Еталона модель ISO OSI

Модель OSI (Open System Inerconection) заснована на розробці Міжнародної організації з стандартизації у 1983 р (стандарт 7498 ISO). Дана модель складається з 7 рівнів, для створення якої використовується ієрархічний підхід. Створення такої моделі було обумовлено наступними міркуваннями:

- рівень повинен створюватись в залежності від необхідності окремого рівня абстракцій;

- кожен рівень повинен виконувати суворо визначену функцію;

- вибір функцій для кожного рівня повинен здійснюватись з врахуванням створення стандартизованих міжнародних протоколів;

- межі між рівнями повинні вибиратись таким чином, щоб потік данних між інтерфейсами був мінімальним;

- рівні повинні описуватись так, щоб зміни на одному з них не викликали необхідності внесення змін на інших рівнях;

- кількість рівнів повинна бути достатньо великою, щоб різні функцій не об‘єднувались в одному рівні без необхідності, але не надто великим, щоб архітектура не ставала громіздкою.

Потрібно мати на увазі, що модель OSI не є мережевою архітектурою, оскільки не описує служби та протоколи, які використовуються на кожному рівні.

У відповідності до стандарту 7498 ISO процес обробки даних під час передавання їх у сеансі зв’язку відкритих систем поділений на сім рівнів:

- рівень 7 - прикладний;

- рівень 6 - відображення;

- рівень 5 - сеансовий;

- рівень 4 - транспортний;

- рівень 3 - мережевий;

- рівень 2 - канальний;

- рівень 1 - фізичний.

Передавання даних з використанням семирівневої моделі взаємодії відкритих систем (OSI - Open System Interconnection) відбувається так, як це наведено на рис.2.1.

Рис.2.1. Передавання даних з використанням семирівневої моделі OSI

Розглянемо кожен з рівнів моделі OSI та визначимо їх призначення та функції.

1. Фізичний рівень (Physical Layer). Він забезпечує передачу бітів даних в мережі. На даному рівні визначаються:

- характеристики сигналів;

- середовище, яким передаються дані;

- фізична топологія середовища, яким передаються дані;

- властивості середовища, яким передаються дані;

- інтерфейси (гніздо (разъем)) обладнання.

Фізичний рівень виконує передачу необроблених бітів даних за каналом зв’язку. Під час проектування мережі необхідно переконатись, що коли один передавач передає одиницю, то приймач також одержує одиницю. Принциповими питаннями при проектуванні мережі є наступні:

- яка напруга повинна використовуватись для відображення одиниці, а яке – для нуля;

- якої тривалості повинен бути біт;

- чи можливо одночасно передавати дані у двох напрямках;

- як встановлюється та закінчується зв‘язок;

- з якої кількості дротів повинен складатись і які функції виконує кожен з дротів.

Усі питання розробки пов‘язані з механічними, електричними та процедурними інтерфейсами та з фізичним носієм даних, який розташовано нижче фізичного рівня.

2. Канальний рівень (рівень передачі даних) (Data Link Layer). Він забезпечує передачу кадрів (frame) між двома вузлами мережі, безпосередньо пов‘язаними між собою.

Ф-цій канального рівня:

- взаємодія із середовищем, в якому передаються дані, за допомогою протоколу MAC;

- забезпечення надійної доставки даних;

- забезпечення управління потоком.

У протоколах канального рівня закладено певну структуру зв’язку між комп’ютерами та способи їх адресування. Для ідентифікації комп’ютерів на канальном рівні апаратні адреси (MAC-адреси) в Ethernet.

У програмуванні цей рівень становить драйвер мережевої плати, у операційних системах це реалізовано за допомогою програмного інтерфейсу взаємодії канального та мережевого рівнів.

Протокол MAC (Media Access Control —управління доступом до носія) визначає правила передачі кадру до лінії. Для лінії, за якою з’єднано одного відправника та одного одержувача, протокол MAC дуже простий (або відсутній) – відправник може передати кадр у будь-яку мить, коли лінія вільна. Але коли один широкомовний канал одночасно використовують декілька вузлів, то виникає так звана проблема колективного доступу. У цьому випадку протокол МАС повинен координувати передачу кадрів багатьох вузлів.

Надійна доставка. Коли протокол канального рівня надає послугу з надійної доставки, він гарантує переміщення кожної дейтаграмимережевого рівня лінією зв’язку без помилок. Деякі протоколи транспортного рівня (наприклад, ТСР) також забезпечують надійну доставку. Так само, як і служба надійної доставки транспортного рівня, служба надійної доставки канального рівня підтримується за допомогою механізмів підтвердження та повторних передач. Служба надійної доставки транспортного рівня часто обслуговує лінії зв’язку з високою імовірністю помилок, які характерні, наприклад, для бездротових ліній зв’язку. Таким чином, на канальному рівні помилки виправляються локально – на тії лінії зв’язку, де вони виникають, що дозволяє відмовитись від повторної передачі даних протоколами транспортного чи прикладного рівнів. Але в лініях з низькою імовірністю помилок надійна доставка на канальному рівні може бути зайвою. До таких ліній відносяться волоконо-оптичні та екрановані кабелі, а також різні категорії лінії типу «кручена пара». Тому багато протоколів для кабельних ліній не надають послуг з надійної доставки.

Управління потоком. Вузли на кожному боці лінії зв’язку мають буферами для зберігання кадрів обмеженого розміру. Це спричиняє потенційну проблему, оскільки кадри можуть надходити до вузла, що одержує дані, швидше, ніж цей вузел здатен їх обробляти. Без управління потоком буфер одержувача може переповнитись, а кадри буде втрачено. Аналогічно транспортному рівню протокол канального рівня може забезпечити управління потоком з метою запобігання ситуації, в якій вузел, що передає кадри, перевантажує пакетами буфер вузла, що приймає кадри.

Виявлення помилок. Приймаючий вузел може неправильно визначити, що значення біту у кадрі дорівнює «0», хоча передавалась «1», та навпаки. Такі бітові помилки викликані послабленням сигналу та електромагнітними перешкодами. Оскільки недоцільно передавати далі дейтаграму, що містить помилки, багато з протоколів канального рівня надають послугу визначення помилок у кадрі. Для цього вузел, що передає, додає до кадру біти визначення помилок (контрольна сума), а вузел, що одержує дані, виконує перевірку контрольної суми. Служба виявлення помилок широко використовується серед протоколів канального рівня. Транспортний та мережевий рівні в Інтернеті також надають обмежену послугу виявлення помилок. На канальному рівні виявленя помилок є складнішим, та частіше реалізується апаратно.

Виправлення помилок виконує розширена служба виявлення помилок. Така служба здатна не тільки виявити помилку в кадрі, але також визначити в якому розряді вона виникла, та виправити деякі помилки. Послуга виправлення помилок надається деякими протоколами канального рівня (наприклад, АТМ), але, найчастіше, не для пакета в цілому, а тільки для його заголовка.

Дуплексна та напівдуплексна передача. При дуплексній передачі обидва вузли можуть передавати один одному пакети даних одночасно. Під час напівдуплексної передачі обидва візли також можуть передавати один одному пакети, але тільки почерзі.

Технології: Ethernet (802.3), WiFi (802.11), Token Ring (802.5) и РРР.

3. Мережевий рівень (Network Layer). Він здійснює управління підмережею, тобто сукупністю комунікаційного обладнання, а також визначає маршрути прямування даних та з‘єднує різнорідні мережі.

Ф-цій мережевого рівня:

- забезпечує адресацію комп‘ютерів у глобальній мережі (ІР-адреси);

- забезпечує вибір маршруту передачі даних, але при цьому не забезпечує надійність доставки даних (спотворення, втрати, зміна порядку слідування).

best-effort delivery – доставка пакетів з максимально можливою швидкістю без гарантії відсутності затримки, втрати пакетів (при переповненні буферів маршрутезатерів).

Мереживий рівень відповідає за передачу датаграм між віддаленими комп‘ютерами. Найважливішим тут є визначення маршруту пересилання пакетів від джерела до пункту призначення. Маршрути можуть бути жорстко задани у вигляді таблиць та рідко змінюються. Окрім того, вони можуть задаватись на початку кожного з‘єднання. Також вони можуть бути динамічними, тобто можуть розраховуватись для кожного пакету з врахуванням поточної завантаженності мережі.

Якщо у підмережі одночасно присутньо завелика кількість пакетів, то вони можуть закрити дорогу один одному, утворюючи затори в вузьких місцях. Недопущення подібної закупорки також є задачею мережевого рівня. У загальному розумінні мережевий рівень займається наданням визначенного рівня сервісу (це стосується затримок, часу передавання, питань синхронізації)

Під час переміщення пакета з одніє мережі в іншу також може виникнути декілька проблем. По-перше, спосібадресації, що використовується в одній мережі, може відрізнятись від прийнятого в іншій. По-друге, мережа може відмовитись приймати пакети з-за того, що вони завеликі. Також можуть відрізнятись протоколи тощо. Саме мережевий рівень повинен розв’язати усі ці проблеми, дозволяя об‘єднувати різні мережі. Для перетворення IP-адрес (адрес мережевого рівня) в MAC-адреси (адреси канального рівня) у мережах TCP/IP використовуються протоколы ARP (англ. Address Resolution Protocol — протокол перетворення адрес) и RARP (англ. Reverse Address Resolution Protocol — зворотній протокол перетворення адрес).

Протоколи маршрутизації RIP (у локальних мережах) и BGP (у магістральних мережах) працюють на прикладному рівні.

Протоколи: IP (Internet Protocol), ARP, RARP, ICMP, DHCP.

4. Транспортний рівень (Transport Layer). Він забезпечує гарантовану доставку даних безпосередньо від програми-відправника до програми-одержувача.

Ф-цій транспортного рівня:

- забезпечує контроль помилок (спотворення пакетів, втрати тощо);

- забезпечує контроль потоку данних;

- забезпечує сегментування та повторне складання даних в один потік;

- забезпечує сумісне використання каналу різними програмами (використовується «номер порту»)

Забеспечує передачу даних між будь-якими вузлами мережи з необхідним рівнем надійності. Для цього на транспортному рівні є засоби для встановлення з‘єднання, нумерації, буферизації та упорядкування пакетів. Він ізолює більш високі рівні від будь-яких змін у апаратній технології

Транспортний рівень також визначає тип сервісу, яки надається сеансовому рівню. Найбільш поширеним різновидом транспортного з‘їднання є захищений від помилок канал між двома вузлами, що передають повідомлення або байти у тому порядку, у якому вони були відправленні. Але транспортний рівень може надавати інші типи сервісів, наприклад пересилання окремих повідомлень без гарантії дотримання порядку їх доставки. Тип сервісу визначається при втановленні з‘єднання.

Транспортний рівень є справжнім наскрізним рівнем, тобто рівнем, що доставляє повідомлення від відправника одержувачу. Іншими словами, програма комп‘ютера, з якого відправлено повідомлення, підтримує зв'язок з подібною програмою на іншому комп’ютері за допомогою заголовків повідомлень та керуючих повідомлень. На більш низьких рівнях для підтримання з‘єднання встановлюються з‘єднання між всіма сусідніми комп’ютерами, через які прходить маршрут повідомлення.

Основна функція транспортного рівня – прийняти дані від сеансового рівня, розбити їх за необхідністю на невеликі частини (сегменти), передати їх мережевому рівню та гарантувати, що ці частини у правильному вигляді прийдуть до місця призначення.

Протоколи: TCP, UDP.

5. Сеансовий рівень (Session layer). Він організує сеанси зв‘язку (довгострокову взаємодію між абонентами), а також визначає порядок передачі повідомлень та забезпечує синхронізацію між абонентами.

Ф-цій сеансового рівня:

- забезпечує встановлення сеансу;

- забезпечує підтримку та керування сеансом;

- забезпечує розрив сеансу;

- організовує синхронізацію передачі даних.

Сеансовий рівень відповідає за підтримку сеансу зв’язку, дозволяя прикладним програмам взаємодіяти між собою тривалий час. Рівень управляє створенням та завершенням сеансу, обміном інформацією, синхронізацією задач, визначенням прав на передачу даних та підтриманням сеансу у періоди неактності прикладних програм. Синхронізація передачі забезпечується розміщенням у потоці даних контрольних точок, починаючи з яких відновлюється процес, якщо взаємодія порушена.

6. Рівень відображення даних (Presentation layer). Він забезпечує узгодження синтаксису та семантики даних, що передаються мережею.

Ф-цій рівня відображення даних:

- перетворення форматів даних (форматирование, сжатие, перевод, кодирование, шифрование);

- забезпечує кодування/декодування даних.

Цей рівень відповідає за перетворення протоколів та кодування/декодування даних. Запити прикладних програм, одержані з прикладного рівня, перетворюються у формат для передачі у мережі, а одержані з мережі дані перетворюються у формат, необхідний для прикладних програм. На цьому рівні може виконуватись стискання/розпакування або кодування/декодування даних, а також перенаправлення запитів іншому мережевому ресурсу, якщо вони не можуть бути оброблені локально. На відміну від більш низьких рівней рівень відображення даних займається синтаксисом та семантикою предаваємої інформації.

Для того, щоб була можливість «спілкування» комп’ютерів з різними представленнями даних, необхідно перетворювати формати даних один в одний, передавая їх мережею у стандартизованому вигляді. Рівень відображення даних займається цими перетвореннями, надаючи можливість визначення та зміни структур даних більш високого рівня.

Протоколи: Secure Socket Layer (SSL)

7. Прикладний рівень (Application layer). Він надає служби для потреб користувачей (ел.пошта, передача файлів тощо.)

Прикладний рівень забезпечує взаємодію мережі та користувача. Він дозволяє прикладним програмам користувача мати доступ до мереживих служб, таких як оброблювач запитів до баз даних, доступ до файлів. Цей рівень відповідає за передачу службовой інформації, надає прикладним програмам інформацію о помилках та формує запити до рівня відображення даних.

Протоколи: HTTP, POP3, SMTP, IMAP, FTP.

Дата добавления: 2014-01-04