Эталонная модель OSI

К концу 70-х годов в мире существовало большое количество фирменных стеков коммуникационных протоколов, среди которых можно назвать, например, такие популярные стеки, как DECnet, TCP/IP и SNA. Такое разнообразие средств межсетевого взаимодействия вывело на первый план проблему несовместимости устройств, использующих разные протоколы. Одним из путей разрешения этой проблемы в то время виделся всеобщий переход на единый, общий для всех систем стек протоколов, созданный с учетом недостатков уже существующих стеков. Такой академический подход к созданию нового стека начался в 1977 году с разработки модели OSI и занял семь лет. В 1984 году ISO выпустила новую версию своей модели, названную эталонной моделью взаимодействия открытых систем ISO. Эта версия стала международным стандартом. Модель ISO не является сетевой архитектурой, так как не описывает службы и протоколы, используемые на каждом уровне. Она просто описывает, что должен делать каждый уровень. Модель ISO классифицирует то, что непосредственно работает, а именно – протоколы.

Модель ISO имеет семь уровней. Каждому уровню соответствуют различные сетевые операции, оборудование и протоколы. Появление именно семи уровней было обусловлено функциональными особенностями модели.

Итак, пусть приложение узла «А» хочет взаимодействовать с приложением узла «В». Для этого приложение «А» обращается с запросом к прикладному уровню, например, к файловой службе. На основании этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата. Но для того чтобы доставить эту информацию по назначению, предстоит решить еще много задач, ответственность за которые несут нижележащие уровни.

После формирования сообщения прикладной уровень направляет его вниз по стеку уровню представления. Протокол уровня представления на основании информации, полученной из заголовка сообщения прикладного уровня, выполняет требуемые действия и добавляет к сообщению собственную служебную информацию – заголовок уровня представления, в котором содержатся указания для протокола уровня представления машины – адресата. Полученное в результате сообщение передается вниз сеансовому уровню, который в свою очередь добавляет свой заголовок и т.д. Наконец, сообщение достигает нижнего, физического уровня, который, собственно, и передает его по линиям связи машине-адресату. К этому моменту сообщение «обрастает» заголовками всех уровней. Физический уровень помещает сообщение на физический выходной интерфейс компьютера 1, и оно начинает свое «путешествие» по сети (до этого момента сообщение передавалось от одного уровня другому в пределах компьютера 1).

Рис.7.2. Протоколы “хост – маршрутизатор” сетевого, передачи данных и физического уровня

Когда сообщение поступает на входной интерфейс компьютера 2, оно принимается его физическим уровнем и последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, выполняя соответствующие функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню.

Как видно из описания, протокольные сущности одного уровня на разных узлах не общаются между собой непосредственно, в этом общении участвуют посредники – средства протоколов нижележащих уровней. И только физические уровни различных узлов взаимодействуют непосредственно.

Таким образом, определенные сетевые функции, выполняемые на каждом уровне, взаимодействуют только с функциями соседних уровней – вышестоящего и нижележащего. Например, Сеансовый уровень должен взаимодействовать только с Представительским и Транспортным уровнями. Все эти функции подробно описаны.

Перед отправкой в сеть данные разбиваются на пакеты, передаваемые между устройствами сети как единое целое. Пакет проходит последовательно все уровни ПО от прикладного до физического, при этом на каждом уровне к пакету добавляется форматирующая или адресная информация, необходимая для безошибочной передачи данных по сети.

На принимающей стороне пакет также проходит через все уровни, но в обратном порядке. ПО каждого уровня анализирует информацию пакета, удаляет ту информацию, которая добавлена к пакету на таком же уровне отправителем, и передает пакет следующему уровню. По достижении пакетом Прикладного уровня вся служебная информация будет удалена, и данные примут свой первоначальный вид.

Таким образом, только Физический уровень модели может непосредственно послать информацию соответствующему уровню другого компьютера. Информация на компьютере – отправителе и компьютере – получателе должна пройти все уровни, начиная с того, с которого она посылается, и заканчивая соответствующим уровнем того компьютера, которым она принимается. Например, если Сетевой уровень передает информацию с компьютера А, она спускается через Канальный и Физический уровни в сетевой кабель, затем попадает в компьютер В, где поднимается через Физический и Канальный уровни и достигает Сетевого уровня. В среде клиент – сервере примером такой информации служит адрес и результат контроля ошибок, добавленные к пакету.

Взаимодействие смежных уровней осуществляется через интерфейс. Интерфейс определяет услуги, которые нижний уровень предоставляет верхнему уровню, и способ доступа к ним. Рассмотрим каждый из уровней модели OSI и услуги, которые они предоставляют смежным уровням.

1 уровень. Физический уровень (Physical layer).

Физический уровень осуществляет передачу необработанного потока бит по физической среде (например, по сетевому кабелю).

На этом уровне определяется способ соединения сетевого кабеля с платой СА и способ передачи сигналов по сетевому кабелю.

Физический уровень отвечает за кодирование данных и синхронизацию бит, гарантируя, что единица будет воспринята как единица, а не как ноль. Уровень устанавливает длительность каждого бита и способ перевода в электрические или оптические импульсы, передаваемые по сетевому кабелю.

2 уровень. Уровень передачи данных или канальный уровень (Data Link Layer).

Основная задача уровня передачи данных — быть способным передавать «сырые» данные физического уровня по надежной линии связи, свободной от необнаруженных ошибок с точки зрения вышестоящего сетевого уровня. Другими словами, осуществить коммутацию (связь). Уровень выполняет эту задачу при помощи разбиения входных данных на кадры, обычный размер которых колеблется от нескольких сотен до нескольких тысяч байт. Кадры данных передаются последовательно с обработкой кадров подтверждения, отсылаемых обратно получателем. Каждый следующий кадр данных передается только после получения и обработки кадра подтверждения, посылаемого обратно получателем. Кадр – это логически организованная структура, в которую можно помещать данные, а также информацию об адресе компьютера-отправителя и адресе компьютера-получателя данных. Функции канального уровня реализуются сетевыми адаптерами и их драйверами.

3 уровень. Сетевой уровень (NetWork layer).

Сетевой уровень занимается управлением операциями подсети. Важнейшим моментом здесь является определение маршрутов пересылки пакетов от источника к пункту назначения. Если в подсети одновременно присутствует слишком большое количество пакетов, то они могут закрыть дорогу друг другу, образуя заторы в узких местах. Недопущение подобной закупорки также является задачей сетевого уровня. В более общем смысле сетевой уровень занимается предоставлением определенного уровня сервиса (это касается задержек, времени передачи, вопросов синхронизации).

При путешествии пакета из одной сети в другую также может возникнуть ряд проблем. Так, способ адресации, применяемый в одной сети, может отличаться от принятого способа адресации в другой. Сеть может вообще отказаться принимать пакеты из-за того, что они слишком большого размера. Также могут различаться протоколы, и т. д. Именно сетевой уровень должен разрешать все эти проблемы, позволяя объединять разнородные сети.

Чтобы связать между собой сети, построенные на основе разных технологий, нужны дополнительные средства, и такие средства предоставляет сетевой уровень. Функции сетевого уровня реализуются группой протоколов и специальными устройствами – маршрутизаторами. Одной из функций маршрутизатора является физическое соединение сетей, работающих под разными протоколами. Маршрутизатор имеет несколько сетевых интерфейсов, подобных интерфейсам компьютера, к каждому из которых может быть подключена одна сеть. Таким образом, чтобы связать разные сети, необходимо соединить их маршрутизаторами и установить протокольные модули сетевого уровня на все конечные узлы пользователей, которые хотели бы связываться через составную сеть.

Данные, которые необходимо передать через составную сеть, поступают на сетевой уровень от вышележащего транспортного уровня. Данные снабжаются заголовком сетевого уровня. Данные вместе с заголовком образуют пакет – так называется PDU сетевого уровня. Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифицированный формат и несет наряду с другой служебной информацией данные об адресе назначения этого пакета.

Сетевой уровень отвечает не только за адресацию сообщений, но также и перевод логических адресов и имен в физические адреса. Примеры протоколов сетевого уровня IP и IPX.

4 уровень. Транспортный уровень (Transport layer).

На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть искажены или утеряны. Основная функция транспортного уровня – принять данные от Сеансового уровня, разбить их при необходимости на небольшие части и передать Сетевому уровню, гарантируя, что эти части в правильном порядке прибудут по назначению. Транспортный уровень также следит за созданием и удалением сетевых соединений, управляет потоком сообщений, проверяет ошибки и участвует в решении задач, связанных с отправкой и получением пакетов. Примеры протоколов Транспортного уровня – TCP и SPX.

5 уровень. Сеансовый уровень (Session layer).

Сеансовый уровень позволяет двум приложениям разных компьютеров устанавливать, использовать и завершать соединение, называемое сеансом, управляет диалогом между взаимодействующими процессами. Примеры протоколов Сетевого уровня – IP и IPX.

6 уровень. Уровень представления (Presentation layer).

В отличие от более низких уровней, задача которых — достоверная передача битов и байтов, уровень представления занимается по большей части синтаксисом и семантикой передаваемой информации. Чтобы было возможно общение компьютеров с различными представлениями данных, необходимо преобразовывать форматы данных друг в друга, передавая их по сети в неком стандартизированном виде. Уровень представления занимается этими преобразованиями, предоставляя возможность определения и изменения структур данных более высокого уровня (например, записей баз данных).

На этом уровне могут выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которым секретность обмена информацией обеспечивается для всех прикладных служб. Примером такого протокола является протокол SSL (Secure Socket Layer – слой защищенных сокетов), который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.

Дата добавления: 2014-01-06