивлением. Так же задаются качества электрических конечных сигналов (вид кодирования, уровни напряжения и скорость передачи сигнала) и подводятся к стандартным типам разъёмов, назначаются контактные соединения.

Функции физического этапа осуществляются абсолютно на каждом устройстве, подключённом к сети. Например, сетевой адаптер реализовывает эти функции со стороны компьютера. Вы могли уже столкнуться с протоколами первого шага: RS -232, DSL и 10Base-T, определяющими физические характеристики канала связи.

Канальный уровень

На втором этапе связываются абстрактный адрес устройства с физическим устройством, проверяется доступность среды передачи. Биты сформировываются в наборы - кадры. Основная задача канального уровня - выявление и правка ошибок. Для корректной пересылки перед и после кадра вставляются специализированные последовательности битов и добавляется высчитанная контрольная сумма . Когда кадр достигает адресата, вновь высчитывается контрольная сумма, уже прибывших данных, если она совпадает с контрольной суммой в кадре, кадр признаётся правильным. В ином случае появляется ошибка, исправляемая через повторную передачу информации.

Канальный этап делает возможным передачу информации, благодаря специальной структуре связей. В частности, через протоколы канального уровня работают шины, мосты, коммутаторы. В спецификации второго шага входят: Ethernet, Token Ring и PPP. Функции канального этапа в компьютере исполняют сетевые адаптеры и драйверы к ним.

Сетевой уровень

В стандартных ситуациях функций канального этапа не хватает для высококачественной передачи информации. Спецификации второго шага могут передавать данные лишь между узлами с одинаковой топологией, к примеру, дерева. Появляется необходимость в третьем этапе. Нужно образовать объединённую транспортную систему с разветвлённой структурой для нескольких сетей, обладающих произвольной структурой и различающихся методом пересылки данных.

Если объяснить по-другому, то третий шаг обрабатывает интернет-протокол и исполняет функцию маршрутизатора: поиск наилучшего пути для информации. Маршрутизатор - устройство, собирающее данные о структуре межсетевых соединений и передающее пакеты в сеть назначения (транзитные передачи - хопы). Если вы сталкиваетесь с ошибкой в IP-адресе, то это проблема, возникшая на сетевом уровне. Протоколы третьего этапа разбиваются на сетевые, маршрутизации или разрешения адресов: ICMP, IPSec, ARP и BGP.

Транспортный уровень

Чтобы данные дошли до приложений и верхних уровней стека, необходим четвёртый этап. Он предоставляет нужную степень надёжности передачи информации. Значатся пять классов услуг транспортного этапа. Их отличие заключается в срочности, осуществимости восстановления прерванной связи, способности обнаружить и исправить ошибки передачи. К примеру, потеря или дублирование пакетов.

Как выбрать класс услуг транспортного этапа? Когда качество каналов транспортировки связи высокое, адекватным выбором окажется облегчённый сервис. Если каналы связи в самом начале работают небезопасно, целесообразно прибегнуть к развитому сервису, который обеспечит максимальные возможности для поиска и решения проблем (контроль поставки данных, тайм-ауты доставки). Спецификации четвёртого этапа: TCP и UDP стека TCP/IP, SPX стека Novell.

Объединение первых четырёх уровней называется транспортной подсистемой. Она сполна предоставляет выбранный уровень качества.

Сеансовый уровень

Пятый этап помогает в регулировании диалогов. Нельзя, чтобы собеседники прерывали друг друга или говорили синхронно. Сеансовый уровень запоминает активную сторону в конкретный момент и синхронизирует информацию, согласуя и поддерживая соединения между устройствами. Его функции позволяют возвратиться к контрольной точке во время длинной пересылки и не начинать всё заново. Также на пятом этапе можно прекратить соединение, когда завершается обмен информацией. Спецификации сеансового уровня: NetBIOS.

Представительский уровень

Шестой этап участвует в трансформации данных в универсальный распознаваемый формат без изменения содержания. Так как в разных устройствах утилизируются различные форматы, информация, обработанная на представительском уровне, даёт возможность системам понимать друг друга, преодолевая синтаксические и кодовые различия. Кроме того, на шестом этапе появляется возможность шифровки и дешифровки данных, что обеспечивает секретность. Примеры протоколов: ASCII и MIDI, SSL.

Прикладной уровень

Седьмой этап в нашем списке и первый, если программа отправляет данные через сеть. Состоит из наборов спецификаций, через которые юзер , Web-страницам. Например, при отправке сообщений по почте именно на прикладном уровне выбирается удобный протокол. Состав спецификаций седьмого этапа очень разнообразен. К примеру, SMTP и HTTP, FTP, TFTP или SMB.

Вы можете услышать где-нибудь о восьмом уровне модели ISO. Официально, его не существует, но среди работников IT-сферы появился шуточный восьмой этап. Всё из-за того, что проблемы могут возникнуть по вине пользователя, а как известно, человек находится у вершины эволюции, вот и появился восьмой уровень.

Рассмотрев модель OSI, вы смогли разобраться со сложной структурой работы сети и теперь понимаете суть вашей работы. Всё становится довольно просто, когда процесс разбивается на части!

Знаете ли Вы, что такое мысленный эксперимент, gedanken experiment?
Это несуществующая практика, потусторонний опыт, воображение того, чего нет на самом деле. Мысленные эксперименты подобны снам наяву. Они рождают чудовищ. В отличие от физического эксперимента, который является опытной проверкой гипотез, "мысленный эксперимент" фокуснически подменяет экспериментальную проверку желаемыми, не проверенными на практике выводами, манипулируя логикообразными построениями, реально нарушающими саму логику путем использования недоказанных посылок в качестве доказанных, то есть путем подмены. Таким образом, основной задачей заявителей "мысленных экспериментов" является обман слушателя или читателя путем замены настоящего физического эксперимента его "куклой" - фиктивными рассуждениями под честное слово без самой физической проверки.
Заполнение физики воображаемыми, "мысленными экспериментами" привело к возникновению абсурдной сюрреалистической, спутанно-запутанной картины мира. Настоящий исследователь должен отличать такие "фантики" от настоящих ценностей.

Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.

Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").

Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.

Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.

В сети производится множество операций, обеспечивающих передачу данных от компьютера к компьютеру. Пользователя не интересует, как именно это происходит, ему необходим доступ к приложению или компьютерному ресурсу, расположенному в другой компьютерной сети. В действительности же вся передаваемая информация проходит много этапов обработки.

Прежде всего, она разбивается на блоки, каждый из которых снабжается управляющей информацией. Полученные блоки оформляются в виде сетевых пакетов, потом эти пакеты кодируются, передаются с помощью электрических или световых сигналов по сети в соответствии с выбранным методом доступа, затем из принятых пакетов вновь восстанавливаются заключенные в них блоки данных, блоки соединяются в данные, которые и становятся доступны другому приложению. Это, конечно, упрощенное описание происходящих процессов.

Часть из указанных процедур реализуется только программно, другая часть – аппаратно, а какие-то операции могут выполняться как программами, так и аппаратурой.

Упорядочить все выполняемые процедуры, разделить их на уровни и подуровни, взаимодействующие между собой, как раз и призваны модели сетей. Эти модели позволяют правильно организовать взаимодействие как абонентам внутри одной сети, так и самым разным сетям на различных уровнях . В настоящее время наибольшее распространение получила так называемая эталонная модель обмена информацией открытой системы OSI ( Open System Interconnection ). Под термином " открытая система " понимается не замкнутая в себе система, имеющая возможность взаимодействия с какими-то другими системами (в отличие от закрытой системы).

Эталонная модель OSI

Модель OSI была предложена Международной организацией стандартов ISO ( International Standards Organization) в 1984 году. С тех пор ее используют (более или менее строго) все производители сетевых продуктов. Как и любая универсальная модель, OSI довольно громоздка, избыточна, и не слишком гибка. Поэтому реальные сетевые средства, предлагаемые различными фирмами, не обязательно придерживаются принятого разделения функций. Однако знакомство с моделью OSI позволяет лучше понять, что же происходит в сети.

Все сетевые функции в модели разделены на 7 уровней ( рис. 5.1). При этом вышестоящие уровни выполняют более сложные, глобальные задачи, для чего используют в своих целях нижестоящие уровни , а также управляют ими. Цель нижестоящего уровня – предоставление услуг вышестоящему уровню , причем вышестоящему уровню не важны детали выполнения этих услуг. Нижестоящие уровни выполняют более простые и конкретные функции. В идеале каждый уровень взаимодействует только с теми, которые находятся рядом с ним (выше и ниже него). Верхний уровень соответствует прикладной задаче, работающему в данный момент приложению, нижний – непосредственной передаче сигналов по каналу связи.

Рис. 5.1.

Модель OSI относится не только к локальным сетям, но и к любым сетям связи между компьютерами или другими абонентами. В частности, функции сети Интернет также можно поделить на уровни в соответствии с моделью OSI . Принципиальные отличия локальных сетей от глобальных, с точки зрения модели OSI , наблюдаются только на нижних уровнях модели.

Функции, входящие в показанные на рис. 5.1 уровни , реализуются каждым абонентом сети. При этом каждый уровень на одном абоненте работает так, как будто он имеет прямую связь с соответствующим уровнем другого абонента. Между одноименными уровнями абонентов сети существует виртуальная (логическая) связь , например, между прикладными уровнями взаимодействующих по сети абонентов. Реальную же, физическую связь ( кабель , радиоканал ) абоненты одной сети имеют только на самом нижнем, первом, физическом уровне . В передающем абоненте информация проходит все уровни , начиная с верхнего и заканчивая нижним. В принимающем абоненте полученная информация совершает обратный путь : от нижнего уровня к верхнему ( рис. 5.2).

Рис. 5.2.

Данные, которые необходимо передать по сети, на пути от верхнего (седьмого) уровня до нижнего (первого) проходят процесс инкапсуляции ( рис. 4.6). Каждый нижеследующий уровень не только производит обработку данных, приходящих с более высокого уровня , но и снабжает их своим заголовком, а также служебной информацией. Такой процесс обрастания служебной информацией продолжается до последнего (физического) уровня . На физическом

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эталонная модель OSI

В 1984 году с целью упорядочения описания принципов взаимодействия устройств в сетях Международная организация по стандартизации(ISO) предложила семиуровневую эталонную модель «Взаимодействие Открытых Систем». Модель OSI является основой для разработки стандартов на взаимодействие систем. Существует 7 основных уровней модели OSI:

Модель OSI послужила основой для стандартизации всей сетевой индустрии, так же является хорошей методологической основой для изучения сетевых технологий.

Передача информации в сети соответствует строго определенному уровню модели OSI. Хотя в реальной жизни некоторые аппаратные и программные средства отвечают сразу за несколько уровней. Как допустим, два первых уровня реализуются, как аппаратно, так и программно, а остальные 5,в основном, программные.

Эталонная модель определяет назначение каждого уровня и правила взаимодействия уровней (таблица ниже)

Модель OSI описывает путь информации через сетевую среду от одной прикладной программы на одном ПК до другой программы на другом ПК. При этом пересылаемая информация проходит вниз через все уровни системы. Уровни на разных системах не могут общаться между собой напрямую. Это имеет только физический уровень. По мере прохождения информации вниз внутри системы она преобразуется в вид, удобный для передачи по физическим каналам связи. Для указания адресата к этой преобразованной информации добавляется заголовок с адресом. После получения адресатом этой информации, она проходит через все уровни вверх. По мере прохождения информация преобразуется в первоначальный вид. Каждый уровень системы должен полагаться на услуги, предоставляемые ему смежными уровнями.

Основная идея модели OSI в том, что одни и те же уровни на разных системах, не имея возможности связываться непосредственно, должны работать абсолютно одинаково. Одинаковым должен быть и сервис между соответствующими уровнями различных систем. Нарушения этого принципа может привести к тому, что информация, посланная от одной системы к другой, после всех преобразований будет не похожа на исходную.

Проходящие через уровни данные имеют определённый формат. Сообщение, как правило, делиться на заголовок и информационную часть. Конкретный формат зависит от функционального назначения, на котором информация находится в данное время. Но некоторые уровни не нуждаются в присоединении заголовков, они просто могут выполнять преобразование получаемых физических данных к формату, подходящему для смежных уровней.

ПРОЦЕСС ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ:

Протоколы и интерфейсы

При передаче сообщений оба участника сетевого обмена должны следовать множеству соглашений. Соглашения должны быть едиными для всех уровней, от самого низкого передачи битов до самого высокого уровня, определяющего интерпретацию информации. Такие формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений на одном уровне, называются протоколами. Иерархически организованная совокупность протоколов называются стеком коммуникационных протоколов.

Протоколы соседних уровней на одном узле взаимодействуют друг с другом также в соответствии с четко определенными правилами, описывающими формат сообщений. Эти правила принято называть интерфейсом. Он определяет набор услуг, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему.

Приложение может использовать системные средства взаимодействия не только для организации диалога с другим приложением, но и для получения услуг того или иного сетевого сервиса.

В модели OSI различается два основных типа протоколов. В протоколах с установлением соединения (Connectionless- Oriented Network Service, CONS) перед обменом данными отправитель и получатель должны сначала установить соединение и, возможно, выбрать протокол, который они будут использовать. После завершения диалога они должны разорвать соединение.

Протоколы без предварительного установления соединения (Connectionless Network Service, CLNS) или диаграммные протоколы. Отправитель просто передает сообщения, когда оно готово.

Уровни модели OSI

Физический уровень

На этом уровне выполняются электрические, механические, функциональные и иные параметры реализации физической связи. Описывает процесс прохождения сигналов через среду передачи между сетевыми устройствами. Ею может быть медный кабель, коаксиальный и т.д. Поэтому к физическому уровню относятся характеристики сред передачи: полосы пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и др., а так же фронты импульсов, уровни напряжения, тока передаваемого сигнала, типы кодирования, скорости передачи сигналов. Стандартизуются типы разъемов, и опр. назначение каждого контакта.

Единственным типом оборудования, которое работает только на физическом уровне, являются повторители.

Fast Ethernet- является эволюционным развитием Ethernet. Данная таблица показывает, что основные отличия Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне.

Более сложная структура объясняется тем, что в ней используется три среды передачи: оптоволоконный кабель, неэкранированная витая пара категории 5(задействуются две пары) и неэкранированная витая пара категории 3 (задействуются четыре пары), причем по сравнению с вариантами физической реализации Ethernet здесь отличия каждого варианта от других глубже.

Для технологии Fast Ethernet разработаны различные варианты физического уровня. Физический уровень состоит из трех подуровней: согласования, интерфейса, MII(Media Independent Interface-интерфейса, независящего от среды) и физического уровня. Физ.уровень обеспечивает кодирование данных, поступающих от подуровня МАС, для передачи их по физической среде определенного типа, синхронизацию передаваемых данных, а так же их прием и декодирование. Интерфейс MII поддерживает независимый от используемой физической среды способ обмена данными между подуровнем MAC и подуровнем PHY.Подуровень согласования нужен для того, чтобы согласовать работу подуровня MAC с интерфейсом MII.

Дальнейшее развитием стало Gigabit Ethernet, который обеспечивает взаимодействие между уровнем МАС и физическим уровнем. Этот интерфейс является расширением интерфейса MII и может поддерживать скорости передачи 10,100 и 1000 Мбит/c

Физический уровень разделен на 2 подуровня: независящий от среды(PHY) и зависящий от среды (PMD). Работу всех уровней контролирует протокол управления станцией STM (Station Management). Подуровень PMD обеспечивает передачу данных от одной станции к другой по конкретной физической среде, а подуровень PHY выполняет кодирование и декодирование данных, циркулирующих между подуровнем МАС и подуровнем PMD, а также обеспечивает тактирование информационных сигналов.

Физический уровень делиться на два подуровня: подуровень согласования с системой передачи (Transmission Convergence,TC) и подуровень физической среды (Physical Medium- PM). Подуровень ТС выполняет упаковку ячеек, поступающих с верхнего уровня модели АТМ, в передаваемые транспортные кадры. Подуровень физической среды регламентирует скорость передачи данных и отвечает за синхронизацию между передачей и приемом.

Существуют 3 организации, определяющие физический уровень технологии АТМ: ANSI, ITU/CCITT и форум АТМ.

Канальный уровень

Обеспечивает надежную передачу данных через физический канал. Канальный уровень оперирует блоками данных, называемыми кадрами(frame) Основным назначением является прием кадра из сети и отправка его в сеть. При выполнении этой задачи канальный уровень осуществляет:

1. физическую адресацию передаваемых сообщений

2. соблюдение правил использования физического канала

3. выявление неисправностей

4. управление потоками информации.

Вместо прямой адресации по мере прохождения ячеек с информацией через коммутаторы АТМ в заголовках ячеек происходит преобразование индетификаторов виртуальных путей и каналов. Добавляется также новая функция: мультиплексирование и демультиплексирование ячеек.

Для доступа к среде в локальных сетях используются два метода:

1.метод случайного доступа

2. метод маркерного доступа

1.Любая станция сети пытается получить доступ к каналу передачи в необходимый для нее момент времени. Если канал занят, станция повторяет попытки доступа до его освобождения(Ethernet)

2. Применяется в сетях Token Ring, ArcNet, FDDI и 100VG-AnyLan.Основан на передаче от одной станции к другой маркера доступа. При получении маркера станция имеет право передать свою информацию.

Особенность в том, что все станции участвуют в передаче на равных основаниях.

Канальный уровень обеспечивает правильность передачи каждого кадра, добавляя к кадру его контрольную сумму. Получатель кадра проверяет достоверность полученных данных путем сравнения вычисленной и переданной с кадром контрольных сумм.

Функции канального уровня реализуются установленными в кс адаптерами и соответствующими драйверами, а так же различным коммуникационным оборудованием: мостами, коммутаторами, маршрутизаторами.

Эти устройства должны: формировать кадры, а анализировать и обрабатывать кадры, принимать кадры из сети и отправлять кадры в сеть.

IEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) предложил другой вариант,где канальный уровень подразделяется на 2 подуровня:

1.уровень управления логическим каналом (LLC)

2. уровень доступа к среде (МАС)

1.Отвечает за достоверную передачу кадров между станциями сети и взаимодействие с сетевым уровнем. МАС уровень лежит ниже LLC-уровня и обеспечивает доступ к каналу передачи данных. Уровень LLC дает более высоким уровням возможность управлять качеством услуг. LLC обеспечивает сервис трех типов:

1. Сервис без подтверждения доставки и установления соединения

2. Сервис с установлением соединения

3. Сервис без установления соединения с подтверждением доставки

Главной функцией МАС-уровня является обеспечение доступа к каналу. На этом уровне формируется физический адрес устройства, подсоединенного к каналу. (МАС-адрес) Каждое устройство сети идентифицируется этим уникальным адресом, который присваивается всем сетевым интерфейсам устройства. МАС-адрес позволяет выполнять точечную адресацию кадров, групповую широковещательную. При передачи данных в сети отправитель указывает МАС-адрес получателя в передаваемом кадре.

МАС-уровень должен согласовывать дуплексный режим работы уровня LLC с физическим уровнем. Для этого он буферезует кадры для передачи их по назначению в момент получения доступа к среде.

Функции протоколов канального уровня различаются в зависимости от того, предназначен ли данный протокол для передачи информации в локальных или глобальных сетях. Протоколы канального уровня в локальных сетях ориентируются на использование разделяемой между компьютерами среды передачи данных. Поэтому в протоколах имеется подуровень доступа к разделяемой среде. Хотя канальный уровень локальной сети и обеспечивает доставку кадра между любыми двумя узлами локальной сети, он делает это только в сети с совершенно определенной топологией связей, а именно с той топологией для которой он был разработан.

Особенность канального уровня локальных сетей является широкое использование дейтаграмного метода доставки данных.

Примерами протоколов канального уровня для локальных сетей являются Token Ring, Ethernet, Fast Ethernet, 100-VG-AnyLan,FDDI

В глобальных сетях, которые редко обладают регулярной топологией, канальный уровень обеспечивает обмен сообщениями между двумя соседними ПК. К таким протоколам типа «точка-точка» относятся PPP,SLIP, LAP-B,LAP-D.

Сетевой уровень

Занимает в модели промежуточное положение. Его услугами пользуется более высокие уровни, а для выполнения своих функций он использует канальный уровень. Сетевой уровень служит для работы в произвольных сетевых топологиях с сохранением простоты передачи пакета базовых топологий.

При объединении сетей в кадры канального уровня добавляется заголовок сетевого уровня. Этот заголовок позволяет находить адресата в сети с любой топологией.

Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифицированный формат, не зависящий от форматов кадров канального уровня сетей, входящих в объединенную сеть. Основное место в заголовке сетевого уровня отводится адресату получателя. При этом используется МАС-адрес. Такая адресация позволяет протоколам сетевого уровня составлять точную схему связи и выбирать оптимальные маршруты при любой топологии. Помимо адреса, заголовок сетевого уровня может содержать дополнительную информацию.

Логическое соединение на сетевом уровне обеспечивает механизм доставки пакетов от отправителя к получателю в масштабе времени, определяемом используемым сетевым протоколом. При этом ращличные сетевые протоколы могут вносить различные технологические задержки в передачу данных.

Ряд преимуществ при коммутации передачи маленьких блоков, а не файлов:

1) она напрямую отображается в базовое сетевое оборудование

2) она разделяет процессы передачи данных от прикладных программ

3) она делает систему гибкой

4)она позволяет администраторам сетей вводить новые сетевые технологии

2 метода назначения сетевого адреса:

1)в первом методе сетевой и канальный адреса не совпадают, что обеспечивает гибкость за счет независимости от формата адреса канального уровня

2)во втором методе используется адрес канального уровня. Это избавляет администратора от присваивания адресов вручную и установления соответствия между сетевыми адресами одного и того же абонента в сети.

Сетевой уровень предоставляет средства:

1)доставки пакетов в сетях с произвольной топологией

2) структуризации сети методом локализации широковещательного трафика

3) согласования канальных уровней

Маршрутизатор- это устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на ее основании пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения.

Маршрутизация- она и является главной задачей сетевого уровня.

На сетевом уровне действуют 2 вида протоколов:

1) относится к определению правил передачи пакетов от конечных узлов к маршрутизаторами и между маршрутизаторами

2) протоколы обмена информацией о маршрутах

Протоколы сетевого уровня реализуются драйверами операционной системы, а так же программными и аппаратными средствами маршрутизаторов.

Уровень адаптации состоит из 2 подуровней: подуровень схождения (CS) и подуровня сегментации и сборки (SAR).

Рассмотренные 3 уровня модели OSI являются обязательными, именно на этих уровнях формируются информационные потоки, происходит коммутация и маршрутизация по сетям и осуществляется доставка данных получателю.

Транспортный уровень

сеть интерфейс локализация пакет

Предназначен для оптимизации передачи данных от отправителя к получателю, управления потоком данных и реализации запрошенного сеансовым уровнем качества обслуживания. Определяется требуемый размер пакета. Транспортный уровень гарантирует, что данные получены в правильном порядке, он же проверяет дубликаты и пересылает потерянные пакеты. Транспортный уровень обеспечивает передачу данных с той степенью надежности, которая требуется приложениям. Модель OSI определяет 5 классов сервиса транспортного уровня.

Выбор класса сервиса определяется умением приложения проверять данные и надежностью всей системы транспортировки в сети.

пример транспортного протокола: TCP и UDP стека TCP/IP и протокол SPX Novell

Сеансовый уровень

Управляет диалогом между двумя устройствами. Устанавливаются правила начала и завершения взаимодействия и поддерживаются функции восстановления после обнаружения ошибок информирования о них верхних уровней. На этом уровне определяется, какая из сторон является активной в данный момент, а так же предоставляет средства синхронизации.

Уровень представления

Выполняет преобразование данных между устройствами с различными форматами данных (ANCII в EBCDIC).Кроме того он может осуществлять шифрование и дешифровку данных. В режиме передачи уровень представления передает информацию от прикладного уровня сеансовому уровню после того, как он сам выполнит подходящую модификацию или конвертирование данных. В режиме приема этот уровень передает инф-ия. наверх сеансового уровня к прикладному. Уровень представления гарантирует, что инф-ия, передаваемая прикладным уровнем одной системы, будет понятна прикладному уровню другой системы.(пример протокол Secure Socket Layer)

Прикладной уровень

Служит пользовательским интерфейсом с сетью. Этот уровень непосредственно взаимодействует с пользовательским прикладными программами, предоставляя им доступ в сеть. Находятся сетевые приложения: электронная почта, передача файлов в сети, совместная подготовка документов и тп. В качестве протокола прикладного уровня можно отнести: Novell NetWare, NFS,FTP,TFTP

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Взаимодействие уровней в процессе связи, его эталонная модель для открытых систем. Функции уровней модели OSI. Сетезависимые протоколы, а также протоколы, ориентированные на приложениях, их сравнительное описание и использование в современных сетях.

реферат , добавлен 16.04.2015

Беспроводные стандарты IEEE 802.х; модель взаимодействия открытых систем. Методы локализации абонентских устройств в стандарте IEEE 802.11 (Wlan): технология "снятия радиоотпечатков"; локализация на базе радиочастотной идентификации RFID в сетях Wi-Fi.

курсовая работа , добавлен 04.06.2014

Эталонная модель взаимодействия открытых систем как главный принцип взаимодействия в сетях. Анализ особенностей взаимодействия разнотипных приложений в условиях различных стратегий передачи данных. Назначение уровней приложения, представления и сеанса.

контрольная работа , добавлен 10.04.2013

Требования, предъявляемые к техническому обеспечению систем автоматизированного проектирования. Вычислительные сети; эталонная модель взаимосвязи открытых систем. Сетевое оборудование рабочих мест в САПР. Методы доступа в локальных вычислительных сетях.

презентация , добавлен 26.12.2013

Активные и пассивные устройства физического уровня. Основные схемы взаимодействия устройств. Архитектура физического уровня. Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем. Параметры сред передачи данных. Характеристики сетевых концентраторов.

курсовая работа , добавлен 02.02.2014

Основные концепции объединения вычислительных сетей. Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем. Обработка сообщений по уровням модели OSI: иерархическая связь; форматы информации; проблемы совместимости. Методы доступа в ЛВС; протоколы.

презентация , добавлен 13.08.2013

Официальные международные организации, выполняющие работы по стандартизации информационных сетей, протоколы IP, ARP, RARP, семиуровневая модель OSI. TCP/IP, распределение протоколов по уровням ISO в локальных и в глобальных сетях, разделение IP-сетей.

шпаргалка , добавлен 24.06.2010

Теоретические основы организации локальных сетей. Общие сведения о сетях. Топология сетей. Основные протоколы обмена в компьютерных сетях. Обзор программных средств. Аутентификация и авторизация. Система Kerberos. Установка и настройка протоколов сети.

курсовая работа , добавлен 15.05.2007

Определение эффективности методов RSS и TOA, их сравнение в позиционировании абонентских станций внутри помещений и на открытых пространствах. Принципы локализации абонентов в стандарте IEEE 802.11. Использование систем локализации объектов в сетях Wi-Fi.

курсовая работа , добавлен 07.12.2013

Распространенные сетевые протоколы и стандарты, применяемые в современных компьютерных сетях. Классификация сетей по определенным признакам. Модели сетевого взаимодействия, технологии и протоколы передачи данных. Вопросы технической реализации сети.

Обобщенная структура любой программной или информационной системы может быть представлена, как было отмечено выше, двумя взаимодействующими частями:

функциональной части , включающей в себя прикладные программы, которые реализуют функции прикладной области;
среды или системной части , обеспечивающей исполнение прикладных программ.

С таким разделением и обеспечением взаимосвязи тесно связаны две группы вопросов стандартизации:

стандарты интерфейсов взаимодействия прикладных программ со средой ИС, прикладной программный интерфейс (Application Program Interface - API);
стандарты интерфейсов взаимодействия самой ИС с внешней для нее средой (External Environment Interface - EEI).

Эти две группы интерфейсов определяют спецификации внешнего описания среды ИС - архитектуру, с точки зрения конечного пользователя, проектировщика ИС, прикладного программиста, разрабатывающего функциональные части ИС.

Спецификации внешних интерфейсов среды ИС и интерфейсов взаимодействия между компонентами самой среды - это точные описания всех необходимых функций, служб и форматов определенного интерфейса.

Совокупность таких описаний составляет эталонную модель взаимосвязи открытых систем (Open Systems Interconnection - OSI) . Эта модель используется более 30 лет, она "выросла" из сетевой архитектуры SNA (System Network Architecture), предложенной компанией IBM. Модель взаимосвязи открытых систем используется в качестве основы для разработки многих стандартов ISO в области ИТ. Публикация этого стандарта подвела итог многолетней работы многих известных стандартизующих организаций и производителей телекоммуникационных средств.

В 1984 году модель получила статус международного стандарта ISO 7498, а в 1993 году вышло расширенное и дополненное издание ISO 7498-1-93. Стандарт имеет составной заголовок "Информационно-вычислительные системы - Взаимосвязь (взаимодействие) открытых систем - Эталонная модель". Краткое название - "Эталонная модель взаимосвязи (взаимодействия) открытых систем" (Open Systems Interconnection / Basic Reference Model - OSI/BRM).

Модель основана на разбиении вычислительной среды на семь уровней, взаимодействие между которыми описывается соответствующими стандартами и обеспечивает связь уровней вне зависимости от внутреннего построения уровня в каждой конкретной реализации ( рис. 2.6).

Рис. 2.6.

Основным достоинством этой модели является детальное описание связей в среде с точки зрения технических устройств и коммуникационных взаимодействий. Вместе с тем она не принимает в расчет взаимосвязь с учетом мобильности прикладного программного обеспечения.

Преимущества "слоистой" организации модели взаимодействия заключаются в том, что она обеспечивает независимую разработку уровневых стандартов, модульность разработок аппаратуры и программного обеспечения информационно-вычислительных систем и способствует тем самым техническому прогрессу в этой области.

В стандарте ISO 7498 выделено семь уровней (слоев) информационного взаимодействия, которые отделены друг от друга стандартными интерфейсами:

уровень приложения (прикладной уровень)
уровень представления
сеансовый (уровень сессии)
транспортный
сетевой
канальный
физический.

В соответствии с этим, информационное взаимодействие двух или более систем представляет собой совокупность информационных взаимодействий уровневых подсистем, причем каждый слой локальной информационной системы взаимодействует, как правило, с соответствующим слоем удаленной системы. Взаимодействие осуществляется при помощи соответствующих протоколов связи и интерфейсов. Кроме того, применяя методы инкапсуляции, можно использовать одни и те же программные модули на различных уровнях.

Протоколом является набор алгоритмов (правил) взаимодействия объектов одноименных уровней различных систем.

Интерфейс - это совокупность правил, в соответствии с которыми осуществляется взаимодействие с объектом данного или другого уровня. Стандартный интерфейс в некоторых спецификациях может называться услугой.

Инкапсуляция - это процесс помещения фрагментированных блоков данных одного уровня в блоки данных другого уровня.

При разбиении среды на уровни соблюдались следующие общие принципы:

не создавать слишком много мелких разбиений, так как это усложняет описание системы взаимодействий;
формировать уровень из легко локализуемых функций это в случае необходимости позволяет быстро перестраивать уровень и существенно изменить его протоколы для использования новых решений в области архитектуры, программно-аппаратных средств, языков программирования, сетевых структур, не изменяя при этом стандартные интерфейсы взаимодействия и доступа;
располагать на одном уровне аналогичные функции;
создавать отдельные уровни для выполнения таких функций, которые явно различаются по реализующим их действиям или техническим решениям;
проводить границу между уровнями в таком месте, где описание услуг является наименьшим, а число операций взаимодействий через границу (пересечение границы) сведено к минимуму;
проводить границу между уровнями в таком месте, где в определенный момент должен существовать соответствующий стандартный интерфейс.

Каждый уровень имеет протокольную спецификацию, т.е. набор правил, управляющих взаимодействием равноправных процессов одного и того же уровня, и перечень услуг, которые описывают стандартный интерфейс с расположенным выше уровнем. Каждый уровень использует услуги расположенного ниже уровня, каждый расположенный ниже предоставляет услуги расположенному выше. Приведем краткую характеристику каждого уровня, отметив при этом, что в некоторых описаниях модели OSI нумерация уровней может идти в обратном порядке.

Уровень 1 - уровень приложения или прикладной уровень (Application Layer). Этот уровень связан с прикладными процессами. Протоколы уровня предназначены для обеспечения доступа к ресурсам сети и программам-приложениям пользователя. На данном уровне определяется интерфейс с коммуникационной частью приложений. В качестве примера протоколов прикладного уровня можно привести протокол Telnet, который обеспечивает доступ пользователя к "хосту" (главному вычислительному устройству, одному из основных элементов в многомашинной системе или любому устройству, подключенному к сети и использующему протоколы TCP/IP) в режиме удаленного терминала.

Прикладной уровень выполняет задачу обеспечения различных форм взаимодействия прикладных процессов, расположенных в разнообразных системах информационной сети. Для этого он осуществляет следующие функции:

описание форм и методов взаимодействия прикладных процессов;
выполнение различных видов работ (управление заданиями, передача файлов, управление системой и т. д.);
идентификацию пользователей (партнеров взаимодействия) по их паролям, адресам, электронным подписям;
определение функционирующих абонентов;
объявление о возможности доступа к новым прикладным процессам;
определение достаточности имеющихся ресурсов;
посылку запросов на соединение с другими прикладными процессами;
подачу заявок представительному уровню на необходимые методы описания информации;
выбор процедур планируемого диалога процессов;
управление данными, которыми обмениваются прикладные процессы;
синхронизацию взаимодействия прикладных процессов;
определение качества обслуживания (время доставки блоков данных, допустимой частоты ошибок и т. д.);
соглашение об исправлении ошибок и определении достоверности данных;
согласование ограничений, накладываемых на синтаксис (наборы символов, структура данных).

Прикладной уровень часто делится на два подуровня. Верхний подуровень включает сетевые службы. Нижний - содержит стандартные сервисные элементы, поддерживающие работу сетевых служб.

Уровень 2 - уровень представления (Presentation Layer). На этом уровне информация преобразуется к такому виду, в каком это требуется для выполнения прикладных процессов. Уровень представления обеспечивает кодирование данных, выдаваемых прикладными процессами, и интерпретацию передаваемых данных. Например, выполняются алгоритмы преобразования формата представления данных для печати - ASCII или КОИ-8. Или, если для визуализации данных используется дисплей, то эти данные по заданному алгоритму формируются в виде страницы, которая выводится на экран.

Представительный уровень выполняет следующие основные функции:

выбор образа представлений из возможных вариантов;
изменение образа представления в заданный виртуальный образ;
преобразование синтаксиса данных (кодов, символов) в стандартный;
определение формата данных.

Уровень 3 - сеансовый уровень или уровень сессии (Session Layer). На данном уровне устанавливаются, обслуживаются и прекращаются сессии между представительными объектами приложений (прикладными процессами). В качестве примера протокола сеансового уровня можно рассмотреть протокол RPC (Remote Procedure Call). Как следует из названия, данный протокол предназначен для отображения результатов выполнения процедуры на удаленном хосте. В процессе выполнения этой процедуры между приложениями устанавливается сеансовое соединение. Назначением данного соединения является обслуживание запросов, которые возникают, например, при взаимодействии приложения-сервера с приложением-клиентом.

Сеансовый уровень обеспечивает взаимодействие с транспортным уровнем, координирует прием и передачу данных одного сеанса связи, содержит функции управлениями паролями, подсчета платы за использование ресурсов сети и т.д. Этот уровень обеспечивает выполнение следующих функций:

установление и завершение на сеансовом уровне соединения между партнерами;
выполнение нормального и срочного обмена данными между прикладными процессами;
синхронизация работы сеансовых соединений;
извещение прикладных процессов об исключительных ситуациях;
установление в прикладном процессе меток, позволяющих после отказа либо ошибки восстановить его выполнение от ближайшей метки;
прерывание в нужных случаях прикладного процесса и его корректное возобновление;
прекращение сеанса без потери данных;
передачу особых сообщений о ходе проведения сеанса.

Уровень 4 - транспортный уровень (Transport Layer). Транспортный уровень предназначен для управления потоками сообщений и сигналов. Управление потоком является важной функцией транспортных протоколов, поскольку этот механизм позволяет надёжно обеспечивать передачу данных по сетям с разнородной структурой, при этом в описание маршрута включаются все компоненты коммуникационной системы, обеспечивающие передачу данных на всем пути от устройств отправителя до приемных устройств получателя. Управление потоком заключается в обязательном ожидании передатчиком подтверждения приема обусловленного числа сегментов приемником. Количество сегментов, которое передатчик может отправить без подтверждения их получения от приемника, называется окном.

Существует два типа протоколов транспортного уровня - сегментирующие протоколы и дейтаграммные протоколы. Сегментирующие протоколы транспортного уровня разбивают исходное сообщение на блоки данных транспортного уровня - сегменты. Основной функцией таких протоколов является обеспечение доставки этих сегментов до объекта назначения и восстановление сообщения. Дейтаграммные протоколы не сегментируют сообщение, они отправляют его одним пакетом вместе с адресной информацией. Пакет данных, который называется "дейтаграмма" (Datagram), маршрутизируется в сетях с переключением адресов или передается по локальной сети прикладной программе или пользователю.

На транспортном уровне может выполняться также согласование сетевых уровней различных несовместимых сетей через специальные шлюзы. Рассматриваемый уровень определяет адресацию абонентских систем и административных систем. Главной задачей транспортного уровня является использование виртуальных каналов, проложенных между взаимодействующими абонентскими системами и административными системами, для передачи в пакетах блоков данных. Основные функции, выполняемые транспортным уровнем:

управление передачей блоков данных и обеспечение их целостности;
обнаружение ошибок, их частичная ликвидация, сообщение о неисправленных ошибках;
восстановление передачи после отказов и неисправностей;
укрупнение либо разукрупнение блоков данных;
предоставление приоритетов при передаче блоков;
передача подтверждений о переданных блоках данных;
ликвидация блоков при тупиковых ситуациях в сети.

Кроме этого, транспортный уровень может восстанавливать блоки данных, потерянные на нижних уровнях.

Уровень 5 - сетевой уровень (Network Layer). Основной задачей протоколов сетевого уровня является определение пути, который будет использован для доставки пакетов данных при работе протоколов верхних уровней (маршрутизация). Для того чтобы пакет был доставлен до какого-либо заданного хоста, этому хосту должен быть поставлен в соответствие известный передатчику сетевой адрес. Группы хостов, объединенные по территориальному принципу, образуют сети. Для упрощения задачи маршрутизации сетевой адрес хоста составляется из двух частей: адреса сети и адреса хоста. Таким образом, задача маршрутизации распадается на две - поиск сети и поиск хоста в этой сети. На сетевом уровне могут выполняться следующие функции:

создание сетевых соединений и идентификация их портов;
обнаружение и исправлений ошибок, возникающих при передачи через коммуникационную сеть;
управление потоками пакетов;
организация (упорядочение) последовательностей пакетов;
маршрутизация и коммутация;
сегментация и объединение пакетов;
возврат в исходное состояние;
выбор видов сервиса.

Уровень 6 - канальный уровень или уровень звена данных (Data Link Layer). Назначением протоколов канального уровня является обеспечение передачи данных в среде передачи по физическому носителю. В канале формируется стартовый сигнал передачи данных, организуется начало передачи, производится сама передача, проводится проверка правильности процесса, производится отключение канала при сбоях и восстановление после ликвидации неисправности, формирование сигнала на окончание передачи и перевода канала в ждущий режим.

Таким образом, канальный уровень может выполнять следующие функции:

организацию (установление, управление, расторжение) канальных соединений и идентификацию их портов;
передачу блоков данных;
обнаружение и исправление ошибок;
управление потоками данных;
обеспечение прозрачности логических каналов (передачи по ним данных, закодированных любым способом).

На канальном уровне данные передаются в виде блоков, которые называются кадрами. Тип используемой среды передачи и её топология во многом определяют вид кадра протокола транспортного уровня, который должен быть использован. При использовании топологии "общая шина" (Common Bus) и "один-ко-многим" (Point-to-Multipoint) средства протокола канального уровня задают физические адреса, с помощью которых будет производиться обмен данными в среде передачи и процедура доступа к этой среде. Примерами таких протоколов являются протоколы Ethernet (в соответствующей части) и HDLC. Протоколы транспортного уровня, которые предназначены для работы в среде типа "один-к-одному" (Point-to-Point), не определяют физических адресов и имеют упрощенную процедуру доступа. Примером протокола такого типа является протокол PPP.

Уровень 7 - физический уровень (Physical Layer). Протоколы физического уровня обеспечивают непосредственный доступ к среде передачи данных для протоколов канального и последующих уровней. Данные передаются с помощью протоколов данного уровня в виде последовательностей битов (для последовательных протоколов) или групп битов (для параллельных протоколов). На этом уровне определяются набор сигналов, которыми обмениваются системы, параметры этих сигналов (временные и электрические) и последовательность формирования сигналов при выполнении процедуры передачи данных.

Физический уровень выполняет следующие функции:

устанавливает и разъединяет физические соединения;
передает последовательность сигналов;
"прослушивает" в нужных случаях каналы;
выполняет идентификацию каналов;
оповещает о появлении неисправностей и отказов.

Кроме того, на данном уровне формулируются требования к электрическим, физическим и механическим характеристикам среды передачи, передающих и соединительных устройств.

Сетезависимые и сетенезависимые уровни. Указанные выше функции всех уровней можно отнести к одной из двух групп: либо к функциям, ориентированным на работу с приложениями вне зависимости от устройства сети, либо к функциям, зависящим от конкретной технической реализации сети.

Три верхних уровня - прикладной, представительный и сеансовый ориентированы на приложения и практически не зависят от технических особенностей построения сети. На протоколы этих уровней не влияют какие-либо изменения в топологии сети, замена оборудования или переход на другую сетевую технологию.

Рис. 2.9.

Стандартизация интерфейсов обеспечивает полную прозрачность взаимодействия вне зависимости от того, каким образом устроены уровни в конкретных реализациях (службах) модели.