Вычислительные сети. Многоуровневая модель OSI

Работа сети заключается в передаче данных между несколькими компьютерами. Процесс передачи данных состоит из нескольких отдельных задач:

• Распознать данные.

• Разбить данные на блоки.

• Добавить инф. к каждому блоку, чтобы указать местоположение данных, и указать получателя.

• Добавить инф. синхронизации и инф. для проверки ошибок.

• Поместить данные в сеть и отправить их по заданному адресу.

Модель OSI – это модель взаимодействия открытых систем, которая определяет различные уровни взаимодействия этих систем в сетях с коммутацией пакетов, дает им стандартные имена и указывает какие функции должен выполнять каждый уровень.

Уровни модели OSI:

7. Прикладной уровень

6. Представительский уровень (уровень представления)

5. Сеансовый уровень

4. Транспортный уровень

3. Сетевой уровень

2. Канальный уровень

1. Физический уровень

Нижние уровни – физический и канальный – определяют физическую среду передачи данных.

Высокие уровни – все остальные – определяют, какими способами осуществляется доступ к услугам связи, чем выше уровень, тем более сложную задачу он решает.

Уровни отделяются друг от друга границами (интерфейсами). Все запросы от одного уровня к другому передаются через интерфейс. Каждый уровень использует услуги нижележащего уровня. Задача каждого уровня предоставления услуг вышележащим уровням.

Перед передачей по сети данные разбиваются на управляемые блоки – пакеты.

Пакет – это единица информации, передаваемая между устройствами сети, как единое целое.

Уровни модели osi

Прикладной уровень – это окно для доступа прикладных процессов к сетевым устройствам.

Функции прикладного уровня:

1. Обеспечивает услуги прикладным программам такие, как передача файлов по сети, доступ к БД, e-mail и др.

2. Управляет общим доступом к сети, небольшими данными и обработкой ошибок.

3. Единица инф. – сообщение.

Представительский уровень – определяет форматы, используемые для обмена данными между компьютерами.

Функции представительского уровня:

1. Отвечает за преобразование протоколов.

2. Трансляция данных и их шифрование.

3. Расширение графических команд.

4. Управляет сжатыми данными для уменьшения управляемых блоков.

Сеансовый уровень – позволяет приложениям на разных комп. установить, использовать и завершать соединение (сеанс).

Функции сеансового уровня:

1. Происходит распознавание имен и запрета, необходимое для связи приложений в сети.

2. Обеспечивает синхронизацию между пользовательскими заданиями с помощью расстановки в потоке данных контрольных точек.

Транспортный уровень – обеспечивает доп. уровне соединения сеансового уровня.

Функции транспортного уровня:

1. Гарантирует доставку пакетов без ошибок.

2. Переупаковывает сообщение: некоторые данные разбиваются на пакеты, а некоторые объединяются в один.

3. Управляет потоками, проверяет ошибки и участвует в решении проблем, связанных с отправкой к получателю пакетов.

Сетевой уровень – отвечает за адресацию сообщений и переводит логические адреса и имена в физические адреса.

Функции сетевой уровень:

1. Решает задачи и проблемы сетевого трафика, коммутации пакетов, маршрутизации и перегрузки.

Канальный уровень – осуществляет передачу кадров данных от сетевого уровня к физическому. Упаковывает биты, поступающие от физ. уровня в кадры.

Кадр – это логическая организационная структура, в которой можно помещать данные.

Физический уровень – осуществляет передачу неструктурированного потока битов о физической среде.

Функции физического уровня:

1. Генерирует электронные, оптические, механические и функциональные интерфейсы.

2. Формирует символы, которые принимают данные, поступившие от всех вышележащих уровней.

3. Определяет способ соединения сетевого кабеля с платой сетевого адаптера.

Стек протоколов TCP/IP

Стек TCP/IP – это набор иерархических упорядоченных сетевых протоколов.

Состав стека протоколов TCP/IP:

Протокол TCP

Протокол TCP – это протокол транспортного уровня, обеспечивающий надежную транспортировку данных между прикладными процессами путем установления логического соединения.

Функции протокола TCP:

• Получение и передача потока данных от IP-уровня.

• Обеспечение полнодуплексной передачи данных.

• Обеспечение защиты от повреждения, потери, дублирования.

• Обеспечение работы нескольких соединений.

• Управление потоками данных.

Формат сообщений tcp

Единица данных протокола TCP – сегмент. Сегмент состоит из заголовка и блока данных.

Заголовок сегмента:

Порт источника (Source Port) – 16 бит – процесс-отправитель (порт-отправитель).

Порт назначения (Destination Port) – 16 бит – процесс-получатель (порт-получатель).

Порядковый номер (Sequence number) – 32 бит – указывает номер байта, который определяет смещение сегмента относительно потока отправляемых данных.

Подтвержденный номер (Acknowledgment number) – 32 бит - содержит максимальный номер байта в полученном сегменте, увеличенный на единицу; т.е все предыдущие байты были получены именно это значение используется в качестве квитанции.

Длина заголовка (Data Offset) – 4 бита – указывает длину заголовка сегмента TCP, измеренную в 32-битовых словах. Длина заголовка не фиксирована и может изменяться в зависимости от значений, устанавливаемых в поле Опции. Служит указателем на начало поле данных.

Резерв (Reserved) – 6 бит – поле зарезервировано для последующего использования. Заполняется нулями.

Кодовые биты (Control bits) – 6 бит – содержат служебную информацию о типе данного сегмента, задаваемую установкой в единицу соответствующих бит этого поля:

• URG – срочное сообщение, используется если приложение обращается с запросом о срочной передаче данных.

• ACK – квитанция на принятый сегмент.

• PSH – запрос на отправку сообщения без ожидания заполнения буфера.

• RST – сброс текущего соединения (при получении соединение ликвидируется, недопоставленные данные уничтожаются).

• SYN – запрос на установление соединения.

• FIN – признак достижения передающей стороной последнего байта в потоке передаваемых данных.

Окно (Windows) – 16 бит – содержит объявляемое значение размера окна в байтах;

Контрольная сумма (Checksum) – 16 бит – определяется для блока данных, состоящего из псевдозаголовка и самого сегмента данных. 96 –битный псевдозаголовок предшествует заголовку TCP и содержит IP-адрес отправителя, получателя, идентификатор протокола и сегмента.

Указатель срочности (Urgent Pointer) – 16 бит – используется совместно с кодовым битом URG и указывает на конец данных, которые необходимо срочно принять, несмотря на переполнение буфера.

Опции (Options) – это поле имеет переменную длину и может вообще отсутствовать, используется для решения вспомогательных задач.

Заполнитель (Padding) может иметь переменную длину, представляет собой фиктивное поле, используемое для доведения размера заголовка до целого числа 32-битовых слов.

Протокол IP

Протокол IP – это протокол межсетевого взаимодействия, который обеспечивает передачу дейтаграмм по сети.

Дейтаграмма – это самостоятельный пакет данных (сообщение), предназначенные для передачи по сети.

Функции протокола IP:

• передачу пакетов по сети;

• динамическую фрагментацию пакетов при передаче между сетями с различными значениями поля данных кадров;

• перенос между сетями различных типов адресной информации в унифицированной форме.

Назначение IP-адреса – передача пакетов данных между сетями.