Уровни модели OSI

Прикладной уровень не является пользовательским приложением, создающим сообщение. Прикладной уровень обеспечивает взаимодействие между пользовательским приложением и сетью. Протоколы прикладного уровня выполняют такие функции, как передача файлов, доступ к принтеру и служба сообщений. На этом уровне работают следующие протоколы:

FTP (File Transfer Protocol). Используется для передачи файлов между компьютерами, на которых могут быть установлены разные операционные системы или платформы.

Telnet. Используется для эмуляции терминала и для представления доступа к приложениям и файлам на другом компьютере. В отличие от FTP, протокол Telnet нельзя использовать для копирования файлов с одного компьютера на другой. Его можно использовать только для чтения и для выполнения приложений на удаленном узле.

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol). Представляет собой простой протокол ASCII, используемый для передачи посредством Internet электронных сообщений. Этот протокол используется многими популярными программами отправки электронных сообщений и программами выгрузки писем из пользовательского почтового ящика на сервере (например, Post Office Protocol, текущая версия POP3 или Internet Massager Access Protocol - IMAP).

SNMP (Simple Network Management Protocol). Используется для получения информации о сети. Входит в состав пакетов TCP/IP, IPX и OSI. В этом протоколе используется MIB (Management Information Base), которая представляет собой базу данных с информацией о компьютерах сети.

HTTP (Hypertext Transfer Protocol) – протокол передачи гипертекста между Web-серверами и Web-броузерами.

Существует ряд и других протоколов.

Уровень представления. Протокол прикладного уровня принимает данные от пользовательского приложения и передает их вниз по стеку протоколов на уровень представления. На этом уровне решаются задачи, связанные с представлением данных, т.е. формированием пакетов. Выполняется: а) сжатие данных, с целью быстрой их передачи по сети; б) шифрование данных – преобразование в закодированную форму; в) трансляция протоколов. Преобразование данных из одного протокола в другой для передачи их между разными платформами и операционными системами.

На этом уровне работают шлюзы – устройство или программа, служащие точкой соединения между двумя разными сетями. Наиболее распространенными являются, например: GSNW (Gateway Services for Netware). Программное обеспечение, поставляемое с ОС Windows NT и Windows2000server, позволяет клиентам сервера получать доступ к файлам на сервере Netware компании Novell. Шлюз электронной почты преобразует сообщения от различных несовместимых систем электронной почты в один из общепринятых форматов Internet, например, SMTP.

Сеансовый уровень. Протоколы этого уровня отвечают за установление сеанса связи между передающим и принимающим компьютерами. Сеансовый уровень устанавливает и прерывает диалоги приложения с приложением. На этом уровне проверяется режим связи – дуплексный или полудуплексный. В дуплексном режиме осуществляется двунаправленная коммуникация, т.е. каждая сторона может быть и передающей, и принимающей одновременно (↔).

Полудуплексный режим тоже может быть двунаправленным, однако в один момент времени сигнал может передаваться только в одном направлении → или ←.

Коммуникация в дуплексном режиме похожа на разговор по телефону (когда говорит один, то он слышит и другого), а полудуплексный – на двустороннюю радиосвязь (когда говорит один, то другого не слышит), т.е. сигналы могут передаваться в обоих направлениях, но не одновременно. [Режим однонаправленной коммуникации, в котором сигналы могут проходить только в одном направлении, называется симплексным].

Работа сеансового уровня «похожа» на работу спортивного судьи, который должен проследить, чтобы оба участника состязания знали правила игры и придерживались их на протяжении сеанса.

Транспортный уровень. На этом уровне выполняется несколько функций. Отслеживается целостность и последовательность пакетов данных и обрабатываются дубликаты пакетов.

Существует два типа протоколов транспортного уровня: протоколы с установлением логических соединений и протоколы без установления логических соединений.

Протоколы с установлением логических соединени й. К этому типу принадлежит TCP, использующегося как часть стека протоколов TCP/IP. Служебные программы протоколов этого типа перед передачей данных устанавливают логическое соединение. Для проверки получения данных применяется механизм подтверждения (аналогия – посылка заказного пакета по почте с уведомлением о доставке).

Протоколы без установления логических соединений. К этому типу протоколов принадлежит протокол UDP (User Datagram Protocol), входящий в состав пакета TCP/IP. Работа этого протокола похожа на работу обычной почты. Отправляя письмо, человек надеется, что оно дойдет до адресата, но подтверждения о его доставке нет. Данные протоколы используются для передачи не очень важных сообщений, а также в том случае, если сообщение достаточно короткое и при его потере пользовательское приложение может послать повторный запрос. Например, UDP используется для передачи широковещательных сообщений всем компьютерам подсети. Преимущества: их простота и скорость передачи обуславливают более низкую стоимость коммуникации.

На транспортном уровне работает служба DNS (Domain Name System) – служба имен доменов, которая используется в Internet для отображения имен сетевых узлов на логические сетевые адреса.

Сетевой уровень. Отвечает за доставку пакетов данных адресату. На нем выполняется маршрутизация пакетов. Его можно сравнить с штурманом, планирующим наиболее эффективный путь корабля. Сетевой уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, в которых могут использоваться различные принципы передачи сообщений между конечными узлами и произвольная структура связей.

Внутри сети доставка данных обеспечивается соответствующим канальным уровнем, а доставка данных между сетями производится на сетевом уровне, который поддерживает возможность правильного выбора маршрута передачи сообщения.

Сети соединяются между собой маршрутизаторами – устройствами, которые собирают информацию о топологии межсетевых соединений и на ее основании пересылают пакеты сетевого уровня в сеть назначения. Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией, решение которой является одной из главных задач сетевого уровня. Критерием при выборе маршрута могут являться, например, время передачи по маршруту, которое зависит от пропускной способности каналов связи и интенсивности трафика или надежность передачи. Сетевой уровень решает также задачи согласования разных технологий, упрощения адресации в крупных сетях и создания надежных барьеров на пути нежелательного трафика.

Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами. На сетевом уровне адрес получателя состоит из номера сети и номера узла. На этом уровне используются два вида протоколов: сетевые (routed protocols) – выполняют функцию по продвижению пакетов через сеть и протоколы обмена маршрутизации (routing protocols), с помощью которых маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсетевых соединений. Протоколы сетевого уровня реализуются программными модулями операционной системы, а также программными и аппаратными средствами маршрутизаторов. Примером протоколов сетевого уровня являются протоколы межсетевого взаимодействия IP стека TCP/IP.

На сетевом уровне работают протоколы еще одного типа, которые отвечают за отображение адреса узла, используемого на сетевом уровнем в локальный адрес сети. Такие протоколы называют протоколами разрешения адресов – Address Resolution Protocol (ARP).

Устройства сетевого уровня. На сетевом уровне работаю маршрутизаторы и коммутаторы сетевого уровня.

Канальный уровень делится на два подуровня:

- MAC (Media Access Control) – управление доступом к сети.

- LLC (Logical Link Control) -управление логическими связями.

Подуровень MAC работает с физическими (аппаратными) адресами, которые называются MAC - адресами. В сетях Ethernet и Token Ring MAC-адреса представляют собой шестнадцатеричные числа, записанные в микросхему сетевого адаптера. MAC-адрес сети Ethernet – это 12 шестнадцатеричных цифр, каждая из которых отделена двоеточием, например, 17:А4:2С:43:2F:09 – это двоичное число длиной 48 бит или 6 байт. Первые три байта содержат код производителя, присвоенный организацией IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), последние 3 байта присваиваются производителем. Иногда MAC-адрес (физический адрес) называют адресом устройства. Он отличается от логического (т.е. IP-адреса в сети TCP/IP) тем, что его нельзя изменить. Логический адрес присваивается программным обеспечением, изменить его просто. Оба адреса служат для идентификации компьютера в сети.

Метод сетевого доступа, управляющий доступом компьютеров к сети, выполняется на подуровне MAC.

На подуровне LLC определяется логическая топология сети.

На физическом уровне происходит пересылка битов, при этом не учитывается, что физическая среда при передаче данных может быть занята. Поэтому одной из задач канального уровня является проверка доступности среды передачи.

Другой задачей канального уровня является реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого биты на канальном уровне группируются в наборы, называемые кадрами. Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, помещая специальную последовательность бит, в начало и конец каждого кадра для его выделения, а также вычисляет контрольную сумму, обрабатывая все байты кадра определенным способом и добавляя контрольную сумму к кадру. После получения кадра из сети, получатель снова вычисляет контрольную сумму и сравнивает ее с контрольной суммой из кадра. Если контрольные суммы совпадают, кадр считается правильным и принимается, в противном случае фиксируется ошибка. Канальный уровень не только может обнаруживать ошибки, но и исправлять их за счет повторной передачи поврежденных кадров (в некоторых протоколах этого уровня такая возможность отсутствует, например, в Ethernet и Frame Relay). Примерами протоколов канального уровня могут служить протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI.

Устройства канального уровня. На канальном уровне работают мосты и коммутаторы канального уровня.

Для качественной транспортировки сообщений в сетях любых топологий и технологий функций канального уровня оказывается недостаточно, поэтому в модели OSI предусмотрены сетевой и транспортный уровни.

Физический уровень предназначен для передачи битов по физическим каналам связи, например, по кабелю: коаксиальному, витой паре, оптоволоконному. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом (когда соединение без адаптера на основе модема).

Здесь данные и заголовки, поступившие со всех верхних уровней, транслируются в сигнал, передаваемый в сеть. Протоколы физического уровня преобразуют все эти нули и единицы в электрические импульсы, которые передаются по линиям связи.

Примером протокола физического уровня может служить спецификация 10Base-T технологии Ethernet, которая определяет в качестве используемого кабеля неэкранированную витую пару категории 3 с волновым сопротивлением 100 Ом, разъем RJ-45, максимальную длину физического сегмента 100 метров и т.д.