\1. Модель межсетевого взаимодействия ISO OSI

Модель взаимодействия открытых систем OSI (Open Systems Interconnection) — базовая основопологащая модель, описывающая структуру передачи данных от одного приложения другому. Используется как абстрактная схема описания уровневого подхода описания работы Модель OSI состоит из семи концептуальных уровней. Каждый из этих уровней соответствует конкуретной задаче, соответствует выполнению определенной части некоего алгоритма. Благодаря модели OSI становится более понятна парадигма взаимодействия сетевого оборудования и программного обеспечения. Следует также отметить, что основопологающим сегодня считается семейство протоколов TCP/IP, концепция которого идет в разрез с OSI, однако никак нельзя отметать практическую и образовательную ценность эталонной схеме взаимодействия открытых систем. Модель OSI разработана международной организацией по стандартизации ISO. Положение, описывающее рассматриваемую структуру проходит под номером ISO 7498. Переносить OSI в качестве проекции на существующую сетевую систему не стоит в силу некоторой идеализированности модели.

• Уровень 0. Среда. Данный уровень представляет посредников, соединяющих конечные компоненты сетевой структуры: кабели, радиолинии и т.д. Поскольку этот уровень де-факто не является элементом схемы, он указывает только на среду.

• Уровень 1. Физический. Включает физические аспекты передачи двоичной информации по линии связи. Детально описывает, например, напряжения, частоты, природу передающей среды. Этому уровню вменяется в обязанность поддержание связи и приём-передача битового потока. Безошибочность желательна, но не требуется.

• Уровень 2. Канальный. Обеспечивает безошибочную передачу блоков данных первый через уровень, который при передаче может искажать данные. Этот уровень должен определять начало и конец кадра в битовом потоке, формировать из данных, передаваемых физическим уровнем, кадры или последовательности кадров, включать процедуру проверки наличия ошибок и их исправления. Этот уровень (и только он) оперирует такими элементами, как битовые последовательности, методы кодирования, маркеры. Он несёт ответственность за правильную передачу данных (пакетов) на участках между непосредственно связанными элементами сети. Обеспечивает управление доступом к среде передачи.

• Уровень 3. Сетевой. Этот уровень пользуется возможностями, предоставляемыми вторым уровнем, для обеспечения связи любых двух точек в сети. Этот уровень осуществляет проводку сообщений по сети, которая может иметь много линий связи, или по множеству совместно работающих сетей, что требует маршрутизации, т.е. определения пути, по которому следует пересылать данные. Маршрутизация производится на этом же уровне. Выполняет обработку адресов, а также мультиплексирование и демультиплексирование. Основной функцией программного обеспечения на этом уровне является выборка информации из источника, преобразование её в пакеты и правильная передача в точку назначения.

• Уровень 4. Транспортный. Регламентирует пересылку данных между процессами, выполняемыми на компьютерах сети. Завершает организацию передачи данных: контролирует на сквозной основе поток данных, проходящий по маршруту, определённому третьим уровнем: правильность передачи блоков данных, правильность доставки в нужный пункт назначения, их комплектность, сохранность, порядок следования. Собирает информацию из блоков в её прежний вид. Или же оперирует с дейтаграммами, то есть ожидает отклика-подтверждения приёма из пункта назначения, проверяет правильность доставки и адресации, повторяет посылку дейтаграммы, если не пришёл отклик.

• Уровень 5. Сеансовый. Координирует взаимодействие связывающихся процессов: устанавливает связь, взаимодействует, восстанавливает аварийно оконченные сеансы. Он координирует не компьютеры и устройства, а процессы в сети, поддерживает их взаимодействие. То есть управляет сеансами связи между процессами прикладного уровня. Этот же уровень ответственен за картографию сети. Фактически он преобразовывает адреса, удобные для людей, в реальные сетевые адреса, например, в Internet это соответствует преобразованию региональных (доменных) компьютерных имён в числовые адреса глобальной, и наоборот.

• Уровень 6. Представления данных. Этот уровень имеет дело с синтаксисом и семантикой передаваемой информации. Здесь устанавливается взаимопонимание двух сообщающихся компьютеров относительно того, как они представляют и понимают по получении передаваемую информацию. На данном этапе решаются такие задачи, как перекодировка текстовой информации и изображений, сжатие и распаковка, поддержка сетевых файловых систем (NFS), абстрактных структур данных.

• Уровень 7. Прикладной. Обеспечивает интерфейс между пользователем и сетью, делает доступными для человека всевозможные услуги. На этом уровне реализуется, по крайней мере, пять прикладных служб: передача файлов, удалённый терминальный доступ, электронная передача сообщений, справочная служба и управление сетью. В конкретной реализации определяется пользователем согласно его необходимости и требованиям.

Эталонная модель OSI:

• Уровень приложений:

▫ Протокол передачи гипертекста (HTTP): используется для доступа к различным страницам веб-серверов.

▫ Протокол передачи файлов (FTP): предоставляет способ передачи файлов. Он позволяет передавать данные от одного хоста к другому.

▫ Служба доменных имен (DNS): преобразует доменные имена хостов в IP-адреса.

• Транспортный уровень

▫ Протокол управления передачей (TCP): предоставляет приложениям надежные услуги связи, ориентированные на соединение. В настоящее время протокол TCP используется многими популярными приложениями.

▫ Протокол пользовательских датаграмм (UDP): обеспечивает связь без соединения и не гарантирует надежность передачи пакетов. Надежность может быть обеспечена уровнем приложений.

• Сетевой уровень

▫ Internetwork Protocol (IP): инкапсулирует данные транспортного уровня в пакеты данных и пересылает пакеты от источника к получателю. IP предоставляет услуги без установления соединения, и без обеспечения надежности.

▫ Internet Group Management Protocol (IGMP): протокол управления многоадресной рассылкой данных в сетях, основанных на протоколе IP. В частности, IGMP устанавливает и поддерживает членство между IP-хостами и их многоадресными маршрутизаторами, подключенными напрямую.

▫ Internet Control Message Protocol (ICMP): отправляет контрольные сообщения на основе IP-протокола и предоставляет информацию о различных проблемах, которые могут существовать в среде связи. Такая информация помогает администраторам диагностировать проблемы и принимать надлежащие меры для решения этих проблем

• Канальный уровень

▫ Point-to-Point Protocol (PPP): является протоколом уровня канала данных, который работает в режиме точка-точка. PPP используется в основном в сетях WAN.

▫ Ethernet: широковещательный протокол с множественным доступом на уровне передачи данных, который является наиболее широко используемой технологией локальной сети (LAN).

▫ Протокол PPPoE: подключает несколько хостов в сети к концентратору удаленного доступа через простое устройство связи (устройство доступа). Стандартные области применения включают домашний широкополосный доступ.

Физический уровень:

▫ Уровень приложений: HTTP, FTP, Telnet и т.д.

▫ Транспортный уровень: UDP и TCP

▫ Сетевой уровень: IP, ICMP и т.д.

▫ Канальный уровень: Ethernet, PPP, PPPoE и т.д

2. Технология Ethernet. Протокол arp.

Изернет это широковещательная сеть, основанная на множественном доступе с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий.

Для предотвращения коллизийв сетях Ethernetиспользуется технология CSMA/CD. Процесс CSMA/CDзаключаетсяв следующем:

▫ Оконечное устройство непрерывно проверяет, свободен ли общий канал передачи.

▪ Если канал свободен, оконечное устройство отправляет данные.

▪ Если канал используется, оконечное устройство ожидает, когда он освободится.

▫ Если два терминала отправляют данные одновременно, в канале возникает коллизия,и сигналы в канале становятся нестабильными.

▫ После обнаружения нестабильности терминал немедленно прекращает отправку данных.

▫ Терминал отправляет серию аварийных сигналов. Через некоторое время оконечное устройство возобновляет передачу данных. Устройствотправляет аварийные сигналы, чтобы информировать другие устройства, особенно устройство, которое одновременно с ним отправляет данные, о произошедшей коллизии на линии.

• Принципработы CSMA/CDможно кратко описать следующим образом: прослушивание перед отправкой, прослушивание во время отправки, прекращение отправки из-заколлизии и повторная отправка после случайной задержки

Кадр – это единица данных, передаваемая между сетевыми узлами в сети Ethernet. Кадры Ethernetпредставлены в двух форматах, а именно Ethernet_IIи IEEE802.3, как показано на этом слайде.

• Кадр EthernetII:

▫ DMAC: 6 байт, MAC-адрес назначения. Это поле определяет, какой MAC-адрес должен получить кадр.

▫ SMAC: 6 байт, MAC-адрес источника. Это поле определяет, какой MAC-адрес должен отправить кадр.

▫ Type: 2 байта, тип протокола. Типовые значения являются следующими: ▪ 0x0800:IP версии 4 (IPv4)

▪ 0x0806:протокол определения адреса (ARP) • Кадр EthernetIEEE 802.3LLC:

▫ Управление логическим каналом (LLC) состоит из точки доступа к сервису назначения (DSAP),точки доступа к сервису источника(SSAP)и поля Control.

▪ DSAP:1 байт, точка доступа к сервису назначения. Если последующий

тип– IP, значение устанавливается на 0x06. Функция точки доступа к сервису аналогична полю Type в кадре EthernetII или номеру порта в TCP/UDP.

▪ SSAP:1 байт, точка доступа к сервису источника.Если последующий тип

– IP, значение устанавливается на 0x06.

▪ Ctrl: 1 байт. Это поле обычно имеет значение 0x03,указывающее

ненумерованную информацию IEEE 802.2сервиса без соединения

IP-адрес идентифицирует сетевой узел. Обмен данными между различными сегментами сети происходит по IP-адресам.

▫ MAC-адрес идентифицирует сетевую карту. Обмен данными в пределах одного сегмента сети осуществляется с помощью MAC-адресов

Существуют следующие типы MAC-адресов

▫Одноадресный MAC-адрес, также называется физическим MAC-адресом. Одноадресный MAC-адрес идентифицирует терминал в сети Ethernet и является глобально уникальным аппаратным адресом.

▪ Одноадресный MAC-адрес идентифицирует один узел на канале.

▪ Кадр с одноадресным MAC-адресом назначения отправляется на один узел.

▪ Одноадресный MAC-адрес может использоваться как источник, так и как адрес назначения.

▪ Обратите внимание, что одноадресные MAC-адреса являются уникальными в глобальном масштабе. При подключении двух терминалов с одинаковым MAC-адресом к сети 2 уровня (например, из-за неправильных операций), возникает сбой связи (например, два терминала не могут взаимодействовать друг с другом). В соединении между двумя терминалами и другими устройствами также может возникнуть сбой.

▫ Широковещательный МАС-адрес: MAC-адрес со всеми единицами (FF-FF-FF-FF-FF-FF), который обозначает все терминалы в LAN.

▪ Широковещательный МАС-адрес может рассматриваться как специальный многоадресный MAC-адрес.

▪ Формат широковещательного MAC-адреса: FFFF-FFFF-FFFF.

▪ Кадр с широковещательным MAC-адресом отправляется на все узлы канала.

▫ Многоадресный MAC-адрес указывает на группу терминаловв LAN.За исключением широковещательных MAC-адресов, все MAC-адреса со значением 1 в восьмом бите являются многоадресными MAC-адресами (например, 01-00-00-00-00-00).

▪ Многоадресный MAC-адрес идентифицирует группу узлов на канале.

▪ Кадр с многоадресным MAC-адресом отправляется группе узлов.

▪ Многоадресный MAC-адрес может использоваться только в качестве адреса назначения, но не адреса источник