15. Наведіть та проаналізуйте мереженезалежні рівні моделі osi.

Функції усіх рівнів моделі OSI можуть бути віднесені до однієї з двох груп: або до функцій, що залежать від конкретної технічної реалізації мережі, або до функцій, орієнтованих на роботу з додатками [1  4, 8].

Три нижніх рівні фізичний, канальний і мережевий є мережевозалежними. Тобто протоколи цих рівнів тісно пов’язані з технічною реалізацією мережі і використовуваним комунікаційним обладнанням. Наприклад, перехід з обладнання Ethernet обладнання FDDI означає повну зміну протоколів фізичного і канального рівнів в усіх вузлах мережі.

15. Наведіть та проаналізуйте мережезалежні рівні моделі osi.

Три верхніх рівні прикладний, представницький і сеансовий орієнтовані на додатки і мало залежать від технічних особливостей побудови мережі. На протоколи цих рівнів не впливають зміни у топології мережі, заміна обладнання або перехід на іншу мережеву технологію. Так, перехід від Ethernet на високошвидкісну технологію l00VG-AnyLAN не потребує ніяких змін у програмних засобах, що реалізовують функції прикладного, представницького та сеансового рівнів.

Транспортний рівень є проміжним, він приховує всі деталі функціонування нижніх рівнів від верхніх. Це дозволяє розробляти додатки, що не залежать від технічних засобів безпосереднього транспортування повідомлень.

15. Проаналізуйте основні причини успіху, що мала архітектура протоколів tcp/ip у порівнянні з архітектурою osi.

Две сетевые модели

Если вступление зажгло хоть малейшую искорку интереса, то можно двигаться дальше.

Среди основных сетевых моделей существуют две: модель OSI и модель TCP/IP. Иногда можно встретить их как теоретическую и практическую модели.

Они являются многоуровневыми, что значит четкое разбиение на отдельные уровни. Как сказано выше, каждому уровню четко приписаны функции, которые в пределах одной модели не повторяются. Таким образом модель OSI разбита на 7 уровней, а модель TCP/IP на 4 уровня:Модель OSI Модель TCP/IP

7. Application Layer Application Layer

6. Presentation Layer

5. Session Layer

4. Transport Layer Transport Layer

3. Network Layer Internet Layer

2. Data Link Layer Network Access Layer

1. Physical Layer

Модели так изображены не зря. Во первых, уровни модели OSI довольно часто упоминают по номерам (они пронумерованы снизу вверх), в то время как уровни модели TCP/IP называют по именам. А второе - это то, что модель TCP/IP можно описать терминами OSI. Как показано, обе модели имеют идентичные уровни Transport и Internet (Network), на которые возложены соответственно одинаковые задачи. Но, к примеру, модель TCP/IP не различает границы между физическим представлением сигналов, битов на проводах (или в другой среде передачи данных) и способом доступа к тем самым проводам. Это делает модель менее предпочтительной для поисков неполадок, так как, к примеру, битый кабель или разного рода помехи радио-волн не имеют ничего общего с заполненностью таблицы MAC-адресов на свиче.

Более детальное описание

OSI детально описывает процесс общения двух приложений, а также взаимосвязь между соседними уровнями. Чтобы понять, что же все-таки это значит, рассмотрим поближе каждый уровень. Уровни можно рассматривать с точки зрения отправления данных или приема данных. Проще говоря сверху вниз или снизу вверх соответственно. Модель спроектирована так, что если рассматривать отправку сообщения каким-либо приложением, то оно проходит по уровням с самого верху и к самому низу. Для приема сообщение все с точностью наоборот. Дальше будет ясно... Лично я предпочитаю второй способ, так как привык смотреть на принятые данные целиком (т.е. весь сетевой кадр). Но в обучающих материалах, как правило, считают иначе. В них уровни излагаются от самого понятного и близкого пользователю уровня приложений, до самого далекого - физического уровня. Это должно вам помочь выбрать в каком порядке читать описание уровней.

Физический уровень (Physical layer). Данные представляются в виде электрических импульсов, пучков света, электромагнитных волн, что кодируют биты. Задача состоит в создании физического канала для отправки битов.

Канальный уровень (Data Link layer). Обеспечивает передачу данных через физический канал.

Сетевой уровень (Network layer). Обеспечивает передачу данных между сетями в пределах области под названием internetwork. Где internetwork - это объединение двух и более сетей с общими принципами маршрутизации (проще сказать, сеть сетей).

Транспортный уровень (Transport layer). Обеспечивает доставку данных конкретному приложению на рабочей станции или сервере. На этом уровне появляется адресация - порты. Так, например, если приходит сообщение на 80-й порт, то оно передается процессу веб-сервера, который слушает этот порт.

Сессионный уровень (Session layer). Создает и управляет диалогами и сессиями между приложениями. Приложение должно различать разные потоки данных в пределах одного соединения. Например, приложение может одновременно запрашивать два файла с одного сервера, при этом оно будет различать потоки.

Уровень представлений (Presentation layer). Здесь данные кодируются, сжимаются или шифруются. Например, отправляя сообщение, его нужно предварительно сжать для уменьшения трафика, то это задача именно этого уровня.

Уровень приложений (Application layer). Организовывает интерфейс между приложениями. Т.е. описывает структуру сообщения понятного приложению.

При прохождении каждого уровня, к данным дописывается служебная информация. Этот процесс называется инкапсуляцией. Так например на сетевом уровне, если мы хотим использовать протокол IP, будет дописан в начало заголовок, содержащий IP адреса отправителя и получателя и т.п. Затем, проходя канальный уровень, к данным с заголовком IP в начало еще дописывается заголовок, содержащий MAC адреса, а в конец - так называемый трейлер с контрольной суммой. Таким образом мы рассмотрели инкапсуляцию на двух уровнях в сетях Ethernet.

Обратный процесс к инкапсуляции - декапсуляция. Это процесс извлечения данных, путем отбрасывания служебной информации. Придерживаясь прошлого примера, представим, что получены некие данные. Декапсуляция на канальном уровне будет заключаться в отбросе заголовка, содержащего MAC адреса и трейлера. Полученные данные уже содержат заголовок IP в начале, они передаются на следующий сетевой уровень. Далее на сетевом уровне нету информации нижележащих уровней, что обеспечивает некую независимость от них. Аналогичным образом извлекается полезная нагрузка, путем отбрасывания заголовка и так далее. В самом конце цепочки получаем оригинальное сообщение.

В рассмотренных примерах данные на каждом уровне имеют разную структуру, которая называется PDU (Protocol Data Unit). И, естественно, на каждом уровне PDU оригинального сообщения свой:

7. Уровень приложений - данные (data)

4. Транспортный уровень - сегмент (segment)

3. Сетевой уровень - пакет (packet)

2. Канальный уровень - кадр (frame)

1. Физический уровень - биты (bits)

Особенно часто различают понятие кадра и пакета. Кадр будет содержать служебную информацию второго уровня, когда пакет уже нет. И для кадра пакет будет являться полезной нагрузкой, внутренняя сущность которого не рассматривается.

Общение между двумя приложениями или просто хостами происходят между одинаковыми уровнями, используя для этого один протокол. Так, например, веб-браузер, запрашивая по протоколу HTTP (протокол седьмого уровня) страницу, общается с веб-сервером на седьмом уровне. Сервер в свою очередь знает структуру сообщения, соответствующую протоколу. Выбор протокола - это как выбор языка в устной речи (для понимания нужно говорить на одном). На этом этапе как сервер так и клиент не рассматривает нижележащие уровни, они просто обмениваются сообщениями. Если же рассмотреть с точки зрения отправки HTTP запроса в IP пакете, то операционные системы клиента и сервера общаются на третьем уровне. Они смотрят им ли предназначен пакет по IP адресу, собирают пакет воедино из фрагментов (если по пути пакет был фрагментирован). Но при этом они ничего не знают о втором уровне, через какую среду будут следовать данные и так далее. Полезная нагрузка содержит сегменты TCP, которые в свою очередь содержат данные HTTP. Но на этапе рассмотрения IP пакета вся полезная нагрузка рассматривается просто как последовательность байт, не более.

Для жизненного примера вышеописанного, можно предложить примитивную модель для той же устной речи. Рассмотрим такие два уровня выдуманной модели: доставка собеседнику звуков и разбор речи. Таким образом вначале нужно договориться, каким образом принимать звуки. Протоколом здесь будут выступать правила и способы произношения звуков, чтобы собеседник их услышал. Затем услышанные звуки, не важно как и откуда, будут восприняты как отдельные слова, чтобы их понять, нужно договориться об использовании одного языка. Ведь если говорить на одном языке, а пытаться его понимать как другой, ничего не выйдет. Таким образом был продемонстрирован переход из первого уровня на второй, когда собеседник воспринимает речь, путем "декапсуляции" звуков в слова. Если же собеседник хочет что-то сказать, то он слова "инкапсулирует" в звуки, которые уже произносит.

Применение

Модель TCP/IP часто используется для описания стека протоколов. Например, стек протоколов TCP/IP. Где под стеком протоколов можно понимать множество взаимодействующих протоколов, обеспечивающих функциональность сети. Ведь сложно представить работу сети с одним лишь протоколом IP, в сети постоянно взаимодействуют разные протоколы, каждый реализуя свои задачи.

Модель OSI используется для описания и выявления разного рода неполадок, для классификации сетевого оборудования или отдельного сетевого протокола.

Например, рассмотрим разные виды сетевого оборудования: повторитель и концентратор (хаб), мост и коммутатор 2-го уровня (свич), маршрутизатор и коммутатор 3-го уровня. Как вы уже догадались эти три вида оборудования принадлежат трем нижним уровням модели оси: первому, второму и третьему соответственно. Что же мы можем сказать сходу об этих устройствах?

Устройства первого уровня различают только сигналы. Они предназначены для расширения шины сети и усиления сигнала, предотвращая тем самым его затухание. Такие устройства только дублируют сигналы, таки образом расширяя домен коллизий (наложение сигналов). Устройства второго уровня уже считывают заголовок кадра и таким образом могут обнаружить коллизию или несоответствие контрольной сумме (если она присутствует в протоколе). Отбрасывая "испорченные" кадры, такое оборудование ограничивает домен коллизий.

Устройства третьего уровня работают с пакетами. И потому они ограничивают широковещательный домен.

Также знание по номерам и названиям уровней модели OSI позволяет общаться и понимать друг друга двум администраторам или разработчикам, да и просто людям, замешанным каким-либо образом с сетями.

Заключение

Надеюсь вы познакомились с важностью и возможностью использования сетевых моделей для облегчения жизни администраторам. В пределах одной статьи сложно выложить необходимый минимум материала, для понимания с нуля. Потому целью не было создать достоверный учебный материал. А лишь познакомить с темой и дать возможность определиться в необходимости для вас сетевой модели. Являясь основой в изучении сетей вообще, на просторах всемирной паутины можно найти много полезного материала для начала (или продолжения) изучения.

18. Порівняйте стек протоколів TCP/IP з моделлю взаємодії відкритих систем ISO/OSI. Стек TCP/IP був розроблений з ініціативи Міністерства оборони США (Department of Defence, DoD) більше ніж 25 років тому для зв’язку експериментальної мережі ARPAnet з іншими мережами як набір загальних протоколів для різнорідного обчислювального середовища [1, 4, 16]. Великий внесок у розвиток стеку TCP/IP вніс університет Берклі, реалізовувавши протоколи стека в своєї версії ОС UNIX. Популярність цієї операційної системи привела до широкого застосування TCP, IP та інших протоколів стека. Сьогодні цей стек використовується для зв’язку комп’ютерів всесвітньої інформаційної мережі Internet, а також у величезному числі корпоративних мереж. Можна назвати три причини такої популярності протоколу TCP/IP [1, 4]:

1.       У 1980-х роках набір протоколів ТСР/ІР знаходився у робочому стані на відміну від пакету ISO. Після очевидного вибору на користь ТСР/ІР прийняття архітектури OSI почали стримувати вартість і технічний ризик зміни парка обладнання.

2.       Набір протоколів ТСР/ІР розроблявся як воєнно-наукова робота, що фінансувалася Міністерством оборони США. На той час час продукти, основані на архітектурі OSI вимоги міністерства не задовольняли і воно наказало застосовувати протоколи ТСР/ІР.

3.       На основі набору протоколів ТСР/ІР була створена Інтернет. І її стрімке зростання призвело до повної перемоги  ТСР/ІР над OSI.

 

Стек TCP/IP на нижньому рівні підтримує усі популярні стандарти фізичного і канального рівнів: для ЛКМ це Ethernet, Token Ring, FDDI, для ГКМ  протоколи роботи на аналогових комутованих і виділених лініях SLIP, РРР, протоколи територіальних мереж Х.25 та ISDN.

Основними протоколами стеку є IP та TCP. До протоколів прикладного рівня відносяться такі популярні протоколи, як FTP, telnet, SMTP, WWW тощо.

Сьогодні стек TCP/IP є одним з найпоширеніших стеків транспортних протоколів обчислювальних мереж. Оскільки він спочатку створювався для ГКМ Internet  в ньому є багато особливостей, які дають йому перевагу перед іншими протоколами, коли мова заходить про побудову КМ, що включають глобальні зв’язки. Зокрема, дуже корисною властивістю, що робить можливим застосування цього протоколу у великих мережах, є його здатність фрагментувати пакети.

Іншою особливістю технології TCP/IP є гнучка система адресації, що дозволяє простіше (порівняно з іншими протоколами аналогічного призначення) включати в інтермережу мережі інших технологій. Ця властивість також сприяє застосуванню стека TCP/IP для побудови великих гетерогенных мереж.

У стеку TCP/IP дуже економно використовуються можливості широкомовних розсилок. Ця властивість дуже потрібна при роботі на повільних ЛЗ, характерних для територіальних мереж.

Однак, реалізація протоколів стеку TCP/IP висуває високі вимоги до ресурсів і складність адміністрування IP-мереж. Гнучка система адресації і відмова від широкомовних розсилок приводять до наявності в IP-мережі різних централізованих служб типу DNS, DHCP тощо. Кожна з цих служб спрямована на полегшення адміністрування мережі, конфігурування обладнання і вимагає пильної уваги з боку адміністраторів.

Модель взаємодії відкритих систем ISO/OSI

З того, що протокол є угодою, прийнятою двома об’єктами, що взаємодіють в цьому випадку двома працюючими в мережі комп'ютерами, зовсім не випливає, щоб він обов’язково був стандартним. Але на практиці при реалізації мереж прагнуть використати стандартні протоколи. Це можуть бути фірмові, національні або міжнародні стандарти [1].

На початку 80-х років ряд міжнародних організацій зі стандартизації ISО, ITU-T та деякі інші розробили модель, яка зіграла значну роль у розвитку мереж. Ця модель називається моделлю взаємодії відкритих систем (Open System Interconnection, OSI) або моделлю OSI. Модель OSI визначає різні рівні взаємодії систем, дає їм стандартні імена і вказує, які функції повинен виконувати кожний рівень. Ця модель була розроблена на основі великого досвіду, отриманого при створенні КМ, в основному глобальних, у 70-ті роки. Повний опис цієї моделі займає більше за 1000 сторінок тексту [1  4, 8, 12].

У моделі OSI (рис. 3.2) засоби взаємодії діляться на сім рівнів:прикладний, представницький, сеансовий, транспортний, мережевий, канальний тафізичний. Кожний рівень має справу з одним певним аспектом взаємодії мережевих пристроїв [1].

Модель OSI описує тільки системні засоби взаємодії, що реалізовуються операційною системою, системними утилітами, системними апаратними засобами. Модель не включає засоби взаємодії додатків кінцевих користувачів. Свої власні протоколи взаємодії застосування реалізують, звертаючись до системних засобів. Тому необхідно розрізняти рівень взаємодії додатків і прикладний рівень або рівень застосувань.

Застосування може взяти на себе функції деяких верхніх рівнів моделі OSI. Наприклад, деяка система керування базою даних має вбудовані засоби віддаленого доступу до файлів. В цьому випадку додаток, виконуючи доступ до віддалених ресурсів, не використовує системну файлову службу; він обходить верхні рівні моделі OSI і звертається напряму до системних засобів, що відповідають за транспортування повідомлень по мережі і розташовуються на нижніх рівнях моделі OSI.

Отже, нехай додаток звертається із запитом до прикладного рівня, наприклад до файлової служби. На основі цього запиту програмне забезпечення прикладного рівня формує повідомлення стандартного формату. Звичайне повідомлення складається із заголовка і поля даних. Заголовок містить службову інформацію, яку слід передати мережею прикладному рівню комп’ютеру призначення, щоб повідомити йому, яку роботу треба виконати. У нашому випадку заголовок, повинен містити інформацію про місце знаходження файла і тип операції, яку слід виконати над ним. Поле даних повідомлення може бути пустим або містити деякі дані, наприклад ті, які необхідно записати у віддалений файл. Але для того щоб доставити цю інформацію за призначенням, треба вирішити ще багато задач, які покладені на рівні, що розташовані нижче.

Після формування повідомлення рівень застосувань надсилає його вниз по стеку до представницького рівню. Протокол представницького рівня на основі інформації, отриманої із заголовка прикладного рівня, виконує потрібні дії і додає до повідомлення власну службову інформацію  заголовок представницького рівня, в якому містяться вказівки протоколу представницького рівня вузлу призначення. Це повідомлення передається вниз сеансовому рівню, який додає свій заголовок і т. д. (Деякі реалізації протоколів додають службову інформацію не лише на початку повідомлення а й в кінці, у вигляді кінцевика) Нарешті, повідомлення досягає нижнього, фізичного рівня, який і передає його по лініях зв’язку до комп’ютера призначення. До цього моменту повідомлення “накопичує” заголовки усіх рівнів (рис. 3.3). Такий процес називається інкапсуляцією.

Коли повідомлення по мережі надходить на комп’ютер призначення, воно приймається її фізичним рівнем і поступово піднімається до вищих рівнів. Кожний рівень аналізує і обробляє заголовок свого рівня, виконує відповідні йому функції, а потім вилучає цей заголовок і передає це повідомлення наступному, вищерозташованому рівню. Такий процес називається декапсуляцією [4].

Рисунок 3.3  Вкладеність повідомлень різних рівнів

Поряд з терміном повідомлення (message) використовують й інші терміни для позначення одиниць даних в процедурах обміну. У стандартах ISO для позначення одиниць даних, з якими мають справу, протоколи різних рівнів, використовується загальна назва протокольний блок даних,(Protocol Data Unit, PDU). Для позначення блоків даних певних рівнів використовуються спеціальні назви:

      сегмент (segment)  PDU транспортного рівня (ТСР-сегмент),

      дейтаграма (datagram)  PDU транспортного рівня (UDP-дейтаграма),

      пакет (packet)  PDU мережевого рівня,

      кадр (frame)  PDU канального рівня.

Отже, ТСР-сегмент або UDP-дейтаграма  інкапсулюється у пакет, а пакет   у кадр.

 

В моделі OSI розрізнюються два основних типи протоколів:

       із встановленням з'єднання (connection-oriented)  тут перед обміном даними відправник і одержувач повинні спочатку встановити з’єднання і, можливо, вибрати деякі параметри протоколу, що будуть використовуватись під час обміну даними. Після завершення діалогу вузли повинні розірвати це з’єднання. Як приклад взаємодії, заснований на встановленні з’єднання можна навести телефон [1].

       без попереднього встановлення з’єднання (connectionless) або дейтаграмні протоколи  тут відправник просто надсилає повідомлення, коли воно готове. Як приклад зв’язку без попереднього встановлення з’єднання можна навести опускання листа у поштову скриню.

Під час взаємодії комп’ютерів використовуються протоколи обох типів.