Многоуровневая модель сети: эталонная модель osi

Для упрощения описания сетевых операций модели сетей используют несколь­ко уровней. Разделение операций на различные уровни называется “расслоением” (layering). Для того чтобы понять важность такого расслоения, рассмотрим эта­лонную модель OSI, уровни которой используются для описания обмена данными между компьютерами и которая помогает понять процесс расслоения. Использо­вание уровней упрощает решение задач, возникающих при обмене данными меж­ду двумя компьютерами. При этом каждый уровень сосредоточен на выполнении своих специфических функций, что позволяет разработчику сети выбрать для ка­ждого уровня оптимальный тип устройств и выполняемых функций. В эталонной модели OSI имеется семь уровней, имеющих фиксированные номера и выпол­няющих присущие именно им функции.

Среди причин подразделения различных сетевых функций на уровни отметим следующие.

• Использование уровней позволяет подразделить сетевые операции на блоки, имеющие более простую структуру.

• Использование уровней позволяет использовать стандартный интерфейс для обеспечения совместимости в рамках концепции “plug and play”.

• Использование уровней позволяет проектировщику сосредоточить свое вни­мание на создании отдельных модулей, каждый из которых исполняет некото­рый комплекс операций.

• Использование различных уровней позволяет обеспечить структурную сим­метрию функций, выполняемых отдельными модулями, в результате чего эти модули могут работать совместно.

• Использование уровней позволяет вносить изменения в отдельные моду­ли, не затрагивая при этом другие модули, что ускоряет модернизацию от­дельных частей сети.

• Использование уровней позволяет подразделить задачи проектирования сети на отдельные, более простые операции.

Как показано на рис. 1.1, каждый уровень эталонной модели OSI выполняет осо­бые, присущие именно ему функции, которые перечислены ниже.

• Уровень приложений (7-й уровень). Этот уровень используется для обеспечения работы приложений пользователя. Например, для текстового редактора на этом уровне осуществляется передача файлов.

• Уровень представления данных (6-й уровень). Этот уровень обеспечивает пред­ставление данных и их форматирование, а также определяет синтаксис передачи данных. В случае, когда этот синтаксис соответствует требованиям сети, данные, используемые приложением могут быть получены из сети и переданы в нее.

• Сеансовый уровень (5-й уровень). Этот уровень обеспечивает сеанс обмена дан­ными между приложениями, а также управляет этим процессом.

• Транспортный уровень (4-й уровень). На этом уровне происходит формирование сегментов данных и преобразование их в поток данных. Этот уровень спосо­бен гарантировать установление связи и надежную передачу данных.

• Сетевой уровень (3-й уровень). На этом уровне выбирается оптимальный способ передачи данных из одной точки сети в другую. На этом уровне работают мар­шрутизаторы. При этом используются схемы логической адресации, которыми может управлять сетевой администратор. Этот уровень использует схему адреса­ции протокола IP, а также схемы адресации AppleTalk, DECNet, Vines и IPX.

• Уровень канала связи или канальный уровень (2-й уровень). На этом уровне происхо­дит физическая передача данных. При этом посылаются уведомления об ошибках, анализируется топология сети и осуществляется управление потоком данных. На этом уровне используются МАС-адреса, которые также называются адресами управления доступом к среде (Media Access Control) или аппаратными адресами.

• Физический уровень (1-й уровень). На этом уровне используются электрические, механические, процедурные и функциональные средства для установки и поддержки физической связи между различными устройствами сети. При этом используются такие физические передающие среды, как витые пары, ко­аксиальные и оптоволоконные кабели.

Лабораторная работа: эталонная модель OSI и протокол TCP/IP

В этой лабораторной работе требуется описать и сравнить уровни эталонной модели OSI и протокола TCP/IP. Требуется также назвать протоколы стека TCP/IP и утилиты, функционирующие на каждом уровне.

Лабораторная работа: инкапсуляция и устройства эталонной модели OSI и протокола TCP/IP

В этой лабораторной работе требуется описать и дать характеристику уровней эталонной модели OSI

7	Уровень приложений	►	Связь процессов приложений с сетевыми процессами
6	Уровень представления данных	►	Представление данных
5	Сеансовый уровень	►	Связь между узлами
4	Транспортный уровень	►	Сквозные соединения
3	Сетевой уровень	►	Адреса и выбор оптимального пути
2	Канальный уровень	►	Доступ к среде
1	Физический уровень	►	Передача битов

Рис. 1.1. Семь уровней Эталонной модели OSI

Обмен информацией между устройствами одного ранга

Эталонная модель OSI описывает процесс прохождения информации от при­кладной программы (такой, например, как электронные таблицы) через передаю­щую среду к другой прикладной программе, работающей на другом компьютере. По мере того как информация проходит через различные уровни сети, ее вид все менее напоминает привычный для пользователя и все более превращается в последова­тельность нулей и единиц, которая является первичным языком компьютера.

Каждый уровень для осуществления обмена данными с соответствующим уров­нем другой системы использует собственный протокол. При этом информация пе­редается в виде модулей данных протокола (protocol data units — PDU).

На рис. 1.2 приведен пример связи OSI-типа. На узле (host) А находится ин­формация, которую нужно передать на узел В. Приложение на узле А выполняет обмен информацией с уровнем приложения узла В, который, в свою очередь, обменивается информацией с уровнем представления данных того же узла и так далее, вплоть до достижения физического уровня узла А. Этот физический уро­вень отправляет и получает информацию через физическую передающую среду. После того как данные прошли по физическим устройствам и получены узлом В, они проходят по уровням узла В в обратном порядке (сначала физический уро­вень, затем уровень канала связи и т.д.), пока, в конечном итоге, не поступят на уровень приложения узла В.

Рис. 1.2. Обмен информацией между уровнями

Хотя каждый уровень узла А обменивается данными с прилегающими уровнями, он также выполняет некоторые первичные, присущие именно ему функции. Они со­стоят в обмене данными с соответствующим уровнем узла В, т.е. 1-й уровень узла В выполняет обмен данными с 1-м уровнем узла А, 2-й уровень узла В выполняет об­мен данными со 2-м уровнем узла А и т.д.

Расслоение в эталонной модели OSI не допускает непосредственной коммуникации между соответствующими уровнями разных узлов. Поэтому для обмена данными с соот­ветствующим уровнем узла В каждый уровень узла А должен пользоваться услугами при­легающих к нему уровней своего узла. Предположим, что 4-й уровень узла А должен осуществить обмен данными с 4-м уровнем узла В. Для этого 4-й уровень узла А должен воспользоваться услугами 3-го уровня своего узла. При таком взаимодействии 4-й уро­вень называют пользователем службы (service user), а 3-й уровень — провайдером этой службы (service provider). Службы 3-го уровня предоставляются 4-му уровню в точке дос­тупа к службе (service access point, SAP), которая является тем местом, в котором 4-й уро­вень может запросить службы 3-го уровня. Таким образом, как показано на рис. 1.2, TCP-сегменты становятся частью пакетов (packet) сетевого уровня (называемых также дейтаграммами (datagram), которыми обмениваются между собой соответствующие уровни сети. В свою очередь IP-пакеты становятся частью фреймов канала связи, кото­рыми обмениваются непосредственно соединенные между собой устройства. В конеч­ном итоге эти фреймы преобразуются в последовательности битов при окончательной передаче данных между устройствами по протоколу физического уровня.