На каких уровнях модели osi работает технология ethernet

Обновлено: 07.07.2024

Модель OSI (Open Systems Interconnectton — взаимодействие открытых систем) не так проста, как кажется на первый взгляд. Она была первоначально предназначена для обеспечения разработки протоколов, не зависящих от конкретных поставщиков оборудования, и для получения возможности создания наборов протоколов вместо монолитных программ сетевой связи, но в настоящее время модель OSI фактически редко используется для таких целей. Но эта модель все еще имеет одно важное назначение: на данный момент она представляет собой одно из лучших инструментальных средств описания и классификации сложных последовательностей действий, которые происходят в сетях. Поскольку основная часть применяемых в наши дни наборов протоколов(например TCP/IP) была разработана с использованием другой модели, многие протоколы этих наборов не полностью соответствуют модели и это вызывает определенную путаницу. Например, в некоторых книгах утверждается, что протокол маршрутной информации (Routing Information Protocol — RIP) работает на сетевом уровне, в других указано, что он работает на прикладном уровне. Однако в действительности этот протокол не принадлежит полностью только к одному из этик уровней. Он, как и многие другие, включает функции, относящиеся к обоим уровням. Из этого можно сделать вывод, что устранить такую путаницу можно только с помощью модели OSI, которая позволяет изучать сетевые операции и определять, на каком уровне они выполняются.

Основная цель изучения модели OSI состоит в том, чтобы можно было понять, какие функции выполняются тем или иным устройством, просто узнав, к какому уровню относится данное устройство. Например, если известно, что физическая адресация или управление доступом к передающей среде (Media Access Control — MAC) осуществляется на уровне 2, а логическая (IP-адресация) — на уровне 3, то сразу же становится ясно, что коммутатор Ethernet, который отвечает за фильтрацию МAС-адресов (физических адресов), является прежде всего устройством уровня 2.

Содержание

Общее определение термина пакет

Основы модели OSI

Модель OSI представляет собой один из способов многоуровневой организации сетей. В той или иной реализации набора протоколов некоторые из уровней модели могут даже не использоваться, но модель OSI разработана так, чтобы любую сетевую функцию можно было представить на одном из ее семи уровней. Описание уровней, начиная с уровня 7 и заканчивая уровнем 1, приведено в табл.1. Здесь принята именно такая последовательность описания уровней, поскольку она позволяет лучше понять устройство модели.

При передаче данных по сети с одного компьютера на другой осуществляется такой процесс: данные исходят из приложения, передаются вниз по уровням модели, проходят через передающую среду (чаще всего это медный или волоконно-оптический кабель) в виде электрического или оптического сигнала, представляющего отдельные логические нули и единицы, после чего поднимаются по уровням модели на другом конце соединения.

По мире выполнения этих действий на каждом уровне, который имеет соответствующий протокол, к пакету добавляется заголовок, указывающий способ обработки пакета на другом конце соединения с помощью такого же протокола. Этот процесс называется инкапсуляцией данных. Схема этого процесса приведена на рис.3. На этой схеме АН обозначает заголовок прикладного уровня (Application Header), РН — представительского (Presentation Нeаder), SH — сеансового (Session Header), TН — транспортного (Transport Header), NH — сетевого (Network Header), DH — канального (Datelink Header) и РН — физического (Рhysical Header). После прибытия к месту назначения пакет проходит вверх по уровням модели и на каждом уровне удаляются заголовки соответствующих протоколов. Ко времени поступления пакета в приложение в нем остаются только данные, которые принято также называть содержимым пакета (payload).

Рис.3. Инкапсуляция данных по мере прохождения по уровням модели.

Уровень 7

Уровень 6 - представительский

BCNHS r%CNE (37НС UHD"Y ЗсТШ! Ufc*?

Такая последовательность знаков, безусловно, не похожа на графическое изображение, и ее получение свидетельствует о наличии проблемы. Тем самым подтверждается сказанное выше, что обычно проще всего обнаружить наличие проблемы на представительском уровне. Кроме того, представительский уровень отвечает за сжатие и шифрование, а также за выполнение многих других действий (таких как эмуляция терминала), которые приводят к изменению формата длины. К числу наиболее широко применяемых форматов представления данных относятся ASCII, JPEG, MPEG и GIF.

Уровень 5 - сеансовый

В отличие от предыдущих, работу протоколов сеансового уровня понять сложнее всего. Эти протоколы отвечают за установление, поддержание и завершение сеансов. Но это определение является слишком общим и расплывчатый. Поскольку в установлении, поддержании и завершении сеансов в той или иной степени фактически участвуют и протоколы других уровней. Проще всего можно представить себе назначение сеансового уровня в том, что он выполняет функции посредника между двумя приложениями. К числу наиболее широко применяемых протоколов сеансового уровня относятся RРC, LDAP и служба сеансов NetBIOS.

Уровень 4 - транспортный

На транспортном уровне выполняется целый ряд функций. Наиболее важными из них являются контроль ошибок, их исправление и управление потоком данных. Транспортный уровень отвечает за надежную работу служб межсетевой передачи данных, функции которой выполняются незаметно для программ более высокого уровня. Проще всего можно понять, как осуществляются функции контроля и исправления ошибок на транспортном уровне, изучив различия между связью с установлением и без установления логического соединения.

Связь с установлением и без установления логического соединения

Управление потоком данных

В своей простейшей форме управление потоком данных представляет собой метод обеспечения того, чтобы чрезмерно интенсивный поток данных не захлестнул оконечную станцию. Например, предположим, что персональный компьютер А обрабатывает данные со скоростью 100 Мбит/с, а компьютер В — со скоростью 10 Мбит/с. Если компьютер А начнет передавать компьютеру В какие-то данные на полной скорости, то 90% этой информации будет потеряно, поскольку компьютер В не способен принимать информацию на скорости 100 Мбит/с. В предотвращении этой ситуации и состоит назначение средств управления потоком данных.

Применяемые в настоящее время методы управления потоком данных подразделяются на три типа, как описано в следующих разделах.

Буферизация

По-видимому, самым простым из этих методов является буферизация, которая в основном применяется в сочетании с другими методами управления потоком данных. Буфер можно рассматривать как резервуар. Предположим, что из одной трубы в этот резервуар втекает четыре литра воды в минуту, а из другой трубы, подключенной к резервуару, вода вытекает, но со скоростью только три литра воды в минуту. Если крышка резервуара открыта, что произойдет с лишней водой, если трубы, через которые поступает и вытекает вода, будут опушены в неглубокий поддон? Правильно - поддон быстро заполнится и вода польется на пол. Тоже самое происходит с данными, поступающими с Компьютера А, который рассматривается в предыдущем примере. Для выхода из подобной ситуации можно применить такое же решение, как и в гидравлике — для приема лишней воды поставить "резервуар", или буфер. Но очевидно, что такое решение подходит к появлении других проблем. Прежде всего, буфер не может иметь бесконечный объем. Он позволяет легко справляться с временным увеличением объема трафика, но если поток данных, превышающий возможности приемного устройства, движется непрерывно, резервное пространство в конечном итоге целиком заполнится и в этот момент снова возникнет та же проблема — биты данных начнут бесследно исчезать.

Уведомление о заторе

Применение окон

К числу наиболее широко применяемых протоколов транспортного уровня относятся TCP, UDP и SPX.

Рис.4. Проблемы, связанные с буферизацией и отправкой уведомлений о заторах.

Уровень 3 - сетевой

Протоколы сетевого уровня обеспечивают логическую адресацию и определение маршрута (маршрутизацию). Методы логической адресации зависят от набора протоколов, но основные принципы остаются одинаковыми. Адреса сетевого уровня применяются в основном для указания местонахождения хоста. Эта задача обычно решается путем разделения адреса на две части: поле группы и поле хоста. Вместе эти поля полностью описывают хост, но лишь в контексте группы, к которой он относится. Такое разделение адреса позволяет каждому хосту учитывать только наличие других хостов в его группе и применять для передачи пакетов от одной группы к другой специализированные устройства, называемые маршрутизаторами.

К числу широко применяемых протоколов сетевого уровня относятся IP и IPX.

Уровень 2 - канальный

Канальный уровень предусматривает выполнение таких функций, как устранение коллизий, физическая адресация, распознавание ошибок и фреймирование, как описано в следующих разделах.

Устранение коллизий

Методы устранения коллизий позволяют определить, как должен быть организован доступ к одному каналу передачи данных, если к нему подключено несколько хостов, которые пытаются одновременно использовать его для передачи. При полудуплексной широкополосной передаче без устранения коллизий нельзя обойтись, поскольку в применяемой при этом сетевой среде в любой момент времени только одно устройство может успешно передавать электрический сигнал. А если в этой среде попытки передачи будут предприняты одновременно двумя устройствами, то сигналы от этих устройств смешаются и возникнет так называемая коллизия. Такое явление, вероятно, лучше всего проиллюстрировать на рисунке:

Физическая адресация

Обнаружение ошибок

Ещё одна функция канального уровня, обнаружение ошибок, позволяет определить, не произошло ли искажение пакета во время передачи. Для этого перед отправкой пакета на удаленный компьютер к нему добавляется концевик (так называется поле с контрольной суммой в конце пакета) с последовательностью FCS. Метод контроля с применением FCS предусматривает использование циклического избыточного кода (Cyclic Redundancy Check — CRC) для выработки цифрового значения и размещение этого значения в концевике пакета. После прибытия пакета к получателю извлекается значение поля FCS и снова применяется тот же алгоритм, с помощью которого было вычислено это первоначальное значение. Если пакет подвергся каким-либо изменениям, прежнее и новое значения FCS не совпадают, и пакет отбрасывается как ошибочный.

Примечание Контроль с помощью FCS обеспечивает только обнаружение ошибок, но не их устранение. За устранение ошибок отвечает протокол более высокого уровня, как правило, транспортного.

Фреймирование

Термин фреймирование используется для описания организации элементов в пакете (пакет, передаваемый по сети, оформляется в виде фрейма). Эта задача является очень важной. Чтобы понять, с чем это связано, необходимо рассмотреть, как происходит передача данных физическим устройством. Прежде всего следует учесть, что все данные, передаваемые по кабелям сети, являются просто комбинацией битов 0 и 1. Поэтому при получении устройством цепочки битов, такой как 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 и т.д., оно должно определить, какая часть этой цепочки соответствует МАС-адресу, данным или последовательности FCS. Для этого требуется ключ. Физический формат пакета показан на рис.7.

Рис.7. Пример покаэывает, как к потоку битов применяется ключ фреймирования Ethernet 802.3 для выделения отдельных частей этого потока.

Кроме того, поскольку существуют разные типы фреймов, в протоколах канального уровня на обоих взаимодействующих компьютерах должны использоваться фреймы одинаковых типов, так как лишь при этом условии получатель сможет определить, что фактически содержит полученный им пакет. Пример искажения, возникающего при нарушении формата фрейма, показан на рис.8.

Рис.8. Несовпадение форматов полей из-за неправильного выбора типа фрейма.

На этом рисунке значения длины полей принятого и фактически ожидаемого фрейма не совпадают. Данный пример показывает, что если один компьютер отправляет пакет в формате 802.3, а другой ожидает поступления пакета в формате протокола доступа к подсети (SUB-Network Access Protocol — SNAP), между ними невозможно установить взаимодействие, поскольку компьютеры безуспешно пытаются найти компоненты пакета, которые фактически представлены в другом формате.

К числу наиболее распространенных протоколов канального уровня относятся практически все протоколы 802 ( 802.2, 802.3, 802.5 и т.д.), LAPP, LAPD и LLC.

Уровень 1 - физический

На физическом уровне выполняются наиболее важные функции передачи данных по сравнению со всеми другими уровнями. К физическому уровню относятся все соединители, кабели, спецификации частот, требования к расстояниям и задержкам при распространении сигналов, регламентируемые напряжения, короче говоря, все физические параметры.

К числу наиболее распространенных протоколов физического уровня относятся EIA/TIA 568А и 568В, RS232, 10BaseT, 10Base2, 1OBase5, 100BaseT и USB.

Одноранговая связь

Специалисты по сетям называют одноранговой связью процесс взаимодействия протокола каждого уровня на компьютере отправителя с соответствующим уровнем на компьютере получателя. Следует отметить, что одинаковые уровни не взаимодействуют непосредственно друг с другом, но обмен данными по сети организован так, как если бы они действительно напрямую связывались друг с другом. К пакету, передаваемому с одного хоста на другой, по мере прохождения по уровням сетевой модели добавляются все необходимые заголовки, а когда этот пакет после его приема снова проходит по уровням модели, но в противоположном направлении, информация в каждом заголовке пакета обрабатывается только тем уровнем, которому соответствует конкретный заголовок. Все остальное на этом уровне рассматривается как данные. Процесс снятия заголовков показан на рис.9 (для обозначения заголовков применяются такие же сокращения, как и на рис.3).

Необходимо еще раз подчеркнуть, что протоколом каждого уровня обрабатывается только заголовок, который относится точно к такому же уровню протокола на другом компьютере. Остальная часть пакета рассматривается им как данные (хотя фактически не является таковой). Поэтому можно считать, что каждый уровень протокола на одном компьютере взаимодействует с соответствующим ему уровнем на другом компьютере.

Общее описание взаимодействия по сети

Наконец, рассмотрим, как происходит обмен данными по сети между двумя компьютерами на каждом уровне (рис.9).

Рис.9. Заголовки, добавляемые на каждом уровне модели.

Следует также отметить, что на сетевом уровне (логические) IP-адреса преобразуются в (физические) МАС-адреса, чтобы с ним мог работать протокол более низкого уровня. На канальном уровне пакет снова фрагментируется, но на этот раз преобразуется во фреймы, которые соответствует максимальной единице передачи данных (Maximum Transmission Unit — MTU) передающей среды. На физическом уровне данные передаются в виде электрических сигналов. Принятые данные снова проходят по уровням модели, но в обратном направлении. При этом выполняются действия, обратные тем, которые были выполнены на компьютере отправителя, и в конечном итоге пакет преобразуется в один фрагмент данных размером 256 кбайт в формате, приемлемом для соответствующего приложения.

Другие сетевые модели

Важное значение с точки зрения организации сетей имеет также модель DoD (Department of Defense — Министерство обороны США), так как в основе протоколов TCP/IP лежит не модель OSI, а именно эта модель. Поскольку модель DoD во многом совпадает с моделью OSI, тот факт, что она является фундаментом протоколов TCP/IP, может привести к некоторой путанице при изучении модели OSI. Верхние уровни модели DoD не совпадают с верхними уровнями модели OSI, поэтому в разных книгах можно встретить различные описания порядка расположения протоколов в модели OSI. Но здесь необходимо прежде всего учитывать, что фактически знание того, где должен быть указанный протокол модели OSI, необходимо в основном для успешной сдачи экзаменов; а на практике важнее всего понимание назначения каждого уровня модели.

Модели DoD и OSI

Модели OSI и DoD позволяют наглядно представить процесс сетевого взаимодействия, а компания Cisco применяет в своей работе иерархическую межсетевую модель, которая представляет собой многоуровневое отображение топологического проекта объединенной сети. Эта модель разработана в целях максимального повышения производительности; в то же время она обеспечивает оптимальную отказоустойчивость. Применение этой модели позволяет упростить конструкцию сети путем распределения функций по уровням сетевого проекта. Очевидным недостатком данной модели в сетях небольших и средних размеров является высокая стоимость проекта, но если задача состоит в создании высокопроизводительной, масштабируемой, резервируемой объединенной сети, то применение такого подхода является одним из наилучших способов реализации в проекте поставленных целей.

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

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 -->

p, blockquote 15,0,0,0,0 -->

p, blockquote 16,0,0,0,0 -->

В качестве канала передачи информации используются:

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 -->

Канальный уровень (DATA LINK)

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.

p, blockquote 20,0,0,0,0 -->

p, blockquote 21,0,0,0,0 -->

Задачи data link

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 -->

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?

p, blockquote 32,0,0,0,0 -->

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 -->

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 -->

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 -->

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.

Сетевая модель OSI (англ. open systems interconnection basic reference model) - концептуальная модель, которая обобщает и стандартизирует представление средств сетевого взаимодействия в телекоммуникационных и компьютерных системах, независимо от их внутреннего устройства и используемых технологий. Модель OSI была разработана в 1984 году Международной организацией стандартизации (ISO). Основной целью ее создания был поиск решения проблемы несовместимости устройств, использующих различные коммуникационные протоколы, путем перехода на единый, общий для всех систем стек протоколов.

OSI состоит из двух основных частей:

абстрактная модель сетевого взаимодействия (семиуровневая модель)
набор специализированных протоколов взаимодействия

Концепция семиуровневой модели была описана в работе Чарльза Бахмана. Данная модель подразделяет коммуникационную систему на уровни абстракции (англ. "abstraction layers"). В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представления, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень:

имеет дело с совершенно определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств
обслуживает уровень, находящийся непосредственно над ним, и обслуживается уровнем, находящимся под ним

Протоколы связи же решают две задачи: они обеспечивают взаимодействие между сущностями, находящимися на одном и том же уровне абстракции, но на разных хостах и абстрактно описывают функционал, который (N-1)-ый уровень предоставляет (N)-ому, где N - один из 7 уровней модели OSI. В рамках модели, любой протокол может взаимодействовать либо с протоколами своего уровня (горизонтальные взаимодействия), либо с протоколами уровня на единицу выше/ниже своего уровня (вертикальные взаимодействия).

Каждый из семи уровней характеризуется типом данных (PDU, сокращение от англ. protocol data units), которым данный уровень оперирует и функционалом, который он предоставляет слою, находящемуся выше него. Предполагается, что пользовательские приложения обращаются только к самому верхнему (прикладному) уровню, однако на практике это выполняется далеко не всегда.

Прикладной уровень выполняет следующие функции:

Позволяет приложениям использовать сетевые службы (например удалённый доступ к файлам)
Идентификация пользователей по их паролям, адресам, электронным подписям
Предоставление приложениям информации об ошибках
Определение достаточности имеющихся ресурсов
Управление данными, которыми обмениваются прикладные процессы и синхронизация взаимодействия прикладных процессов

К числу наиболее распространенных протоколов верхних трех уровней относятся:

Уровень представления занимается представлением данных, передаваемых прикладными процессами в нужной форме. Данные, полученные от приложений с прикладного уровня, на уровне представления преобразуются в формат подходящий для передачи их по сети, а полученные по сети данные преобразуются в формат приложений. Также кроме форматов и представления данных, данный уровень занимается конвертацией структур данных, используемых различными приложениями. Другой функцией, выполняемой на уровне представлений, является шифрование данных, которое применяется в тех случаях, когда необходимо защитить передаваемую информацию от доступа несанкционированными получателями.

Генерация запросов на установление/завершение сеансов взаимодействия прикладных процессов
Согласование представления данных между прикладными процессами
Конвертация форм представления данных
Шифрование данных

Примеры протоколов данного уровня:

AFP — Apple Filing Protocol
ICA — Independent Computing Architecture
LPP — Lightweight Presentation Protocol
NCP — NetWare Core Protocol

Сеансовый уровень контролирует структуру проведения сеансов связи между пользователями. Он занимается установкой, поддержанием и прерыванием сеансов, фиксирует, какая из сторон является активной в данный момент, осуществляет синхронизацию обмена информацией между пользователями, что также позволяет устанавливать контрольные точки.

На сеансовом уровне определяется, какой будет передача между двумя прикладными процессами:

полудуплексной (процессы будут передавать и принимать данные по очереди)
дуплексной (процессы будут передавать данные, и принимать их одновременно)

Примеры протоколов сеансового уровня:

ADSP (AppleTalk Data Stream)
ASP (AppleTalk Session)
RPC (Remote Procedure Call)
PAP (Password Authentication Protocol)

Транспортный уровень предназначен для передачи надежной последовательностей данных произвольной длины через коммуникационную сеть от отправителя к получателю. Уровень надежности может варьироваться в зависимости от класса протокола транспортного уровня. Так например UDP гарантирует только целостность данных в рамках одной датаграммы и не исключает возможности потери/дублирования пакета или нарушения порядка получения данных; TCP обеспечивает 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.

Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг: срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплексирования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов. В функции транспортного уровня входят:

Управление передачей по сети и обеспечение целостности блоков данных
Обнаружение ошибок, частичная их ликвидация
Восстановление передачи после отказов и неисправностей
Разбиение данных на блоки определенного размера
Предоставление приоритетов при передаче блоков (нормальная или срочная)
Подтверждение передачи.

Транспортный уровень использует сегменты или датаграммы в качестве основного типа данных.

TCP (Transmission Control Protocol)
UDP (User Datagram Protocol)
SCTP (Stream Control Transmission Protocol)

Сетевой уровень предоставляет функционал для определения пути передачи пакетов данных между клиентами, подключенными к одной коммуникационной сети. На данном уровне решается проблема маршрутизации (выбора оптимального пути передачи данных), трансляцией логических адресов в физические, отслеживанием неполадок в сети.

Сетевой уровень выполняет функции:

Обнаружение и исправление ошибок, возникающих при передаче через коммуникационную сеть
Упорядочение последовательностей пакетов
Маршрутизация и коммутация
Сегментирование и объединение пакетов

Наиболее часто на сетевом уровне используются протоколы:

IP/IPv4/IPv6 (Internet Protocol) сетевой протокол стека TCP/IP
IPX (Internetwork Packet Exchange, протокол межсетевого обмена)
AppleTalk

Канальный уровень предназначен для передачи данных между двумя узлами, находящихся в одной локальной сети. Роль PDU исполняют фреймы (англ. frame). Фреймы канального уровня не пересекают границ локальной сети, что позволяет данному уровню сосредоточиться на локальной доставке (фактически межсетевой доставкой занимаются более высокие уровни).

Заголовок фрейма формируется из аппаратных адресов отправителя и получателя, что позволяет однозначно определить устройство, которое отправило данный фрейм и устройство, которому он предназначен. При этом никакая часть адреса не может быть использована, чтобы определить некую логическую/физическую группу к которой принадлежит устройство.

Канальный уровень состоит из двух подуровней: LLC и MAC.

Канальный уровень выполняет функции:

LLC Multiplexing: Интерфейс между сетевым уровнем и MAC, чтобы несколько различных протоколов сетевого уровня могли сосуществовать.
LLC Flow control: Механизм ограничении скорости передачи данных при медленном приёмнике
LLC Error control: Определение (и иногда исправление) ошибок с помощью чексумм
MAC Adressing mechanism: Адрессация на основе уникальных MAC-адресов
MAC Channel access control mechanism: Предоставляет протокол множественного доступа

Наиболее часто на канальной уровне используются протоколы:

PPP (Point-To-Point Protocol, протокол прямого соединения между двумя узлами)
SLIP (Serial Line Internet Protocol, предшественник PPP, который всё ещё используется в микроконтроллерах)
Ethernet II framing

Физический уровень описывает способы передачи потока бит через дата линк, соединяющий сетевые устройства. Поток байт может быть сгруппирован в слова и сконвертирован в физический сигнал, который посылается через некоторое устройство.

Здесь специфицируются такие низкоуровневые параметры как частота, амплитуда и модуляция.

Физический уровень выполняет функции:

Побитовая доставка
Физическое кодирование (способ представления данных в виде импульсов)
LLC Error control: Определение (и иногда исправление) ошибок с помощью чексумм
MAC Adressing mechanism: Адрессация на основе уникальных MAC-адресов
MAC Channel access control mechanism: Предоставляет протокол множественного доступа

Наиболее часто на физическом уровне используются протоколы:

Ethernet physical layer (семейство стандартов с оптическими или электрическими свойствами соединений между устройствами)
USB

Инкапсуляция (англ. encapsulation) -- метод проектирования протоколов в которой логически независимые функции сети не зависят от реализации нижележащих механизмов с помощью включения этих механизмов в более высокоуровневые объекты.

Физический уровень ответственен за физическую передачу данных. IP предоставляет глобальный способ адресации устройств. TCP добавляет возможность выбора приложения (порт).

Во время инкапсуляции каждый уровень собирает свой собственный PDU, добавляя некоторый заголовок с контрольной информацией к PDU с более высокого уровня.

В этой стать будет рассказываться что такое модель OSI и какие уровни в неё бывают, и вообще какие протоколы используются в ней.

Это конечно не совсем тема нашего сайта, тут больше рассказывают про Web-программирование, но всё таки косвенно эти темы связанны.

Также на сайте есть статья: Что такое интернет и web, где подробно рассказывается, что такое интернет, Web и в чём различие этих технологий.

Что такое модель OSI:

Это стек сетевых протоколов OSI/ISO, благодаря которым и работает весь интернет и устройства взаимодействуют друг с другом посредства различных уровней в этой модели, всего их семь.

Уровни в модели OSI:

Теперь пришло время рассказать какие уровни есть в модели OSI, для чего нужны и какие протоколы используют. Всего их семь как говорилось выше.

Как видите тут описано кратко, для чего нужен каждый протокол, это сделано потому что, про каждый уровень по хорошому нужна отдельная статья, возможно такие статьи в будущем появится.

Набор протоколов в OSI:

Пора рассказать на мой взгляд самое интересное, это распределение протоколов по уровням модели OSI, тут будут описаны самые основные протоколы, так как, их очень много.

1. Протоколы физического уровня модели OSI:

2. Протоколы канального уровня модели OSI:

3. Протоколы сетевого уровня модели OSI:

4. Протоколы транспортного уровня модели OSI:

5. Протоколы сеансового уровня модели OSI:

6. Протоколы представления уровня модели OSI:

7. Протоколы прикладного уровня модели OSI:

Вывод:

В этой статье было рассказано что такое модель OSI и набор протоколов которая она содержит в себе, надеюсь вам было интересно и вы что то узнали нового, также, если автор возможно где то ошибся то пишите в комментарии.

Читайте также: