Лекция 2.Сетевая модель osi
Проблема совместимости является одной из важнейших в развитии сетей. Без принятия всеми производителями общепринятых правил построения оборудования прогресс компьютерных сетей был бы невозможен.
В компьютерных сетях идеологической основой стандартизации является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. Именно на основе этого подхода была разработана стандартная семиуровневая модель взаимодействия открытых систем – OSI.
Модель OSI ( Open System Interconnection) появилась с целью стандартизации процесса передачи информации по компьютерным сетям. Модель OSI описывает взаимосвязи открытых систем. Открытой системой может быть названа любая система, которая построена в соответствии с открытыми спецификациями – описаниями аппаратных и программных компонентов, способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, ограничений и пр.
Если сети построены с соблюдением принципов открытости, то это дает следующие преимущества:
- возможность использования аппаратных и программных средств различных производителей, придерживающихся одного и того же стандарта;
- возможность легкой замены отдельных компонентов сети другими, более совершенными;
- возможность легкого сопряжения одной сети с другой;
- простота освоения и обслуживания сети.
Ярким примером открытой системы является сеть Internet, сумевшая объединить разнообразное оборудование и программное обеспечение огромного числа сетей мира.
Модель OSI описвает основные этапы ( уровни) подготовки информации к передаче и описвает назначение каждого уровня. Рассмотрим эту схему :
Действия, выполняемые на этом уровне
Пользователь вводит команды передачи по сети, принимает ответы из сети через пользовательские программы ( Internet Browser…)
Информация пользователя проходит дополнительную обработку: определяется кодировка передаваемых символов ( напр, ASCII), информация шифруется (протоколом SSL) …а на удаленном узле выполняется обратное преобразование.
На этом уровне происходит установление начала сеанса связи. Узел посылает служебный пакет другому узлу с ссообщением о начале сеанса передачи и ждет от него ответа. Если удаленный узел получил служебный пакет, то он передает ответ о готовности принимать пакеты и сеанс связи считается открытым. После завершения передачи всей информации снова просылается пакет о завершении сеанса передачи и принимается ответ о закрытии его удаленным узлом. После этого сеанс связи считается закрытым.
На этом этапе весь поток информации пользователя разбивается на части – пакеты. Каждый пакет нумеруется для проверки доставки всех пакетов на удаленном узле.
Сетевой уровеь добавляет к каждому пакету сетевой заголовок,который содержит : адрес сети отправителя, адрес сети получателя и адрес шлюза. Эта информация используется маршрутизаторами глобальной сети для перенаправления пакета в нужную сеть. На этом этапе также может выполняться дополнительная процедура поиска сетевых адресов с посылкой служебных запросов в сеть.
Ethernet, TokenRing, PPP, PPTP, ISDN, FDDI …
На канальном уровне выполняются основных 2 действия:
1). К каждому пакету добавляется заголовок канального уровня, в котором указываются параметры конкретной технологии( длина кадра, приоритет…) . Такой преобразованный пакет уже называется кадром.
У каждой технологии свой заголовок, который отличается своей структурой и длиной.
2) В конце каждого кадра дописывается контрольная сумма. Эжта сумма используется на удаленном узде для проверки прав ильности передачи кадров.
Этот уровень обеспечивает сетевое оборудование ( сетевые адаптеры, модемы, комутаторы, …
На этом уровне выполняется передача электрических, радио, лазерных и др сигналов по линиям связи
Рис 1. Уровни OSI
На удаленном узле выполняется обратное преобразование. При этом по мере преобразования информации и создания кадров на каждом уровне может происходить еще промежуточная передача служебных пакетов между равными уровнями. Например, на сеансовом уровне происходит обмен служебными запросами для установления сеанса связи, на транспортном уровне происходит обмен служебными запросами для проверки доставки всех пакетов, на канальном уровне происходит обмен служебными кадрами, подтверждающими достоверность переданного кадра от удаленной стороны. На схеме ниже показаны этапы передачи информации от одного узла ( компьютер1) до другого (компьютер 2).
При этом горизонтальные стрелки показывают «промежуточные» переговоры между уровнями.
В модели OSI разработана стандартная модель сетевой структуры подготовки информации. Но эта модель на практике не всегда так четко делится по уровням. Некоторые технологии и протоколы были разработаны еще до создания модели OSI и она уже опиралась на них..
Так, транспортный протокол TCP/IP на самом деле является не простым протоколом транспортного уровня, а стэком ( набором) протоколов: TCP, IP, ARP, ICMP,…, который охватывает 3 уровня модели OSI : сеансовый, транспортный и сетевой. Аналогичными стэками являются протоколы NetBios/SMB, IPX/SPX.
Модель OSI
Модель osi Общая характеристика модели osi
В начале 80-х годов ряд международных организаций по стандартизации — ISO, ITU-T и некоторые другие — разработали модель, которая сыграла значительную роль в развитии сетей. Эта модель называется моделью ISO/OSI.
Модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) определяет различные уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень.
Модель OSI была разработана на основании большого опыта, полученного при создании компьютерных сетей, в основном глобальных, в 70-е годы. Полное описание этой модели занимает более 1000 страниц текста.
В модели OSI (рис. 1) средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень имеет дело с определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств.
Рис. 1 Модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI.
Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые операционной системой, системными утилитами и аппаратными средствами. Модель не включает средства взаимодействия приложений конечных пользователей. Собственные протоколы взаимодействия приложения реализуют, обращаясь к системным средствам. Поэтому необходимо различать уровень взаимодействия приложений и прикладной уровень.
Следует также иметь в виду, что приложение может взять на себя функции некоторых верхних уровней модели OSI. Например, некоторые СУБД имеют встроенные средства удаленного доступа к файлам. В этом случае приложение, выполняя доступ к удаленным ресурсам, не использует системную файловую службу; оно обходит верхние уровни модели OSI и обращается напрямую к системным средствам, ответственным за транспортировку сообщений по сети, которые располагаются на нижних уровнях модели OSI.
Рис.2. Вложенность сообщений различных уровней.
Когда сообщение по сети поступает на машину-адресат, оно принимается ее физическим уровнем и последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, выполняя соответствующие данному уровню функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню.
Наряду с термином сообщение (message) существуют и другие термины, применяемые сетевыми специалистами для обозначения единиц данных в процедурах обмена. В стандартах ISO для обозначения единиц данных, с которыми имеют дело протоколы разных уровней, используется общее название протокольный блок данных (Protocol Data Unit, PDU). Для обозначения блоков данных определенных уровней часто используются специальные названия: кадр (frame), пакет (packet), дейтаграмма (datagram), сегмент (segment).
Физический уровень
Физический уровень (Physical layer) имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи, таким, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или цифровой территориальный канал. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию, такую как крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме того, здесь стандартизируются типы разъемов и назначение каждого контакта.
- передача битов по физическим каналам;
- формирование электрических сигналов;
- кодирование информации;
- синхронизация;
- модуляция.
Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.
Примером протокола физического уровня может служить спецификация 100Base-T технологии Ethernet, которая определяет в качестве используемого кабеля неэкранированную витую пару категории 5е с волновым сопротивлением 100 Ом, разъем RJ-45, максимальную длину физического сегмента 100 метров, манчестерский код для представления данных в кабеле, а также некоторые другие характеристики среды и электрических сигналов.