ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 090303е7-12
.pdf
сетевой уровень отвечает за адресацию и доставку сообщений;
транспортный уровень контролирует очередность прохождения компонентов сообщения;
задача сеансового уровня — координация связи между двумя прикладными программами, работающими на разных рабочих станциях;
уровень представления служит для преобразования данных из внутреннего формата компьютера в формат передачи;
прикладной уровень является пограничным между прикладной программой и другими уровнями — обеспечивает удобный интерфейс связи сетевых программ пользователя.
Сетевая модель OSI (ЭМВОС) (базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем, англ. Open Systems Interconnection Basic Reference Model, 1978 г.) — абстрактная сетевая модель для коммуникаций и разработки сетевых протоколов. В настоящее время основным используемым стеком протоколов является TCP/IP, разработка которого не была связана с моделью OSI и к тому же была совершена до её принятия.
Уровни модели OSI
Модель OSI
Уровень
Тип данных
7. Прикладной
Функции
Доступ к сетевым службам
|
Данные |
|
6. |
Представления |
|
Представление и кодирование данных |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. |
Сеансовый |
|
Управление сеансом связи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сегменты |
|
4. |
Транспортный |
|
Прямая связь между конечными пунктами и |
|
|
|
надежность |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пакеты |
|
3. |
Сетевой |
|
Определение маршрута и логическая адресация |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кадры |
|
2. |
Канальный |
|
Физическая адресация |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Биты |
|
1. |
Физический |
|
Работа со средой передачи, сигналами и |
|
|
|
|
|
|
двоичными данными |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В литературе наиболее часто принято начинать описание уровней модели OSI начиная с 7- го, называемого прикладным (Application layer), уровнем, на котором используемые пользователем приложения обращаются к сети. Модель OSI заканчивается физическим (Physical layer) уровнем, на котором определены стандарты, предъявляемые независимыми производителями к средам передачи данных. Например:
тип передающей среды (медный кабель, оптоволокно, радиоэфир и др.)
тип модуляции сигнала
уровни логических «0» и «1» и др.
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.
Каждый уровень имеет свою единицу измерения. На физическом уровне мельчайшая единица — бит. На канальном уровне информация объединена во фреймы (или пакеты). На сетевом уровне мы говорим о дейтаграммах. На транспортном уровне единицей измерения является сегмент. Прикладные уровни обмениваются сообщениями.Подробнее о назначении каждого уровня можно посмотреть рисунок. К базовым сетевым технологиям относятся физический и канальный уровни.
Прикладной уровень (уровень приложений) (англ. Application layer)
Верхний уровень модели обеспечивает взаимодействие пользовательских приложений с сетью. Этот уровень позволяет приложениям использовать сетевые службы, такие как:
удалённый доступ к файлам и базам данных
пересылка электронной почты.
Также прикладной уровень:
отвечает за передачу служебной информации
предоставляет приложениям информацию об ошибках
формирует запросы к уровню представления.
Пример: HTTP, POP3, SMTP, FTP, SIP, TELNET
Представительский (Уровень представления)(англ. Presentation layer)
Этот уровень отвечает за преобразование протоколов и кодирование/декодирование данных. Запросы приложений, полученные с прикладного уровня, он преобразует в формат для передачи по сети, а полученные из сети данные преобразует в формат, понятный приложениям. На этом уровне может осуществляться сжатие/распаковка или кодирование/декодирование данных, а также перенаправление запросов другому сетевому ресурсу, если они не могут быть обработаны локально.
Стандарты уровня представлений также определяют способы представления графических изображений. Для этих целей может использоваться формат изображений PICT , тэгированный формат файлов изображений TIFF, стандарт, разработанный Объединенной экспертной группой по фотографии (Joint Photographic Expert Group); в повседневном пользовании этот стандарт называют просто JPEG.
Сеансовый уровень (англ. Session layer)
5-й уровень модели отвечает за 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.
Пример: H.245 (Call Control Protocol for Multimedia Communication), L2F (Layer 2 Forwarding Protocol), L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol), PAP (Password Authentication Protocol), PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol), RTCP (Real-time Transport Control Protocol).
Транспортный |
уровень |
(англ. Transport |
layer) |
4-й уровень модели предназначен для обеспечения надёжной передачи данных от отправителя к получателю.
Примеры:
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.
SPX (Sequenced Packet Exchange) – транспортный протокол стека IPX/SPX.
Сетевой уровень (англ. Network layer)
3-й уровень сетевой модели OSI 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.
На этом уровне работает маршрутизатор (роутер).
Пример: IP/IPv4/IPv6 (Internet Protocol), IPX (Internetwork Packet Exchange, протокол межсетевого обмена), X.25 (частично этот протокол реализован на уровне 2), IPsec (Internet Protocol Security), ICMP (Internet Control Message Protocol), RIP (Routing Information Protocol), OSPF (Open Shortest Path First), ARP (Address Resolution Protocol).
Канальный уровень (англ. Data Link layer)
2-ой уровень предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Полученные с физического уровня данные он упаковывает в кадры, проверяет на целостность, если нужно, исправляет
ошибки (формирует повторный запрос поврежденного кадра) и отправляет на сетевой уровень.
На этом уровне работают коммутаторы, мосты. Протоколы канального уровня:
ATM
Ethernet, Fiber Distributed Data Interface (FDDI), Frame Relay
x.25
Multiprotocol Label Switching (MPLS)
Point-to-Point Protocol (PPP)
IEEE 802.11 wireless LAN
Token ring
Физический уровень (англ. Physical layer)
Самый нижний уровень модели предназначен непосредственно для передачи потока данных. Осуществляет 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.
Определяемые на данном уровне параметры: тип передающей среды, тип модуляции сигнала, уровни логических «0» и «1» и т. д.
На этом уровне работают концентраторы (хабы), повторители (ретрансляторы) сигнала и медиаконверторы.
Физический уровень определяет такие виды среды передачи данных как оптоволокно, витая пара, коаксиальный кабель, спутниковый канал передач данных и т. п. Протоколы физического уровня OSI:
USB, Firewire
IEEE 802.15 (Bluetooth), IRDA
EIA RS-232, EIA-422, EIA-423, RS-449, RS-485
Ethernet (включая 10BASE-T, 10BASE2, 10BASE5, 100BASE-TX, 100BASE-FX, 100BASE-T, 1000BASE-T, 1000BASE-SX и другие)
DSL, ISDN
802.11 Wi-Fi
Соответствие модели OSI и других моделей сетевого взаимодействия
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.
Стек протоколов TCP/IP (англ. Transmission Control Protocol/Internet Protocol, Протокол управления передачей) — набор сетевых протоколов разных уровней модели сетевого взаимодействия DOD, используемых в сетях. Протоколы работают друг с другом в стеке (англ. stack, стопка) — это означает, что протокол, располагающийся на уровне выше, работает «поверх» нижнего, используя механизмы инкапсуляции. Например, протокол TCP работает поверх протокола IP.
Стек протоколов TCP/IP основан на модели сетевого взаимодействия DOD и включает в себя протоколы четырёх уровней:
прикладного (application),
транспортного (transport),
сетевого (network),
канального (data link).
Протоколы этих уровней полностью реализуют функциональные возможности модели OSI. На стеке протоколов TCP/IP построено всё взаимодействие пользователей в IP-сетях. Стек является независимым от физической среды передачи данных.
Распределение протоколов по уровням модели TCP/IP
5 |
Прикладной |
HTTP, RTP, FTP, DNS, … |
|
|
|
4 |
Транспортный |
TCP, UDP, … |
|
|
|
3 |
Сетевой |
IP |
|
|
|
|
|
Ethernet, IEEE 802.11 Wireless Ethernet, SLIP, Token Ring, ATM и |
2 |
Канальный |
|
|
|
MPLS, … |
|
|
|
1 |
Физический |
физическая среда и принципы кодирования информации, T1, E1, … |
|
|
|
Уровни стекаTCP/IP
Существуют разногласия в том, как вписать модель TCP/IP в модель OSI, поскольку уровни в этих моделях не совпадают.
Вот как традиционно протоколы TCP/IP вписываются в модель OSI:
Распределение протоколов по уровням модели OSI
7 |
Прикладной |
HTTP, SMTP, SNMP, FTP, Telnet, SSH, SCP, SMB, NFS, RTSP, … |
|
|
|
XDR, AFP, TLS, SSL, … |
|
6 |
Представления |
||
|
|
ISO 8327 / CCITT X.225, RPC, NetBIOS, ASP, … |
|
5 |
Сеансовый |
||
|
|
TCP, UDP, SCTP, SPX, RTP, ATP, DCCP, GRE, … |
|
4 |
Транспортный |
||
|
|
IP, PPP, ICMP, IGMP, CLNP, OSPF, RIP, IPX, DDP, ARP, RARP, |
|
3 |
Сетевой |
||
|
|
BGP, … |
|
|
|
Ethernet, Token ring, HDLC, X.25, Frame relay, ISDN, ATM, MPLS, |
|
2 |
Канальный |
||
|
|
… |
|
|
|
электрические провода, радиосвязь, волоконно-оптические |
|
1 |
Физический |
||
провода, Wi-Fi, … |
|||
|
|
||
|
|
|
Обычно в стеке TCP/IP верхние 3 уровня (прикладной, представительский и сеансовый) модели OSI объединяют в один — прикладной. Поскольку в таком стеке не предусматривается унифицированный протокол передачи данных, функции по определению типа данных передаются приложению. Упрощенно интерпретацию стека TCP/IP можно представить так:
Канальный уровень
Ethernet — пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей.
Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3.
Token ring — Технология локальной вычислительной сети (LAN) кольца с «маркерным доступом» — протокол локальной сети, который находится на канальном уровне (DLL) модели OSI. Он использует специальный трехбайтовый фрейм, названный маркером, который перемещается вокруг кольца. Владение маркером предоставляет право обладателю передавать информацию на носителе. Кадры кольцевой сети с маркерным доступом перемещаются в цикле.