Тема 4. Основы сетевых технологий Лекция 4.2. Передача данных в компьютерных сетях и оборудование компьютерных сетей
Цель теми – рассмотреть структуру эталонной модели взаимодействия открытых систем – OSI; познакомиться с функциями каждого уровня в рамках модели OSI; рассмотреть этапы обработки информации в разрезе модели OSI; инкапсуляция данных.
Ключевые понятия: эталонная модель OSI; взаимодействие между уровнями в модели OSI; инкапсуляция данных.
Структура модели osi
За долгие годы существования компьютерных сетей было создано большое количество различных сетевых протоколов. Сетевой протокол – набор правил, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами. Протоколы бывают как открытые (опубликованные для бесплатного применения), так и закрытые (разработанные коммерческими компаниями и требующими лицензирования для их использования). Однако все эти протоколы принято соотносить с так называемой эталонной моделью взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection Reference Model), или просто моделью OSI. Ее описание было опубликовано в 1984 г. Международной организацией по стандартизации (International Standards Organization, ISO), поэтому для нее часто используется другое название модель ISO/OSI. Эта модель представляет собой набор спецификаций, описывающих сети с неоднородными устройствами, требования к ним, а также способы их взаимодействия.
Модель OSI имеет вертикальную структуру, в которой все сетевые функции распределены между семью уровнями (рис. 4.2.1). Каждому такому уровню соответствуют строго определенные операции, оборудование и протоколы.
Реальное взаимодействие уровней, т. е. передача информации внутри одного компьютера, возможно только по вертикали и только с соседними уровнями (выше- и нижележащими).
Логическое взаимодействие (в соответствии с правилами того или иного протокола) осуществляется по горизонтали с аналогичным уровнем другого компьютера на противоположном конце линии связи. Каждый более высокий уровень пользуется услугами нижележащего уровня, зная, в каком виде и каким способом (т. е. через какой интерфейс) нужно передать ему данные.
Рисунок 4.2.1 – Взаимосвязи между уровнями модели OSI
Задача более низкого уровня – принять данные, добавить cвою информацию (например, форматирующую или адресную, которая необходима для правильного взаимодействия с аналогичным уровнем на другом компьютере) и передать данные дальше. Только дойдя до самого нижнего, физического уровня сетевой модели, информация попадает в среду передачи и достигает компьютера-получателя. В нем она проходит сквозь все уровни в обратном порядке, пока не достигнет того же уровня, с которого была послана компьютером-отправителем.
Теперь познакомимся поближе с уровнями модели OSI и определим сетевые услуги, которые они предоставляют смежным уровням.
Уровни модели osi
Уровень 0. Он не определен в общей схеме (риc. 4.2.1), но весьма важен для понимания. Здесь представлены посредники, по которым собственно и происходит передача сигналов: кабели различных типов, радиосигналы, ИК-сигналы и т. д. На этом уровне ничего не описывается, уровень 0 предоставляет физическому уровню 1 только среду передачи.
Уровень 1 – Физический (Physical). Здесь осуществляется передача неструктурированного потока битов, полученных от вышележащего канального уровня 2, по физической среде – например, в виде электрических или световых сигналов. Физический уровень отвечает за поддержание связи (link) и детально описывает электрические, оптические, механические и функциональные интерфейсы со средой передачи: напряжения, частоты, длины волн, типы коннекторов, число и функциональность контактов, схемы кодирования сигналов и т. д.
Уровень 2 – Канальный (Data Link). Обеспечивает безошибочную передачу данных, полученных от вышележащего сетевого уровня 3, через физический уровень 1, который сам по себе отсутствия ошибок не гарантирует и может искажать данные (рис. 4.2.2).
Канальный уровень довольно сложен, поэтому в соответствии со стандартами IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), выпущенными в феврале 1980 г. в рамках «Проекта 802» (Project 802), его часто разбивают на два подуровня (рис. 4.2.3): управления доступом к среде (Media Access Control, MAC) и управления логической связью (Logical Link Control, LLC).
Рисунок 2.2.3 – Разделение канального уровня на под уровни LLC и MAC
Уровень MAC обеспечивает совместный доступ сетевых адаптеров к физическому уровню, определение границ кадров, распознавание адресов назначения кадров (эти адреса часто называют физическими, или MAC-адресами).
Уровень LLC, действующий над уровнем MAC, отвечает за установление канала связи и за безошибочную посылку и прием сообщений с данными.
Уровень 3 – Сетевой (Network). Отвечает за обеспечение связи между любыми, даже находящимися в разных концах земного шара, абонентами в сети. Этот уровень осуществляет проводку сообщений по сети, которая может состоять из множества отдельных сетей, соединенных множеством линий связи. Такая доставка требует маршрутизации, т. е. определения пути доставки сообщения, а также решения задач управления потоками данных и обработки ошибок передачи.
Уровень 4 – Транспортный (Transport). Гарантирует доставку информации от одного компьютера другому. На этом уровне компьютера-отправителя большие блоки данных разбиваются на более мелкие пакеты, которые доставляются компьютеру-получателю в нужной последовательности, без потерь и дублирования. На транспортном уровне компьютера-получателя пакеты вновь собираются в исходные блоки данных. Таким образом, транспортный уровень завершает процесс передачи данных, скрывая от более высоких уровней все детали и проблемы, связанные с доставкой информации любого объема между любыми абонентами во всей сети.
Уровень 5 – Сеансовый (Session). Позволяет двум сетевым приложениям на разных компьютерах устанавливать, поддерживать и завершать соединение, называемое сетевым сеансом. Этот уровень также отвечает за восстановление аварийно прерванных сеансов связи. Кроме того, на пятом уровне выполняется преобразование удобных для людей имен компьютеров в сетевые адреса (распознавание имен), а также реализуются функции защиты сеанса.
Уровень 6 – Представительский, или Уровень представления данных (Presentation). Определяет форматы передаваемой между компьютерами информации. Здесь решаются такие задачи, как перекодировка (перевод информации в вид, понятный для всех участвующих в обмене компьютеров), сжатие и распаковка данных, шифрование и дешифровка, поддержка сетевых файловых систем и т. д.
Уровень 7 – Прикладной (Application), или Уровень Приложений. Обеспечивает интерфейс взаимодействия программ, работающих на компьютерах в сети. Именно с помощью этих программ пользователь получает доступ к таким сетевым услугам, как обмен файлами, передача электронной почты, удаленный терминальный доступ и т. д.