No Image

Эталонная модель взаимодействия открытых систем osi

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
22 января 2020
Состояние отпатрулирована

Сетевая модель OSI — сетевая модель стека (магазина) сетевых протоколов OSI/ISO. Посредством данной модели различные сетевые устройства могут взаимодействовать друг с другом. Модель определяет различные уровни взаимодействия систем. Каждый уровень выполняет определённые функции при таком взаимодействии.

Содержание

Уровни модели OSI [ править | править код ]

Модель OSI
Уровень (layer) Тип данных (PDU [1] ) Функции Примеры
Host
layers
7. Прикладной (application) Данные Доступ к сетевым службам HTTP, FTP, POP3, WebSocket
6. Представления (presentation) Представление и шифрование данных ASCII, EBCDIC
5. Сеансовый (session) Управление сеансом связи RPC, PAP, L2TP
4. Транспортный (transport) Сегменты

Прямая связь между конечными пунктами и надёжность TCP, UDP, SCTP, PORTS Media [2]
layers
3. Сетевой (network) Пакеты (packet) Определение маршрута и логическая адресация IPv4, IPv6, IPsec, AppleTalk 2. Канальный (data link) Биты (bit)/
Кадры (frame) Физическая адресация PPP, IEEE 802.22, Ethernet, DSL, ARP, сетевая карта. 1. Физический (physical) Биты (bit) Работа со средой передачи, сигналами и двоичными данными USB, кабель («витая пара», коаксиальный, оптоволоконный), радиоканал

В литературе наиболее часто принято начинать описание уровней модели OSI с 7-го уровня, называемого прикладным, на котором пользовательские приложения обращаются к сети. Модель OSI заканчивается 1-м уровнем — физическим, на котором определены стандарты, предъявляемые независимыми производителями к средам передачи данных:

  • тип передающей среды (медный кабель, оптоволокно, радиоэфир и др.),
  • тип модуляции сигнала,
  • сигнальные уровни логических дискретных состояний (нули и единицы).

Любой протокол модели OSI должен взаимодействовать либо с протоколами своего уровня, либо с протоколами на единицу выше и/или ниже своего уровня. Взаимодействия с протоколами своего уровня называются горизонтальными, а с уровнями на единицу выше или ниже — вертикальными. Любой протокол модели OSI может выполнять только функции своего уровня и не может выполнять функций другого уровня, что не выполняется в протоколах альтернативных моделей.

Каждому уровню с некоторой долей условности соответствует свой операнд — логически неделимый элемент данных, которым на отдельном уровне можно оперировать в рамках модели и используемых протоколов: на физическом уровне мельчайшая единица — бит, на канальном уровне информация объединена в кадры, на сетевом — в пакеты (датаграммы), на транспортном — в сегменты. Любой фрагмент данных, логически объединённых для передачи — кадр, пакет, датаграмма — считается сообщением. Именно сообщения в общем виде являются операндами сеансового, представления и прикладного уровней.

К базовым сетевым технологиям относятся физический и канальный уровни.

Прикладной уровень [ править | править код ]

Прикладной уровень (уровень приложений; англ. application layer ) — верхний уровень модели, обеспечивающий взаимодействие пользовательских приложений с сетью:

  • позволяет приложениям использовать сетевые службы:
  • удалённый доступ к файлам и базам данных,
  • пересылка электронной почты;
  • отвечает за передачу служебной информации;
  • предоставляет приложениям информацию об ошибках;
  • формирует запросы к уровню представления.
  • Уровень представления [ править | править код ]

    Уровень представления (англ. presentation layer ) обеспечивает преобразование протоколов и кодирование/декодирование данных. Запросы приложений, полученные с прикладного уровня, на уровне представления преобразуются в формат для передачи по сети, а полученные из сети данные преобразуются в формат приложений. На этом уровне может осуществляться сжатие/распаковка или шифрование/дешифрование, а также перенаправление запросов другому сетевому ресурсу, если они не могут быть обработаны локально.

    Уровень представлений обычно представляет собой промежуточный протокол для преобразования информации из соседних уровней. Это позволяет осуществлять обмен между приложениями на разнородных компьютерных системах прозрачным для приложений образом. Уровень представлений обеспечивает форматирование и преобразование кода. Форматирование кода используется для того, чтобы гарантировать приложению поступление информации для обработки, которая имела бы для него смысл. При необходимости этот уровень может выполнять перевод из одного формата данных в другой.

    Уровень представлений имеет дело не только с форматами и представлением данных, он также занимается структурами данных, которые используются программами. Таким образом, уровень 6 обеспечивает организацию данных при их пересылке.

    Чтобы понять, как это работает, представим, что имеются две системы. Одна использует для представления данных расширенный двоичный код обмена информацией EBCDIC, например, это может быть мейнфрейм компании IBM, а другая — американский стандартный код обмена информацией ASCII (его использует большинство других производителей компьютеров). Если этим двум системам необходимо обменяться информацией, то нужен уровень представлений, который выполнит преобразование и осуществит перевод между двумя различными форматами.

    Другой функцией, выполняемой на уровне представлений, является шифрование данных, которое применяется в тех случаях, когда необходимо защитить передаваемую информацию от доступа несанкционированными получателями. Чтобы решить эту задачу, процессы и коды, находящиеся на уровне представлений, должны выполнить преобразование данных. На этом уровне существуют и другие подпрограммы, которые сжимают тексты и преобразовывают графические изображения в битовые потоки, так, что они могут передаваться по сети.

    Стандарты уровня представлений также определяют способы представления графических изображений. Для этих целей может использоваться формат PICT — формат изображений, применяемый для передачи графики QuickDraw между программами.

    Другим форматом представлений является тэгированный формат файлов изображений TIFF, который обычно используется для растровых изображений с высоким разрешением. Следующим стандартом уровня представлений, который может использоваться для графических изображений, является стандарт, разработанный Объединённой экспертной группой по фотографии (Joint Photographic Expert Group); в повседневном пользовании этот стандарт называют просто JPEG.

    Существует другая группа стандартов уровня представлений, которая определяет представление звука и кинофрагментов. Сюда входят интерфейс электронных музыкальных инструментов (англ. Musical Instrument Digital Interface , MIDI) для цифрового представления музыки, разработанный Экспертной группой по кинематографии стандарт MPEG, используемый для сжатия и кодирования видеороликов на компакт-дисках, хранения в оцифрованном виде и передачи со скоростями до 1,5 Мбит/с, и QuickTime — стандарт, описывающий звуковые и видео элементы для программ, выполняемых на компьютерах Macintosh и PowerPC.

    Сеансовый уровень [ править | править код ]

    Сеансовый уровень (англ. session layer ) модели обеспечивает 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.

    Транспортный уровень [ править | править код ]

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

    Сетевой уровень [ править | править код ]

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

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

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

    Канальный уровень [ править | править код ]

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

    Спецификация IEEE 802 разделяет этот уровень на два подуровня: MAC (англ. media access control ) регулирует доступ к разделяемой физической среде, LLC (англ. logical link control ) обеспечивает обслуживание сетевого уровня.

    На этом уровне работают коммутаторы, мосты и другие устройства. Эти устройства используют адресацию второго уровня (по номеру уровня в модели OSI).

    При разработке стеков протоколов на этом уровне решаются задачи помехоустойчивого кодирования. К таким способам кодирования относится код Хемминга, блочное кодирование, код Рида-Соломона.

    В программировании этот уровень представляет драйвер сетевой платы, в операционных системах имеется программный интерфейс взаимодействия канального и сетевого уровней между собой. Это не новый уровень, а просто реализация модели для конкретной ОС. Примеры таких интерфейсов: ODI ( англ. ) , NDIS, UDI.

    Физический уровень [ править | править код ]

    Физический уровень (англ. physical layer ) — нижний уровень модели, который определяет метод передачи данных, представленных в двоичном виде, от одного устройства (компьютера) к другому. Составлением таких методов занимаются разные организации, в том числе: Институт инженеров по электротехнике и электронике, Альянс электронной промышленности, Европейский институт телекоммуникационных стандартов и другие. Осуществляют передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и, соответственно, их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов.

    На этом уровне также работают концентраторы, повторители сигнала и медиаконвертеры.

    Функции физического уровня реализуются на всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом. К физическому уровню относятся физические, электрические и механические интерфейсы между двумя системами. Физический уровень определяет такие виды сред передачи данных как оптоволокно, витая пара, коаксиальный кабель, спутниковый канал передач данных и т. п. Стандартными типами сетевых интерфейсов, относящимися к физическому уровню, являются: V.35, RS-232, RS-485, RJ-11, RJ-45, разъёмы AUI и BNC.

    При разработке стеков протоколов на этом уровне решаются задачи синхронизации и линейного кодирования. К таким способам кодирования относится код NRZ, код RZ, MLT-3, PAM5, Манчестер II.

    Читайте также:  Утилиты командной строки windows 10

    Соответствие модели OSI и других моделей сетевого взаимодействия [ править | править код ]

    Поскольку наиболее востребованными и практически используемыми стали протоколы (например TCP/IP), разработанные с использованием других моделей сетевого взаимодействия, далее необходимо описать возможное включение отдельных протоколов других моделей в различные уровни модели OSI.

    Семейство TCP/IP [ править | править код ]

    Семейство TCP/IP имеет три транспортных протокола: TCP, полностью соответствующий OSI, обеспечивающий проверку получения данных; UDP, отвечающий транспортному уровню только наличием порта, обеспечивающий обмен датаграммами между приложениями, не гарантирующий получения данных; и SCTP, разработанный для устранения некоторых недостатков TCP, в который добавлены некоторые новшества. В семействе TCP/IP есть ещё около двухсот протоколов, самым известным из которых является служебный протокол ICMP, используемый для внутренних нужд обеспечения работы; остальные также не являются транспортными протоколами.

    Семейство IPX/SPX [ править | править код ]

    В семействе IPX/SPX порты появляются в протоколе сетевого уровня IPX, обеспечивая обмен датаграммами между приложениями (операционная система резервирует часть сокетов для себя). Протокол SPX, в свою очередь, дополняет IPX всеми остальными возможностями транспортного уровня в полном соответствии с OSI.

    В качестве адреса хоста ICX использует идентификатор, образованный из четырёхбайтного номера сети (назначаемого маршрутизаторами) и MAC-адреса сетевого адаптера.

    Критика [ править | править код ]

    В конце 90-х годов семиуровневая модель OSI критиковалась отдельными авторами. В частности, в книге «UNIX. Руководство системного администратора» Эви Немет (англ. Evi Nemeth ) писала:

    Пока комитеты ISO спорили о своих стандартах, за их спиной менялась вся концепция организации сетей и по всему миру внедрялся протокол TCP/IP.

    И вот, когда протоколы ISO были наконец реализованы, выявился целый ряд проблем:

    • эти протоколы основывались на концепциях, не имеющих в современных сетях никакого смысла;
    • их спецификации были в некоторых случаях неполными;
    • по своим функциональным возможностям они уступали другим протоколам;
    • наличие многочисленных уровней сделало эти протоколы медлительными и трудными для реализации.

    Сейчас даже самые ярые сторонники этих протоколов признают, что OSI постепенно движется к тому, чтобы стать маленькой сноской на страницах истории компьютеров.

    Современные телекоммуникационные сети и системы постоянно развиваются. Растущие объемы и неравномерность переносимого по сетям трафика, изменчивость его структуры, стремительное развитие технологий пакетной передачи заставляют сегодня пересматривать стратегию развития телекоммуникационных сетей и ориентироваться на наиболее перспективные и рентабельные решения, которые обеспечивают переход к новым широкополосным сетевым инфраструктурам.

    В настоящее время быстрый рост потребностей в передаче мультимедийного трафика через информационные сети связи, расширение спектра компьютерных приложений, требующих высокоскоростных коммуникаций, разработка эффективных алгоритмов передачи и обработки сигналов в радиоканалах обусловили создание новых методов коммутации в корпоративных и территориальных сетях и привели к появлению большого числа программно-аппаратных средств, расширяющих функциональность сетевых инфраструктур и повышающих эффективность использования сетевых ресурсов.

    Конвергенция голосового трафика и данных позволяет реализовать расширяющийся спектр дополнительных услуг в сетях с коммутацией каналов и коммутацией пакетов, что, в свою очередь, расширяет сферы деятельности операторов и стимулирует рост их доходности. Однако, при этом, поставщик услуг должен обеспечить приложения и пользователей сети сквозным транспортным сервисом в рамках любой сети. Для этого необходимо согласование множества как несовместимых протоколов, так и интегрируемых в структуру сетей по мере их появления. Сегодня сетевые элементы позволяют строить полнофункциональные масштабируемые сетевые инфраструктуры, объединяя коммутацию второго и третьего уровней, интеллектуальную маршрутизацию, мониторинг сетевых ресурсов и ряд других функций с целью сбалансирования сетевой нагрузки и обеспечения надежности работы сети. По этой причине усилия разработчиков сетей связи направлены на создание универсальной широкополосной транспортной среды с множественным доступом для оптимальной работы сетей передачи смешанного трафика с интеграцией услуг, ориентированных на глобальный охват и неограниченную перемещаемость пользователей.

    Этот факт стимулирует появление на рынке телекоммуникаций огромного количества стандартов, рекомендаций и протоколов, регламентирующих способы построения, организации, взаимодействия, доступа различных сетей связи и их компонентов, а также далеко нетривиальные процедуры формирования, обработки, маршрутизации и коммутации информационных потоков в сетях связи.

    На данном этапе технологии мобильной связи самым активным образом интегрируются в перспективные телекоммуникационные инфраструктуры, формируя тем самым развитую динамичную телекоммуникационную мультипротокольную среду. При этом цифровые транспортные сети создают основу для большинства наложенных телекоммуникационных сетей позволяя интегрировать различные сетевые технологии в единую мультисервисную сеть.

    Поскольку в таких мультисервисных сетях в работе одновременно участвуют десятки и сотни одно- и разноуровневых протоколов в различных версиях и рекомендациях, возникает сложнейшая системная задача анализа стеков сетевых протоколов с целью определения корректности сигнального обмена, предотвращения межсетевых конфликтов, логических противоречий, обеспечения семантической и временной прозрачности при передаче разнохарактерного трафика.

    В этой связи для создания методологической основы стандартизации проектированш многофункциональных информационных сетей в начале 1980-х годов Международной организацией по стандартизации (ISO) совместно с МСЭ-Т (ITU-T – сектор телекоммуникационной стандартизации Международного союза по электросвязи) была разработана Эталонная модель взаимодействия открытых систем (ЭМВОС), которая получила статус меж- дународного стандарта в 1984 году. Эталонная модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI (ISO/OSI – Open System Interconnection/International Organization for Standardization) определяет общую концепцию открытого способа взаимодействия различных систем связи и интерпретирует процесс передачи сообщений как иерархию функциональных взаимосвязанных уровней, каждый из которых имеет встроенный интерфейс на смежном уровне.

    Эталонная модель, которую называют «семиуровневой моделью» или моделью OSI, получила широкое распространение и признание, поскольку определяет наиболее удобный способ описания уровневой организации протоколов и служит основой для разработки всего множества протоколов, регламентирующих работу сетевых элементов в процессе информационного взаимодействия.

    Работа по организации взаимодействия открытых систем началась, когда пользователи заметили, что потенциальные возможности сетей передачи данных и сетей коммутации пакетов в процессе их развития все труднее реализуются. Это объяснялось тем, что каждое сетевое устройство требовало своего конкретного набора протоколов, определяемого изготовителем. Данный факт приводил к появлению на рынке огромного количества телекоммуникационных устройств, характеризующихся «закрытой архитектурой», т.е. не позволяющей обеспечивать их состыковку без предварительной доработки или эмуляции функционального взаимодействия [26, 45].

    Такое положение вещей не могло устраивать как пользователей, так и производителей оборудования и потребовало разработки стандартов на соединение «открытых» систем, допускающих их взаимодействие на всех уровнях. Эталонная модель явилась первым шагом на пути такой стандартизации.

    Сама по себе эталонная модель не гарантирует соединения. Каждый из так называемых уровней, включенных в модель, определяет некоторое множество функций и услуг, которые реализуются в соответствующих протоколах. Работа некоторых из этих протоколов, как будет показано ниже, не зависит от сети (протоколы верхних уровней), а другие протоколы в той или иной степени зависят от сети (транспортный протокол и протоколы нижних уровней).

    Напомним, что термин «протокол» появился в теории сетей передачи данных для обозначения набора процедур, содержащих правила управления и форматы информационного обмена, необходимые для осуществления связи между пользователями. Протоколы необходимы на каждом уровне управления сетью (как на уровне физического канала, так и на прикладном уровне пользователя), при этом функционирование системы на каждом уровне сетевой иерархии обеспечивается процедурами протокола более низшего уровня.

    Поэтому под протоколом будем понимать набор правил (соглашений) по логической и временной взаимосвязи событий, происходящих в одноуровневых коммуникационных объектах и обеспечивающих организацию информационного обмена требуемого качества.

    Интерфейс – аппаратно-программные средства сопряжения (стык) двух устройств или фрагментов аппаратно-программного обеспечения. Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему уровню. На практике требуется, как правило, несколько уровней интерфейсов и протоколов для поддержки приложений конечного пользователя.

    На рис. 6.1представлена обобщенная структура семиуровневой эталонной модели.

    Рис. 6.1. Обобщенная структура семиуровневой ЭМВОС

    Стандартизация интерфейсов в рамках эталонной модели не предполагается. Стандартизация распространяется только на протоколы связи соответствующих уровней взаимодействующих устройств. В архитектуре открытых сетей для каждого уровня предусматривается один или несколько протоколов.

    Физический уровень (Physical). Обеспечивает электромеханические, процедурные и функциональные характеристики активации и деактивации физического канала между конечными системами. Обеспечивает передачу битов по физическим каналам связи. Определяет уровни напряжений, крутизну фронтов импульсов, тип кодирования, синхронизацию, скорость передачи физической информации. Обеспечивает интерфейс между рабочей станцией и средой передачи дискретных сигналов. Выделяет начало и конец кадра, формирует и принимает физические сигналы со скоростью, соответствующей пропускной способности канала.

    Канальный уровень (Data-link). Обеспечивает надежный транзит информации через физический канал, физическую адресацию, проверку доступности среды передачи, дисциплины обслуживания, обнаружения и коррекции ошибок, упорядочения доставки блоков данных. Формирует из потока битов последовательность кадров (frames) для транспортировки пакетов, вычисляет контрольную сумму полученных данных. Управляет доступом к среде. Протоколы канального уровня обеспечивают доставку данных между любым узлами в соответствии с заданной топологией сети. Определяет методику передачи кадров по физическому каналу. Идентифицирует физические адреса.

    Сетевой уровень (Network). Служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с самыми различными принципами передачи сообщений между конечным узлами. Обеспечивает соединение и выбор маршрута между двумя системами, формирование пакетов, передачу информации вдоль выбранных маршрутов. Обеспечивает логическую адресацию. Прокладывает в каждом физическом канале совокупность логических каналов для повышения эффективности использования физических, каналов. При передаче сообщений от отправителя к получателю пакет совершает некоторое количество транзитных передач между сетями, каждый раз выбирая оптимальный маршрут. Поэтому решение задач маршрутизации является одной из наиболее важных задач сетевого уровня.

    Транспортный уровень (Transport). Обеспечивает услуги по надежной транспортировке данных от одного приложения к другому через сеть. Реализует механизм установления, , поддержания и упорядоченного завершения действия виртуальных соединений, систем обнаружения и исправления ошибок, контроля доставки сообщений, циклической нумерации сегментов, установления тайм-аутов по доставке и пр. Обеспечивает управление информационным потоком, т.е. сквозное управление движением пакетов между взаимодействующими процессами в сетевых узлах, обеспечивая целостность доставляемых данных. 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, способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи.

    Сеансовый уровень (Session). Устанавливает, управляет и завершает сеанс взаимодействия между прикладными процессами. Регулирует диалог объектов, определяя, какая из сторон является в данный момент активной, включая обработку имен, паролей и прав доступа при открытии сеанса связи. Синхронизирует диалог между двумя и более объектами представительского уровня и управляет обменом информации между ними.

    Читайте также:  Шумоизоляция стальной ванны вибропластом

    Представительский уровень (Presentation). Обеспечивает корректное представление информации прикладному уровню. Осуществляет трансляцию между множеством форматов представления информации путем использования общего формата данных приложения пользователя. Обеспечивает представление структур данных: согласует синтаксис передачи

    Прикладной уровень (Application). Обеспечивает работу сетевых приложений, т.е. является интерфейсом с прикладными процессами. Идентифицирует и устанавливает наличие партнеров для связи. Устанавливает соглашения по процедурам устранения ошибок и управления целостностью информации. Определяет достаточность ресурсов для обеспечения связи.

    Физический уровень обеспечивает интерфейс между сетевым элементом и средой передачи дискретных сигналов. Стандарты данного уровня, например, включают рекомендации МККТТ Х.21. Примером протокола физического уровня может служить спецификация 10 Base-T технологии Ethernet, которая определяет в качестве кабеля витую пару с волновым сопротивлением 100 Ом, разъем RJ-45, максимальную длину физического сегмента 100 м, манчестерский код представления данных и ряд других характеристик среды и электрических сигналов.

    Физический и канальный уровни определяют характеристики физического канала и методику передачи по нему кадров, являющихся контейнерами, в которых транспортируются пакеты. Протокол, используемый на канальном уровне, исправляет проблемы, возникающие из-за ненадежности физического уровня, обеспечивает поддержку сетевого уровня и повышает качество связи. Стандартами канального уровня предусмотрено использование, например, протокола HDLC (High Level Data Link Control – протокол высокоуровневого управления каналом передачи данных) и его подмножеств: SDLC, LAPB, LAPD, LAPF, а также известные протоколы РРР, FR, FDDI, 100VG-AnyLAN, ATM, IEEE 802. и др. В целом, канальный уровень представляет мощный набор функций по пересылке сообщений между узлами сети. Протоколы канального уровня во многих случаях являются самодостаточными транспортными средствами и допускают поверх них работу высокоуровневых протоколов.

    Сетевой уровень реализует функции маршрутизации для того, чтобы кадры канального уровня, называемые здесь уже пакетами, могли передаваться через несколько каналов по одной или нескольким сетям в соответствии с сетевым адресом пакета. Часто критерием выбора маршрута является время передачи данных, которое зависит от пропускной способности каналов связи и интенсивности трафика, изменяющихся во времени. Выбор маршрута может осуществляться также по критерию надежности передачи. На сетевом уровне определяются два вида протоколов: сетевые протоколы, реализующие продвижение пакетов через сеть, и протоколы маршрутизации, решающие задачи топологии межсетевых соединений. Одним из наиболее известных стандартов, относящихся к данному уровню, является рекомендация МККТТ Х.25. Основные процедуры протоколов сетевого уровня в рекомендации Х.25 обеспечивают создание, использование и разрушение виртуальных каналов, логически связывающих сетевые элементы через сеть коммутации пакетов. К сетевому уровню относится широко известный протокол межсетевого взаимодействия IP (Internet Protocol). Протоколы сетевого уровня реализуются программными модулями операционной системы и программно-аппаратными средствами маршрутизаторов.

    Протоколы транспортного уровня занимают центральное место в иерархии уровней сети. Все сетевые элементы, определяемые эталонной моделью как точки транспортного сервиса, освобождают пользователей от проблем, связанных с функциями коммутации, маршрутизации и селекции информации, так как транспортный уровень обеспечивает взаимодействие процессов в сетевых элементах и сквозное управление надежной транспортировкой пакетов между этими процессами. Впервые стандарт на транспортный протокол ЕСМА-72 был разработан Европейской ассоциацией производителей компьютеров (European Computer Manufactures Association – ЕСМА). Сегодня одними из наиболее распространенных транспортных протоколов являются протоколы TCP, UDP. Выбор класса сервиса транспортного уровня определяется тем, в какой степени задача обеспечения надежности решается самими приложениями и протоколами более высоких, чем транспортный, уровней, а также надежностью транспортировки данных в сети, обеспечиваемой низкоуровневыми протоколами. Поэтому, в зависимости от надежности транспортных средств нижних уровней используют тот или иной класс сервиса транспортного уровня.

    Протоколы верхних уровней(сеансового, представительского, прикладного) регламентируют сервисы:

    — по организации сеансовых процедур взаимодействия между объектами прикладного уровня;

    -по интерпретации передаваемых данных, включая анализ представления символов, формат страниц, графическое кодирование (протокол виртуального терминала ЕСМА-88);

    — по передаче и управлению файлами, передаче и обработке заданий, терминальный сервис для взаимодействия прикладных процессов пользователей в удаленных терминалах.

    Комитет по вычислительным сетям (проект ШЕЕ 802) выполнил дальнейшую декомпозицию эталонной модели, разделив канальный уровень на два подуровня: управление логическим каналом LLC (Logical Link Control) и управление доступом к передающей среде MAC (Medium Access Control). Такое подразделение сохраняется и в структуре протоколов i стандарта GSM.

    В функции подуровня LLC входит передача кадров между сетевыми элементами (управление потоком данных), включая исправление ошибок. Организация LLC не зависит от алгоритмов доступа к физической среде. Подуровень MAC реализует алгоритм доступа к. среде и адресацию объектов сети.

    В конечном счете эталонная модель OSI является методологической основой разработки открытых архитектур связи и определяет базовую сетевую технологию в виде согласованного набора протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств. Отсюда следует очень важный вывод о том, что основные принципы функционирования взаимосвязанных сетей и протоколов, согласованные с моделью OSI, позволяют различным сетевым архитектурам работать как единой взаимоувязанной системе.

    Модель OSI является хорошо продуманной и рациональной идеологией к построению информационных сетей, и именно она лежит в основе построения сетей ISDN, интеллектуальных сетей, сети Интернет, сетей GSM, UMTS.

    Технические спецификации стандарта GSM описывают протоколы взаимодействия, а также внутрисетевые интерфейсы. Хотя исторически протокольный стек стандарта GSM сформировался в соответствии со стандартом межстанционной общеканальной системы сигнализации № 7 (ОКС № 7 или SS7), лежащая в основе стандарта GSM эталонная модель взаимодействия открытых систем OSI дает большую свободу операторам при построении различных сетевых конфигураций [45]. При этом отметим, что модель системы ОКС № 7 также построена по многоуровневому принципу и согласуется с моделью OSI, хотя ее уровни не полностью идентичны уровням модели OSI. В следующих подразделах более подробно представлена уровневая модель ОКС № 7 и структура протоколов стандарта GSM применительно к пакетной передаче информации при взаимодействии с сетями коммутации пакетов, как например, IP, X.25, Frame Relay.

    Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

    В данной статье, мы разберемся, что такое сетевая модель OSI, из каких уровней она состоит, и какие функции выполняет. Итак, предмет разговора является некой моделью взаимодействия эталонов, определяющих последовательность обмена данных, и программ.

    p, blockquote 1,0,0,0,0 —>

    p, blockquote 2,0,0,0,0 —>

    Аббревиатура OSI Open Systems Interconnection, означает модель взаимодействия открытых систем. Для решения задачи совместимости разнообразных систем, организация по стандартизации выпустила в 1983 г. эталон модели OSI. Она описывает структуру открытых систем, их требования, и их взаимодействие.

    p, blockquote 3,0,0,0,0 —>

    p, blockquote 4,0,0,0,0 —>

    Open system – это система, составлена согласно открытым спецификациям, которые доступны каждому, а также соответствуют определенным стандартам. Например, ОС Windows считается open system, потому что она создана на основе открытых спецификаций, которые описывают деятельность интернета, но начальные коды системы закрыты.

    p, blockquote 5,0,0,0,0 —>

    Достоинство в том, что есть возможность построить сеть из устройств от разных изготовителей, если нужно, заменить ее отдельные компоненты. Можно без проблем, объединить несколько сетей в одну целую.

    p, blockquote 6,0,0,0,0 —>

    Согласно рассматриваемой нами модели, необходимо, чтобы вычислительные сети состояли из семи уровней. Вследствие того, что модель не описывает протоколы, определяемые отдельными стандартами, она не является сетевой архитектурой.

    p, blockquote 7,0,0,0,0 —>

    К сожалению, с практической точки зрения, модель взаимодействия открытых систем не применяется. Её особенность заключается в овладении теоретическими вопросами сетевого взаимодействия. Именно поэтому в качестве простого языка для описания построения разных видов сети используется эта модель.

    p, blockquote 8,0,0,0,0 —>

    Уровни модели OSI

    Базовая структура представляет собой систему, состоящую из 7 уровней. Возникает вопрос, за что отвечают семь этапов и зачем модели, такое количество уровней? Все они отвечают за определенную ступень процесса отправки сетевого сообщения, а также содержат в себе определенную смысловую нагрузку. Шаги выполняются, сепаративно друг от друга и не требует повышенного контроля, со стороны пользователя. Не правда ли, удобно?

    p, blockquote 9,0,0,0,0 —>

    Нижние ступени системы с первой по третью, управляют физической доставкой данных по сети, их называют media layers.

    p, blockquote 10,0,0,0,0 —>

    Остальные, уровни способствуют обеспечению точной доставки данных между компьютерами в сети, их называют хост-машины.

    p, blockquote 11,0,0,0,0 —>

    Прикладной – это ближайший уровень к юзеру. Его отличие от других в том, что он не предоставляет услуги другим ступеням. Обеспечивает услугами прикладные процессы, которые лежат за пределами масштаба модели, например, передача базы данных, голоса, и другое.

    p, blockquote 12,0,0,0,0 —>

    Физический уровень (PHYSICAL)

    Данный этап устроен сравнительно проще других, ведь кроме единиц и нулей в нем нет других систем измерений, данный уровень не анализирует информацию и именно поэтому является самым нижним из уровней. На нем в основном осуществляется передача информации. Главный параметр загруженности – бит.

    p, blockquote 13,0,0,0,0 —>

    Основная цель физического уровня представить нуль и единицу в качестве сигналов, передаваемые по среде передачи данных.

    p, blockquote 14,0,0,0,0 —>

    Например, есть некий канал связи (КС), отправляемое сообщение, отправитель и соответственно получатель. У КС есть свои характеристики:

    p, blockquote 15,0,0,0,0 —>

    p, blockquote 16,0,0,0,0 —>

    p, blockquote 17,0,0,0,0 —>

    • Пропускная способность, измеряемая, в бит/c, то есть, сколько данных мы можем передать за единицу времени.
    • Задержка, сколько времени пройдет, прежде чем сообщение дойдет от отправителя к получателю.
    • Количество ошибок, если ошибки возникают часто, то протоколы должны обеспечивать исправление ошибок. А если редко, то их можно исправлять на вышестоящих уровнях, на пример на транспортном.

    В качестве канала передачи информации используются:

    p, blockquote 18,0,1,0,0 —>

    • Кабели: телефонный, коаксиал, витая пара, оптический.
    • Беспроводные технологии, такие как, радиоволны, инфракрасное излучение.
    • Спутниковые КС
    • Беспроводная оптика или лазеры, применяются редко, из-за низкой скорости и большого количества помех.

    Очень редко возникают ошибки в оптических кабелях, так как повлиять на распространение света сложно. В медных кабелях, ошибки возникают, но достаточно редко, а в беспроводной среде, ошибки возникают очень часто.

    p, blockquote 19,0,0,0,0 —>

    Следующая станция, которую посетит информация, напомнит таможню. А именно IP-адрес будет сравнен на совместимость со средой передачи. Здесь также выявляются и исправляются недочеты системы. Для удобства дальнейших операций, биты группируются в кадры – frame.

    Читайте также:  Телефоны xiaomi до 15000 рублей

    p, blockquote 20,0,0,0,0 —>

    Цель канального уровня – передача сообщений по КС – кадров.

    p, blockquote 21,0,0,0,0 —>

    Задачи data link

    • Найти, где в потоке бит, начинается и оканчивается сообщение
    • Обнаружить и скорректировать ошибки при отправке информации
    • Адресация, необходимо знать, какому компьютеру отправлять информацию, потому что к разделяемой среде в основном, подключается несколько компьютеров
    • Обеспечить согласованный доступ к разделяемой среде, чтобы в одно и то же время, информацию передавал один компьютер.

    На канальном уровне выявляются и исправляются ошибки. При обнаружении таковой проводится проверка правильности доставки данных, если неправильно, то кадр отбрасывается.

    p, blockquote 22,0,0,0,0 —>

    Исправление ошибок, требует применение специальных кодов, которые добавляют избыточную информацию в передаваемые данные.

    p, blockquote 23,0,0,0,0 —>

    p, blockquote 24,0,0,0,0 —>

    Повторная отправка данных, применяется совместно с методом обнаружения ошибок. Если в кадре обнаружена ошибка, он отбрасывается, и отправитель направляет этот кадр заново.

    p, blockquote 25,0,0,0,0 —>

    Обнаружить и исправить ошибки

    Практика показала эффективность следующих методов, если используется надежная среда для передачи данных (проводная) и ошибки возникают редко, то исправлять их лучше на верхнем уровне. Если в КС ошибки происходят часто, то ошибки необходимо исправлять сразу на канальном уровне.

    p, blockquote 26,0,0,0,0 —>

    Функции данного этапа в компьютере осуществляют сетевые адаптеры и драйверы, подходящие к ним. Через них и происходит непосредственный обмен данными.

    p, blockquote 27,0,0,0,0 —>

    Некоторые протоколы, используемые на канальном уровне, это HDLC, Ethernet применяющая шинную топологию и другие.

    p, blockquote 28,0,0,0,0 —>

    Сетевой уровень (NETWORK)

    Этап напоминает процесс распределения информации. К примеру, все пользователя делиться на группы, а пакеты данных расходятся в соответствии с IP адресами, состоящими из 32 битов. Именно благодаря работе маршрутизаторов на этой инстанции, устраняются все различия сетей. Это процесс так называемой логической маршрутизации.

    p, blockquote 29,0,0,0,0 —>

    Основная задача состоит в создании составных сетей построенных на основе сетевых технологий разного канального уровня: Ethernet, Wi-Fi, MPLS. Сетевой уровень — это «основа» интернета.

    p, blockquote 30,0,0,0,0 —>

    Назначение сетевого уровня

    Мы можем передавать информацию от одного компьютера к другому через Ethernet и Wi-Fi, тогда зачем нужен еще один уровень? У технологии канального уровня (КУ) есть две проблемы, во-первых, технологии КУ отличаются друг от друга, во-вторых, есть ограничение по масштабированию.

    p, blockquote 31,0,0,0,0 —>

    Какие могут быть различия в технологиях канального уровня?

    Различный уровень предоставляемого сервиса, некоторые уровни гарантируют доставку и необходимый порядок следования сообщений. Wi-Fi просто гарантирует доставку сообщения, а Ethernet нет.

    p, blockquote 32,0,0,0,0 —>

    Разная адресация, по размеру, иерархии. Сетевые технологии могут поддерживать широковещание, т.е. есть возможность отправить информацию всем компьютерам в сети.

    p, blockquote 33,0,0,0,0 —>

    Может различаться максимальный размер кадра (MTU), например, в изернете 1500, а в вай-фай 2300. Как можно согласовывать такие различия на сетевом уровне?

    p, blockquote 34,0,0,0,0 —>

    Можно предоставлять разный тип сервиса, например, кадры из Вай-Фай принимаются с отправкой подтверждения, а в Ethernet отправляются без подтверждения.

    p, blockquote 35,0,0,0,0 —>

    Для того чтобы согласовать разницу адресаций, на сетевом уровне, вводятся глобальные адреса, которые не зависят от адресов конкретных технологий (ARP для TCP/IP) канального уровня.

    p, blockquote 36,0,0,0,0 —>

    Чтобы передавать данные через составные сети, у которых разный размер передаваемого кадра, используется фрагментация. Рассмотрим пример, первый компьютер передает данные второму, через 4 промежуточные сети, объединенные 3-ми маршрутизаторами. У каждой сети разный MTU.

    p, blockquote 37,1,0,0,0 —>

    p, blockquote 38,0,0,0,0 —>

    Компьютер сформировал первый кадр и передал его на маршрутизатор, маршрутизатор проанализировал размер кадра, и понял, что передать полностью его через сеть 2 нельзя, потому что mtu2 у него слишком мал.

    p, blockquote 39,0,0,0,0 —>

    p, blockquote 40,0,0,0,0 —>

    Маршрутизатор разбивает данные на 3 части и передает их отдельно.

    p, blockquote 41,0,0,0,0 —>

    p, blockquote 42,0,0,0,0 —>

    Следующий маршрутизатор объединяет данные в один, большой пакет, определяет его размер и сравнивает с mtu сети 3. И видит, что один пакет MTU3 целиком передать нельзя (MTU3 больше, чем MTU2, но меньше, чем MTU1) и маршрутизатор разбивает пакет на 2 части и отправляет следующему маршрутизатору.

    p, blockquote 43,0,0,0,0 —>

    p, blockquote 44,0,0,0,0 —>

    Последний маршрутизатор объединяет пакет и отправляет получателю целиком. Фрагментация занимается объединением сетей и это скрыто от отправителя и получателя.

    p, blockquote 45,0,0,0,0 —>

    Как решается проблема масштабируемости на сетевом уровне?

    Работа ведется не с отдельными адресами, как на канальном уровне, а с блоками адресов. Пакеты, для которых не известен путь следования отбрасываются, а не пересылаются обратно на все порты. И существенное отличие от канального, возможность нескольких соединений между устройствами сетевого уровня и все эти соединения будут активными.

    p, blockquote 46,0,0,0,0 —>

    Задачи сетевого уровня:

    • Объединить сети, построенные разными технологиями;
    • Обеспечить качественное обслуживание;
    • Маршрутизация, поиск пути от отправителя информации к получателю, через промежуточные узлы сети.

    Маршрутизация

    Поиск пути отправки пакета между сетями через транзитные узлы – маршрутизаторы. Рассмотрим пример выполнения маршрутизации. Схема состоит из 5 маршрутизаторов и двух компьютеров. Как могут передаваться данные от одного компьютера к другому?

    p, blockquote 47,0,0,0,0 —>

    p, blockquote 48,0,0,0,0 —>

    В следующий раз данные могут быть отправлены другим путем.

    p, blockquote 49,0,0,0,0 —>

    p, blockquote 50,0,0,0,0 —>

    В случае поломки одного из маршрутизатора, ничего страшного не произойдет, можно найти путь в обход сломанного маршрутизатора.

    p, blockquote 51,0,0,0,0 —>

    p, blockquote 52,0,0,0,0 —>

    Протоколы, применяемые на этом этапе: интернет протокол IP; IPX, необходимый для маршрутизации пакетов в сетях и др.

    p, blockquote 53,0,0,0,0 —>

    Транспортный уровень (TRANSPORT)

    Есть следующая задача, на компьютер, который соединен с составной сетью приходит пакет, на компьютере работает много сетевых приложений (веб-браузер, скайп, почта), нам необходимо понять какому приложению нужно передать этот пакет. Взаимодействием сетевых приложений занимается транспортный уровень.

    p, blockquote 54,0,0,0,0 —>

    Задачи транспортного уровня

    Отправка данных между процессами на разных хостах. Обеспечение адресации, нужно знать для какого процесса предназначен тот или другой пакет. Обеспечение надежности передачи информации.

    p, blockquote 55,0,0,1,0 —>

    Модель взаимодействия open system

    Хосты — это устройства где функционируют полезные пользовательские программы и сетевое оборудование, например, коммутаторы, маршрутизаторы.

    p, blockquote 56,0,0,0,0 —>

    p, blockquote 57,0,0,0,0 —>

    Особенностью транспортного уровня является прямое взаимодействие одного компьютера с транспортным уровнем на другом компьютере, на остальных уровнях взаимодействие идет по звеньям цепи.

    p, blockquote 58,0,0,0,0 —>

    Такой уровень обеспечивает сквозное соединение между двумя взаимодействующими хостами. Данный уровень независим от сети, он позволяет скрыть от разработчиков приложений детали сетевого взаимодействия.

    p, blockquote 59,0,0,0,0 —>

    Для адресации на транспортном уровне используются порты, это числа от 1 до 65 535. Порты записываются вот так: 192.168.1.3:80 (IP адрес и порт).

    p, blockquote 60,0,0,0,0 —>

    Особенности транспортного уровня

    Обеспечение более высокой надежности, в отличии от сети, которая используется для передачи данных. Применяются надежные каналы связи, ошибки в этих КС происходят редко, следовательно, можно строить надежную сеть, которая будет стоить дешево, а ошибки можно исправлять программно на хостах.

    p, blockquote 61,0,0,0,0 —>

    Транспортный уровень гарантирует доставку данных, он использует подтверждение от получателя, если подтверждение не пришло транспортный снова отправляет подтверждение данных. Гарантия следования сообщений.

    p, blockquote 62,0,0,0,0 —>

    Сеансовый уровень (SESSION)

    Сеансовый (сессия) – это набор сетевых взаимодействий, целенаправленных на решение единственной задачи.

    p, blockquote 63,0,0,0,0 —>

    Сейчас сетевое взаимодействие усложнилось и не состоит из простых вопросов и ответов, как было раньше. Например, Вы загружаете веб страничку, чтобы показать в браузере, сначала нужно загрузить сам текст веб страницы (.html), стилевой файл (.css), который описывает элементы оформления веб страницы, загрузка изображений. Таким образом, чтобы выполнить задачу, загрузить веб страницу, необходимо реализовать несколько, отдельных сетевых операций.

    p, blockquote 64,0,0,0,0 —>

    Сеансовый определяет, какая будет передача информации между 2-мя прикладными процессами: полудуплексной (по очередная передача и прием данных); или дуплексной (одновременная передача и прием информации).

    p, blockquote 65,0,0,0,0 —>

    Уровень представления данных (PRESENTATION)

    Функции – представить данные, передаваемых между прикладными процессами, в необходимой форме.

    p, blockquote 66,0,0,0,0 —>

    Для описания этого уровня, используют автоматический перевод в сети с различных языков. Например, Вы набираете номер телефона, говорите на русском, сеть автоматом переводит на французский язык, передает информацию в Испанию, там человек поднимает трубку и слышит Ваш вопрос на испанском языке. Это задача, пока не реализована.

    p, blockquote 67,0,0,0,0 —>

    Для защиты отправляемых данных по сети используется шифрование: secure sockets layer, а также transport layer security, эти технологии позволяют шифровать данные которые отправляются по сети.

    p, blockquote 68,0,0,0,0 —>

    p, blockquote 69,0,0,0,0 —>

    Протоколы прикладного уровня используют TSL/SSL и их можно отличить по букве s в конце. Например, https, ftps и другие. Если в браузере Вы видите, что используется протокол https и замок, это значит, что производится защита данных по сети при помощи шифрования.

    p, blockquote 70,0,0,0,0 —>

    Прикладной уровень (APPLICATION)

    Необходим для взаимодействия между собой сетевых приложений, таких как web, e-mail, skype и тд.

    p, blockquote 71,0,0,0,0 —>

    По сути, представляет собой комплект спецификаций, позволяющих пользователю осуществлять вход на страницы для поиска нужной ему информации. Проще говоря, задачей application является обеспечение доступа к сетевым службам. Содержимое этого уровня очень разнообразно.

    p, blockquote 72,0,0,0,0 —>

    Функции application:

    • Решение задач, отправка файлов; управление заданиями и системой;
    • Определение пользователей по их логину, e-mail адресу, паролям, электронным подписям;
    • Запросы на соединение с иными прикладными процессами;

    Видео о всех уровнях модели OSI

    p, blockquote 73,0,0,0,0 —>

    Заключение

    Анализ проблем с помощью сетевых моделей OSI поможет быстро найти и устранить их. Недаром работа над проектом программы, способной выявить недочеты имея при этом сложное ступенчатое устройство, велась достаточно долго. Данная модель является в действительности эталоном. Ведь в одно время с ней велись работы по созданию других протоколов. Например, TCP/IP. На сегодняшний день, они довольно часто применяются.

    Комментировать
    0 просмотров
    Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

    Это интересно
    No Image Компьютеры
    0 комментариев
    No Image Компьютеры
    0 комментариев
    No Image Компьютеры
    0 комментариев
    Adblock detector