Модель взаимосвязи открытых систем
Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам и обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных. Решение этой задачи относится к области стандартизации и основано на так называемой модели OSI(модель взаимодействия открытых систем– Model of Open System Interconnections). Модель OSI была создана на основе технических предложений Международного института стандартов ISO (International Standards Organization) и Национального института стандартизации США ANSI (American National Standards Institute).
Модель OSI, разработанная в 1974 году, регламентирует взаимодействие локальных и глобальных сетей и представляет собой попытку стандартизации сетевых программных и аппаратных средств.
OSI является теоретической моделью, а не описанием конкретных аппаратных и программных решений. Скорее это набор руководящих документов для изготовителей оборудования, который они должны использовать при проектировании аппаратных и программных средств. Нормативы OSI описывают следующие моменты:
как сетевые устройства общаются друг с другом и как взаимодействуют устройства, использующие разные протоколы;
каким образом сетевое устройство узнает, когда можно и когда нельзя передавать данные;
способы организации и физического соединения сетевых устройств;
методы обеспечения правильности передачи данных по сети;
способы поддержания непрерывного потока данных в сетевых устройствах;
способы представления данных в виде электрических сигналов при передаче по сетевой среде.
Согласно модели OSI (Таблица 1.3) архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях (общее число уровней – до семи). Самый верхний уровень – прикладной, на этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Самый нижний уровень –физический, он обеспечивает обмен сигналами между устройствами.
Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний. Каждый уровень выполняет определенные коммуникационные задачи и с помощью соответствующих протоколов взаимодействует с соседними уровнями иерархии.
Таблица 1.3. Уровни модели OSI
|
№ |
Уровень |
Функции, выполняемые уровнем |
|
7 |
Прикладной |
С помощью специальных приложений пользователь создает документ (сообщение, рисунок и т. п.). |
|
6 |
Представительский |
ОС компьютера фиксирует, где находятся созданные данные (в оперативной памяти, в файле на жестком диске и т. п.) и преобразует их из внутреннего формата компьютера в формат передачи |
|
5 |
Сеансовый |
Взаимодействует с локальной или глобальной сетью. Протоколы этого уровня проверяют права пользователя. |
|
4 |
Транспортный |
Документ преобразуется в ту форму, в которой положено передавать данные в используемой сети. Например, он может нарезаться на небольшие пакеты стандартного размера. |
|
3 |
Сетевой |
Определяет маршрут движения данных в сети. Так, например, если на транспортном уровне данные были «нарезаны» на пакеты, то на сетевом уровне каждый пакет должен получить адрес, по которому он должен быть доставлен независимо от прочих пакетов. |
|
2 |
Канальный(соединения) |
Модулирует сигналы, циркулирующие на физическом уровне, в соответствии с данными, полученными с сетевого уровня, обеспечивает управление потоком данных в виде кадров, обнаруживает ошибки передачи и реализует алгоритм восстановления информации. |
|
1 |
Физический |
Реальная передача данных. Здесь нет ни документов, ни пакетов, ни даже байтов – только биты, то есть, элементарные единицы представления данных. Средства физического уровня лежат за пределами компьютера. В локальных сетях это оборудование самой сети. При удаленной связи с использованием телефонных модемов – это линии телефонной связи, коммутационное оборудование телефонных станций и т. п. |
Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты (правила), называемые протоколами. Они определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы).
Физически функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства (интерфейсы) и программные средства (программы поддержки протоколов). Программы, выполняющие поддержку протоколов, также называют протоколами.
Для связи узлов в сети каждому узлу присваивается физический и логический адрес.
Физический адрес– это уникальный шестнадцатеричный серийный номер (MAC-адрес – Media Access Control), присваиваемый каждой единице оборудования компьютерных сетей во время изготовления. MAC-адреса формируют основу сетей на канальном уровне, которую используют протоколы более высокого (сетевого) уровня.MAC-адрес имеет длину 6 байт и записывается в шестнадцатеричном виде, например, 00-0D-61-00-76-E3. Старшие три байта – это идентификатор фирмы производителя, младшие три байта назначаются уникальным образом самим производителем. MAC-адрес сетевой платы можно узнать с помощью командыGetmac, которая находится в папкеWindows\System32.
Рис. 1.28. Использование командыGetmac
Логический адрес– это уникальный идентификатор (IP-адрес) устройства (обычно компьютера), подключённого к локальной сети или Интернету. IP-адрес представляет собой 32-битовое (по протоколу версии IPv4) или 128-битовое (по проколу версии IPv6) двоичное число. Удобной формой записи IP-адреса для протокола IPv4 является запись в виде четырёх десятичных чисел (от 0 до 255), разделённых точками, например, 192.168.0.1.
Связь между физическим адресом (MAC) и логическим адресом (IP) осуществляется с помощью протокола ARP (Address Resolution Protocol), который заполняет ARP-таблицу, в ней прописывается соответствие MAC-адресов и IP-адресов.