Семь уровней модели OSI

Многоуровневая архитектура

Эталонная модель взаимодействия открытых систем

Работа сети

ЛЕКЦИЯ 4

Работа сети заключается в передаче данных от одного ПК к другому. В этом процессе можно выделить несколько отдельных задач:

· распознать данные;

· разбить данные на управляемые блоки;

· добавить информацию к каждому блоку, чтобы:

- указать местонахождение данных;

- указать получателя;

· добавить информацию для проверки ошибок;

· поместить данные в сеть и отправить по заданному адресу.

Сетевая операционная система при выполнении всех задач следует строгому набору процедур. Эти процедуры называются протоколами или правилами поведения. Протоколы регламентируют каж­дую операцию. Протокол – это система правил, которые позволяют всем компьютерам, знающим эти правила, общаться друг с другом.

Стандартные протоколы позволяют программному и аппаратному обеспечению различных производителей нормально взаимодействовать. Существуют два главных набора стандартов: модель OSI и ее модификация, называемая Project 802.

Эталонная модель взаимодействия открытых систем (модель OSI) – это коммуникационная струк­тура, разработанная Международной организацией по стандартизации (ISO). Первый набор специ­фикаций был выпущен в 1918 г. Международным стандартом стала версия 1984 г. Эталонная модель OSI очень важна для сетевой индустрии, поскольку производители сетевых продуктов стремятся к совместимости своих продуктов с продуктами других поставщиков. Модель OSI предоставляет незави­симым производителям общий набор критериев, которых они должны придерживаться при разра­ботке своих продуктов.

Что же касается набора протоколов, то официально реализация каждого уровня модели OSI в качестве стандарта продолжается уже много лет, при этом было выпущено всего несколько коммерческих версий.

Эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI) описывает семь уровней взаимодейст­вия между сетевыми устройствами. Эти уровни пронумерованы последовательно, на­чиная с реальных физических аппаратных соединений (уровень 1) и заканчивая уровнем обслуживания приложений или других программ, которые работают в сети (уровень 7). Каждый уровень взаимо­действует только со смежным уровнем. Эта модель представлена в таблице.

Уровень Клиент Сервер

7 Приложений «---виртуальная связь---» Приложений

6 Представлений «---виртуальная связь---» Представлений

5 Сеансовый «---виртуальная связь---» Сеансовый

4 Транспортный «---виртуальная связь---» Транспортный

3 Сетевой «---виртуальная связь---» Сетевой

2 Канальный «---виртуальная связь---» Канальный

1 Физический «---виртуальная связь---» Физический

Таблица 1. Уровни эталонной модели взаимодействия открытых систем

Два нижних уровня определяют физическую среду передачи данных и сопутствующие задачи. Самые верхние уровни определяют, каким способом осуществляется доступ приложений 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. Задача каждого уровня – предоставление услуг вышестоящему уровню. Интерфейс определяет эти ус­луги и способ доступа к ним. При этом каж­дый уровень на одном ПК работает так, будто он напрямую связан с таким же уровнем на другом ПК. Однако в действительности связь осуществляется между смежными уровнями одного ПК – ПО, работающее на каждом уровне, реализует определенные сетевые функции в соответствии с на­бором протоколов. Перед подачей в сеть данные разбиваются на пакеты. Пакет – это единица ин­формации, передаваемая между устройствами сети как единое целое.

Пакет проходит последовательно через все уровни программного обеспечения. На каждом уровне к пакету добавляется некая информация, которая необходима для передачи по сети.

На принимающей стороне пакет проходит все уровни в обратном порядке. Программное обеспече­ние на каждом уровне читает информацию пакета, затем удаляет информацию, добавленную к па­кету на этом же уровне отправляющей стороной, и передает пакет следующему уровню. Когда па­кет дойдет до прикладного уровня, вся адресная информация будет удалена и данные примут свой первоначальный вид.

Таким образом, никакой уро­вень, за исключением самого нижнего уровня сетевой модели, не может непосредственно послать информацию соответствующему уровню другого ПК. Информация на ПК-отправителе должна пройти через все уровни. Затем она передается по сетевому кабелю на компьютер-получатель и опять проходит через все слои, пока не достигнет того уровня, с которого она была послана. Не всем типам данных необходимо проходить все уровни – некоторые данные в определенной модели ничего не значат. Соответствующая модели OSI схема «получатель-отправитель» приведена на рисунке 2.2. В процессе передачи каждый уровень «дополняет» данные и заголовок предыдущих уровней своим собственным заголовком. Небольшой пакет данных постепенно обрастает заголовками всех уровней, которые он проходит. На стороне получателя все наоборот – каждый уровень будет «отсекать» соответствующий заголовок. Рисунок 2.3 иллюстрирует способ дополнения данных уровнями OSI.

Модель OSI следует использовать в качестве наглядного представления способа передачи данных в сети. Необходимо учитывать, что путь прохождения данных показан с изрядной долей абстракции.

· Уровень 1 (физический) определяет физическую среду, используемую для передачи данных по локальной сети. На этом уровне описываются физические среды (например, волоконно‑оптический кабель, витая пара и коаксиальный кабель), используемые для соединения между собой различных компонентов сети. Физический уровень осуществляет передачу неструктурированного потока би­тов по физической среде от одного ПК к другому. Здесь реализуются электрический, оптический, механический и функцио­нальные интерфейсы с кабелем. Физический уровень также формирует сигналы, которые переносят дан­ные, поступающие от всех вышестоящих уровней. На этом уровне определяется способ соединения сетевого кабеля с платой сетевого адаптера, в частности, количество контактов и разъемов и их функции. Содержание са­мих битов на данном уровне значения не имеет. Этот уровень отвечает за кодирование данных и синхронизацию битов, гарантируя, что переданная единица будет воспринята как единица, а не как нуль. Наконец, Физический уровень устанавливает длительность каждого бита и способ перевода бита в соответствующие электрические или оптические импульсы;

· Уровень 2 (канальный) осуществляет передачу кадров (frames) данных от Сетевого уровня к Фи­зическому. Кадры – это логически организованная структура, в которую можно помещать дан­ные. Идентификаторы – это адреса ПК отправителя и получателя. Управляющая информация использу­ется для маршрутизации, а также указывает на тип пакета и сегментацию. CRC – это сведения для выявления ошибок. Канальный уровень обеспечивает точность передачи кадров между ПК через Физический уровень. Это позволяет Сетевому уровню считать передачу данных по сетевому соединению практически безошибочной. На этом уровне определяются методы получения доступа к сети и передачи пакетов данных от од­ного устройства к другому (например, с помощью маркеров и кодов обнаружения ошибок). На этом уровне выполняется повторная передача пакетов данных, которые не дошли до пункта назначения. На этом уровне обеспечивается работа платы сетевого адаптера;

Рис. 2.2. Пример приема/передачи данных в модели OSI

Рис. 2.3. Дополнение данных заголовками в модели OSI

· Уровень 3 (сетевой) отвечает за поиск рабочей станции, которой адресованы данные. Здесь про­исходит адресация сообщений, перевод логических имен и адресов в физические адреса. Исходя из конкретных сетевых условий, здесь определяется маршрут от отправителя к получателю. Если данные могут передаваться в локальной сети по нескольким маршрутам, то именно на сетевом уровне должен быть выбран лучший из них. На этом уровне решаются также проблемы, связан­ные с сетевым трафиком, такие как коммутация пакетов, маршрутизация и перегрузка. Если сетевой адаптер маршрутизатора не может передавать большие блоки данных, посланные от­правителем на Сетевом уровне, эти блоки разбиваются на меньшие. Сетевой уровень получателя собирает эти данные в исходное состояние. Уровень 3 – наивысший из тех, на которых учитывается физическая конфигурация сети;

· Уровень 4 (транспортный) обеспечивает надежную транспортировку данных. Этот уровень отвечает за преобразование сообщений в форматы, требуемые для передачи по сети. На этом уровне сообщения переупаковываются: длинные разбиваются на несколько пакетов, а короткие объединяются в один. Это увеличивает эффективность передачи. На Транспортном уровне получа­теля сообщения распаковываются и восстанавливаются в первоначальном виде, и обычно посыла­ется сигнал подтверждения приема. Если передача не выполнена, транспортный уровень регла­ментирует повторную передачу. Транспортный уровень управляет потоком, проверяет ошибки и участвует в решении проблем, связанных с отправкой и получением пакетов;

· Уровень 5 (сеансовый) описывает процедуру установления соединения для того, чтобы одно приложение (или пользователь) могло взаимодействовать с другим приложением на удаленном компьютере. Это соединение называется сеансом. На этом уровне происходит распознавание имен и защита, необходимые для связи двух приложений в сети. На этом уровне регламентируются также постановка в очередь поступающих сообщений, разрыв соединения и восстановление после аварийного завершения. Сеансовый уровень обеспечивает синхронизацию между пользовательскими задачами посредством расстановки в потоке данных контрольных точек. Таким образом, в случае ошибки заново потре­буется передать только данные, следующие за контрольной точкой;

· Уровень 6 (представления) отвечает за то, чтобы команды и данные приложений были понятны на других компьютерах сети. Другими словами, на этом уровне происходит преобразование данных из одних форматов в другие, кроме того, этот уровень определяет механизмы шифрования и сжатия данных;

· Уровень 7 (приложений) описывает взаимодействие с прикладными процессами. Он представ­ляет собой окно для доступа прикладных процессов к сетевым услугам. На этом уровне регламентируются сообщения, которые приложения должны использовать для запроса друг у друга данных и услуг. Этот уровень отвечает за предоставление услуг по распределенной обработке, включая обработку файлов, обработку ошибок, управление базами данных и управление сетью.

Функции пакетов

Данные обычно содержатся в больших файлах. Но сеть не будет нормально рабо­тать, если компьютер посылает блок данных целиком. Существуют две причины, замедляющие работу сети при передаче по кабелю больших блоков данных. Во-первых, такой блок, посылаемый одним компьютером, заполняет кабель и «связывает» работу всей сети, т. е. препятствует взаимодействию остальных сетевых компонентов. Во-вторых, возникновение ошибок при передаче круп­ных блоков приведет к повторной передаче всего блока. А если поврежден небольшой блок дан­ных, то требуется повторная передача только этого блока, что значительно экономит время.

Чтобы быстро и легко, не тратя времени на ожидания, передавать по сети данные, надо разбить их на небольшие упорядоченные блоки. Эти блоки называются пакетами или кадрами. Хотя термины «пакет» и «кадр» синонимичны, полными синонимами они все-таки не являются. Существуют раз­личия между типами сети, которые эти термины отражают.

Примечание

Среди специалистов по сетям существует разногласие по поводу точных опре­делений терминов «пакет» и «фрейм». Некоторые не делают различия между этими понятиями, однако многие специалисты соглашаются с тем, что фреймы представляют информацию, используемую на Уровне 2 модели OSI, а пакеты относятся к Уровню 3 модели OSI.

Пакет – основная единица информации в компьютерных сетях. При разбиении данных на пакеты скорость их передачи возрастает настолько, что каждый компьютер в сети получает возможность принимать и передавать данные практически одновременно с остальными компьютерами. На целе­вом компьютере (компьютере-получателе) пакеты накапливаются и выстраиваются в должном по­рядке для восстановления исходного вида данных.

При разбиении данных на пакеты сетевая операционная система добавляет к каждому пакету специ­альную управляющую информацию. Она обеспечивает:

· передачу исходных данных небольшими блоками;

· сбор данных в надлежащем порядке (при их получении);

· проверку данных на наличие ошибок (после сборки).

Дата добавления: 2014-10-15