Модель osi

Содержание:

Введение в модель OSI

Производители компьютеров предлагали перспективные сетевые архитектуры, специфичные для своего оборудования. Например, IBM представила SNA, DEC — ДНК. Однако у этих архитектур были все те же недостатки. Из-за проприетарного характера их нельзя было объединить и избежать распространения межсетевых решений гетерогенных архитектур.

ISO-орган, состоящий из 140 национальных органов по стандартизации, разработал семиуровневую модель OSI, которая расшифровывается как «взаимосвязь сетевых систем». Она описывает используемые концепции и применяемый подход для стандартизации взаимосвязи между открытыми системами.

При разработке этой модели основное внимание было уделено гетерогенности оборудования, а также разрешению взаимосвязи с подобными системами по историческим и экономическим причинам. Модель не должна была отдавать предпочтение конкретному поставщику, при этом должна быть адаптирована к эволюции потоков информации, подлежащих обработке, без ущерба для предыдущих разработок

Рассмотрение неоднородности требовало принятия общих правил коммуникации между оборудованием, то есть эта разработка должна была логически привести к международной стандартизации протоколов.

Семиуровневая модель OSI не является сетевой архитектурой, поскольку не указывает конкретные уровневые службы и протоколы, а только описывает работоспособность слоев.

Первая работа над моделью OSI началась в 1977 году. Она основывалась на опыте работы с крупными сетями. Модель стала действующей для всех типов сетей. В 1978 году ISO предлагает ее как ISO IS7498. В 1984 г. 12 европейских производителей, присоединившихся к крупным американским производителям, приняли этот стандарт.

Преимущества многослойной платформы

Самым значительным вкладом OSI является философия сетей, представленная многоуровневой моделью. Она чаще всего рассматривается как модель, которая объясняет сетевые возможности. Уровни модели OSI определяют в веб-разработке, иногда ее называют «стеком». Когда разработчик использует стек терминов, он ссылается на операционную систему, в которой работает приложение, программное обеспечение базы данных и программное обеспечение для внутреннего использования. Обычным применением стека слов является LAMP.

Главные преимущества модели:

Создает общую платформу для разработчиков программного обеспечения и аппаратных средств, которые поощряют выпуск сетевых продуктов, способных общаться друг с другом по сети. Это помогает сетевым администраторам разделять большой процесс обмена данными на более мелкие сегменты.
Благодаря независимости слоев предотвращается перенос изменения одного слоя на другие.
Стандартизация сетевых компонентов позволяет развивать несколько поставщиков.
Очень хорошо структурирует функции, характерные для каждого слоя, что уменьшает сложность, ускоряет эволюцию и упрощает обучение.
Использование OSI для устранения неполадок в сети очень полезно.

Описание уровней сетевой модели

Уровень приложений (7) (прикладной уровень) – это отправная и в то же время конечная точка данных, которые Вы хотите передать по сети. Этот уровень отвечает за взаимодействие приложений по сети, т.е. на этом уровне общаются приложения. Это самый верхний уровень и необходимо помнить это, при решении возникающих проблем.

На этом уровне работают такие протоколы как: HTTP, POP3, SMTP, FTP, TELNET и другие. Другими словами приложение 1 посылает запрос приложению 2 по средствам этих протоколов, и для того чтобы узнать, что приложение 1 послало запрос именно приложению 2, между ними должна быть связь, вот именно протокол и отвечает за эту связь.

Уровень представления (6) – этот уровень отвечает за кодирование данных, для того чтобы их потом можно было передать по сети и соответственно преобразует их обратно, для того чтобы приложение понимало эти данные. После этого уровня данные для других уровней становятся одинаковыми, т.е. без разницы, что это за данные, будь то документ word или сообщение электронной почты.

На этом уровне работают такие протоколы как: RDP, LPP, NDR и другие.

Сеансовый уровень (5) – отвечает за поддержание сеанса между передачей данных, т.е. продолжительность сеанса отличается, в зависимости от передаваемых данных, поэтому его необходимо поддерживать или прекращать.

На этом уровне работают следующие протоколы: ASP, L2TP, PPTP и другие.

Транспортный уровень (4) – отвечает за надежность передачи данных. Он также разбивает данные на сегменты и собирает их обратно, так как данные бывают разного размера. Существует два известных протокола этого уровня — это TCP и UDP. TCP протокол дает гарантию на то, что данные будут доставлены в полном объеме, а протокол UDP этого не гарантирует, именно поэтому их используют для разных целей.

Сетевой уровень (3) – он предназначен для определения пути, по которому должны пройти данные. На этом уровне работают маршрутизаторы. Также он отвечает за: трансляцию логических адресов и имён в физические, определение короткого маршрута, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок в сети. Именно на этом уровне работает протокол IP и протоколы маршрутизации, например RIP, OSPF.

Канальный уровень (2) – он обеспечивает взаимодействие на физическом уровне, на этом уровне определяются MAC адреса сетевых устройств, также здесь ведется контроль ошибок и их исправление, т.е. посылает повторный запрос поврежденного кадра.

Физический уровень (1) – это уже непосредственно преобразование всех кадров в электрические импульсы и обратно. Другими словами физическая передача данных. На этом уровне работают концентраторы.

Вот так выглядит весь процесс передачи данных с точки зрения этой модели. Она является эталонной и стандартизированной и поэтому на ней основаны другие сетевые технологии и модели в частности модель TCP/IP.

Критика сетевой структуры

Самое поразительное в модели OSI — это то, что она — самая изученная и всемирно признанная сетевая структура, и тем не менее в полном сетевом смысле она не является моделью. Специалисты, которые проанализировали этот провал, определили основные причины сбоя:

Модель взаимодействия OSI идеально позиционировалась в отношении исследований, но TCP/IP уже находилась в ярко выраженной инвестиционной фазе, когда модель OSI была выпущена. Университеты США уже с успехом использовали TCP/IP, и промышленники не чувствовали необходимости инвестировать в нее.
Сложная технология. OSI на самом деле слишком сложна для правильной и эффективной реализации. Комитету, разрабатывающему стандарт, даже пришлось оставить в стороне определенные технические моменты, такие как безопасность и кодирование, поскольку было сложно поддерживать определенную роль для каждого завершенного слоя. Управление потоком и ошибками появляется почти на каждом уровне, что усложняет использование 7-уровневой модели OSI для чайников. На уровне реализации TCP/IP гораздо более оптимизирована и эффективна.
Самая жесткая критика, которая звучит в адрес модели, заключается в том, что она совсем не подходит для компьютерных телекоммуникационных приложений. Некоторые сделанные выборы не согласуются с тем, как общаются компьютеры с программным обеспечением. Стандарт фактически сделал выбор «системы прерываний» для сигнализации событий, а на языках программирования высокого уровня это невозможно.
Неправильная реализация семиуровневой модели OSI. Кратко причины можно объяснить так: это происходит потому, что она относительно сложна, и в результате первые реализации были относительно громоздкими и медленными. Напротив, пилотная реализация TCP/IP в Университете Беркли Unix (BSD) была бесплатной и относительно эффективной. Исторически сложилось так, что появилась естественная тенденция использовать TCP/IP.
Модель OSI фактически страдает от слишком большой стандартизации. Усилия по внедрению модели были в основном бюрократическими. И наоборот, TCP/IP поступает из Unix и сразу же используется. Отсутствие стандартизации TCP/IP уравновешивается быстрой и эффективной реализацией и использованием в среде, способствующей ее распространению.
Базовая справочная модель OSI получила гораздо большее признание, чем сами протоколы OSI. На это есть несколько причин. Процессный процесс, основанный на комитете OSI, породил невообразимые неэффективные протоколы.
Самая большая проблема OSI — в том, что на самом деле ничего нового она не предлагает. Самым сильным примером для реализации является ее статус «международного стандарта», но у людей уже есть де-факто международный стандарт – это Интернет, вокруг которого существуют протоколы OSI.

Литература

А. Филимонов. Построение мультисервисных сетей Ethernet. — М.: BHV, 2007. ISBN 978-5-9775-0007-4.
Руководство по технологиям объединённых сетей. 4-е изд. — М.: Вильямс, 2005. ISBN 5-8459-0787-X.
Интернет ресурс: сервер :
- Этот сервер, содержащий сведения по сетевым технологиям начал формироваться в 1997 году. Он частично создан на средства, выделенные по проектам РФФИ (99-07-90102 и 01-07-90069).
- В основу материалов легли тексты книг:
  - «Протоколы и ресурсы Интернет» (Радио и связь, М. 1996),
  - «Сети Интернет. Архитектура и протоколы» (Сиринъ, М. 1998),
  - «Протоколы Интернет. Энциклопедия» («Горячая линия — Телеком», М. 2001, 1100 стр.),
  - «Протоколы Internet для электронной торговли» («Горячая линия — Телеком», М. 2003, 730 стр.),

которые базировались на двух курсах, читаемых студентам[значимость факта?] кафедр «Телекоммуникационные сети и системы» (факультет МФТИ ФРТК), «Интеграции и менеджмента» (факультет МФТИ ФОПФ) и «Информатики» (факультет НаноБиоИнфоКогни МФТИ) — «Каналы и сети передачи данных», «Протоколы Интернет».

Общее определение термина пакет

Для описания фрагментов информации, передаваемых по сети, применяются термины: пакет, дейтаграмма, фрейм, сообщение и сегмент. Все они по сути имеют один и тот же смысл, но относятся к разным уровням модели OSI. Например, пакет можно рассматривать как конверт с письмом. Чтобы отправить этот конверт по почте, необходимо выполнить ряд требований (рис.1), которые перечислены ниже.

Подготовить почтовое вложение. Эта составляющая почтового отправления представляет собой письмо, например, с фотографией новорожденного сына, отправляемой дяде Джо.
Написать на конверте адрес отправителя. Эта составляющая служит в качестве обратного адреса, который должен быть написан на стандартном конверте. Адрес указывает, от которого поступило сообщение, и необходим даже просто на тот случай, если возникнут проблемы с доставкой письма.
Написать на конверте адрес получателя. Эта составляющая представляет собой адрес дяди Джо, без которого письмо невозможно доставить намеченному получателю.
Пройти через систему проверки. Эта составляющая представляет собой штемпель на почтовой марке. Он подтверждает, что письмо отправлено с соблюдением всех требований и соответствует стандартам почтовой службы.

Рис.1. Обязательные составляющие обычного письма.

Передача сетевого пакета фактически происходит по таким же принципам, как и отправка обычного письма. Рассмотрим в качестве примера сообщение электронной почты, которое показано на рис.2. Для его доставки адресату необходимо такая же информация, как и для обычного письма (а также некоторые другие компоненты, которые рассматриваются в данной главе). эта информация описана ниже.

Почтовое вложение. Этот компонент представляет собой передаваемые данные, допустим, электронное письмо дяде Джо с сообщением о рождении сына.
Адрес отправителя. Этот компонент служит в качестве обратного адреса для электронного письма. Он позволяет узнать от кого поступило сообщение, даже просто на тот случай, если возникнет проблема при доставке электронной почты.
Адрес получателя. Этот компонент представляет собой адрес электронной почты дяди Джо и необходим для правильной доставки электронной почты.
Информация для системы проверки. Если речь идет о пакете, то этот компонент представляет собой определенную информацию для системы контроля ошибок. В данном случае применяется контрольная последовательность фрейма (Frame Check Sequence — FCS). Такую последовательность можно рассматривать как результат вычислений, выполненных над содержимым пакета с помощью некоторой математической формулы. Если вычисления FCS в пункте назначения {на компьютере дяди Джо) дадут правильный результат, это будет означать, что данные в пакете являются действительными и должны быть приняты. А если результаты вычислений окажутся неправильными, сообщение будет отброшено.

Рис.2. Основные компоненты пакете.

Далее понятие пакета применяется для иллюстрации процесса прохождения данных сверху вниз по уровням модели OSI, затем по физическому кабелю, а после этого снизу вверх по уровням модели OSI. Пока они не поступят в виде нового сообщения во входной почтовый ящик дяди Джо.

Модель TCP IP

Модель TCP/IP немного отличается от модели OSI, если говорить конкретней в данной модели объединили некоторые уровни модели OSI и их здесь всего 4:

Прикладной;
Транспортный;
Сетевой;
Канальный.

На картинке представлено отличие двух моделей, а также еще раз показано на каких уровнях работают всем известные протоколы.

Говорить о сетевой модели OSI и конкретно про взаимодействие компьютеров в сети можно долго и в рамках одной статьи это не уместить, да и будет немного не понятно, поэтому здесь я попытался представить как бы основу этой модели и описание всех уровней. Главное понимать, что все это действительно так и файл, который Вы отправили по сети проходит просто «огромный» путь, перед тем как попасть к конечному пользователю, но это происходит на столько быстро, что Вы этого не замечаете, во многом благодаря развитым сетевым технологиям.

Надеюсь все это, Вам поможет понимать взаимодействие сетей.

НравитсяНе нравится

Виды уровней и их назначения

Первый физический уровень 7-уровневой модели OSI связан с передачей бит необработанным способом по каналу связи и гарантирует идеальный транзит данных. Отправленный бит, равный 1, должен быть принят как бит, равный 1. В конкретном плане этот слой стандартизирует электрические характеристики, например, бит, равный 1, должен быть представлен напряжением 5 В.

Механическая стандартизация связана характеристиками: это форма разъемов, топология и т. д. А функциональная — с характеристиками цепей передачи данных и процедур установления, поддержания и освобождения схемы данных. Типичной информационной единицей этого слоя является бит, представляемый определенной разностью потенциалов.

Уровень канала передачи данных 7-уровневой модели OSI для «связующего» преобразует физический уровень в ссылку, которая априори не имеет ошибок передачи. Слой разбивает входные данные передатчика на фреймы, передает их и управляет кадрами подтверждения, возвращаемыми приемником.

Для этого уровня данные не имеют особого значения, а уровень канала передачи данных способен распознавать границы кадров. Это может вызвать некоторые проблемы, так как бит-последовательности, используемые для этого распознавания, могут отображаться в данных.

Уровень канала передачи данных должен иметь возможность возвращать кадр, если на линии возникла проблема

В общем, важной ролью этого слоя является выявление и исправление ошибок, возникающих на физическом уровне. Он также включает функцию управления предотвращением засорения приемника

Информационным блоком 7-уровневой модели OSI является кадр, который включает от нескольких сотен до тысяч байтов. Сетевой уровень управляет подсетью. Во время его разработки необходимо определить механизм маршрутизации и расчет таблиц маршрутизации, статических или динамических. Сетевой уровень также управляет перегрузкой подсети. Его информационным блоком является пакет.

Транспортный уровень отвечает за правильную маршрутизацию полных сообщений получателю. Он принимает сообщения из сеансового слоя, если нужно, сокращает их на более мелкие и передает на сетевой уровень с гарантией качества. Этот слой также выполняет повторную сборку сообщения, когда блоки получены. Он ответственен за оптимизацию сетевых ресурсов, создает сетевое соединение по требованию сеанса и способен обеспечивать множество сетевых подключений для процесса. И наоборот, он использует одно соединение для переноса нескольких сообщений одновременно через мультиплексирование. Данный уровень ответственен за установление и освобождение соединений. Поэтому он — один из самых важных, поскольку предоставляет основную услугу в сети, а также управляет всеми процессами соединения со всеми ограничениями, являясь информационным устройством.

Вам будет интересно:Как поменять пароль на роутере «ТП-Линк»: инструкция и рекомендации

Сессионный уровень организует и синхронизирует обмены между удаленными задачами. Он реализует связь между логическими и физическими адресами распределенных задач, а также устанавливает связь между прикладными программами, которые должны сотрудничать и командовать диалогом. В последнем случае эта служба называется управлением токеном.

Уровень представления отвечает за синтаксис и семантику данных и обрабатывает информацию, чтобы сделать ее совместимой между передаваемыми потоками. Это обеспечит независимость пользователя от транспортировки информации. Как правило, этот слой преобразовывает данные, переформатирует, шифрует и сжимает их.

Уровень приложения является точкой контакта пользователя и сети. Именно поэтому он будет предоставлять пользователю основные услуги, предлагаемые сетью: передачу файлов и обмен сообщениями.

Описание настройки соединения

Функции отдельных слоев предоставляют родительскому слою определенную услугу. Задачи отдельных слоев определяются в модели уровней OSI. Представленная и описанная здесь, она значительно упрощена и адаптирована к сетевым технологиям. Эта модель слоя не является полной или окончательной. С точки зрения пользователя ниже объясняется упрощенный вид OSI.

Уровни приложений 5, 6 и 7 определяют все протоколы, к которым напрямую обращаются программы.

В мире сети Windows SMB использует NetBIOS для подключения к уровню передачи. Когда Unix входит в контакт с Windows, служба применяется для предоставления им ресурсов в сети Windows в Unix. Связь между уровнями 7 моделей OSI приложения и передачи устанавливается через порты TCP. Приложения и службы идентифицируют свои данные через эти порты. Поток данных упаковывается посредством TCP-протокола, ориентированного на соединение, или протокола UDP без установления соединения.

Интернет-протокол (IP) обрабатывает адресацию пакетов. Битовый поток отправляется в NDIS, который контактирует с драйвером сетевой карты. Драйвер отправляет данные на сетевую карту (NIC), оттуда они поступают в сеть.

Для входящих данных они возвращаются обратным образом:

NetBIOS — сетевая базовая система ввода/вывода.
TCP — протокол сетевого управления.
UDP — протокол пользовательских дейтаграмм.
IPv4 — протокол Интернета версии 4URL-адрес (универсальный локатор ресурсов) в Windows, имя NetBIOS для компьютера. Применяется для идентификации компьютера и служб, которые выполняются на нем.
Чтобы разрешить URL-адрес IP-адреса, используют файл hosts, в котором перечислены все URL- и IP-адреса. Поскольку существует много URL-адресов, была введена DNS (система доменных имен), которая является иерархической. Так называемые DNS-серверы могут запрашивать неизвестные имена DNS с более высокого уровня DNS-сервера.
В сети Windows файл lmhosts или WINS (сервер) используется для разрешения имен NetBIOS на IP-адреса. Если IP-адрес уровня передачи разрешен, тогда ARP (протокол разрешения адресов) используется для разрешения IP-адреса на MAC-адрес (Media Access Control) NIC (физического уровня).
MAC-адрес является единственным окончательным адресом, который можно использовать для надежной идентификации компьютера в сети. Он фиксируется на сетевой карте,

Где:

URL — единый указатель ресурсов.
DNS — система доменных имен.
WINS — служба имен доменов Windows.
ARP — протокол разрешения адресов.
MAC — адрес.

Методы выделения кадров

Чтобы определить, где в потоке бит начинаются и заканчиваются отдельные frame, были придуманы следующие методы:

Указание количества байт;
Вставка байтов (byte stuffing) и битов (bit stuffing);
Средства физического уровня.

Указатель количества байт

Наипростейший способ определить, где начинается и заканчивается кадр — добавлять длину этого кадра в начало кадра. Например, на картинке ниже показано 3 кадра выделенных разным цветом. В начале каждого кадра указано количество байт. Синим цветом — 6, желтым — 8, зеленым — 4.

Этот метод прост в реализации, но есть недостаток, искажение данных при передаче по сети. Например, при передаче первого кадра появилось искажение и вместо длины кадра шесть байт, получатель получил семь байт.

Получатель посчитает, что семь это длина кадра. Далее идет длина следующего кадра. Здесь она два байта, затем длина следующего кадра семь. Если у нас произошла хоть одна ошибка, то будет нарушена последовательность чтений. Следовательно такой метод на практике не годится к применению.

Вставка byte и bit

Чтобы определить начало и конец кадра, в начале и конце каждого кадра используют специальные последовательности байт или бит. Вставка байтов применялась в протоколах BSC компании IBM, в котором отправлялись обычные текстовые символы.

Перед передачей каждого фрейма добавлялись байты DLE STX (start of text), а после окончания передачи фрейма DLE ETX (end of text). Проблема может возникнуть в том, что в данных тоже может встретиться точно такая же последовательность.

Чтобы отличать последовательность, которая встречается в данных от управляющих символов используются Escape последовательности. В протоколе BSC это тоже последовательность символов DLE (data link escape). Если какая-то последовательность управляющих символов встречается в данных перед ними добавляются escape последовательности DLE, чтобы протокол понимал, что в реальности это данные, а не управляющие символы.

Вставка битов применяется в более современных протоколах, таких как HDLC и PPP. Здесь перед началом и концом каждого кадра добавляется последовательность бит состоящая из 01111110. Может возникнуть проблема, если в данных встречаются подряд идущие 6 или более единиц. Чтобы решить эту задачу в данные, после каждых пяти последовательно идущих 1 добавляется 0. Затем, как получатель прочитал 5 последовательно идущих 1 и встретил 0, то он, этот 0 игнорирует.

Средства физического уровня

Другой вид определения начала и конца кадра, это использование средств физического уровня и он применяется в технологии Ethernet. В первом варианте технологии ethernet использовалась преамбула — это последовательность данных, которая передается перед началом каждого кадра. Она состоит из 8 байт. Первые семь байт состоят из чередующихся 0 и 1: 10101010. Последний байт содержит чередующиеся 0 и 1, кроме двух последних бит в котором две единицы. И именно такая последовательность говорит, что начинается новый кадр.

В более старых версиях используется избыточное кодирование, позволяющее определить ошибки, но при этом не все символы являются значащими. В технологии Fast Ethernet применили эту особенность кода и используют символы, которые не применяются для представления данных в качестве сигналов о начале и конце кадра.

Перед отправкой каждого кадра передаются символы J (11000) и K (10001), а после окончания отправки кадра передается символ T (01101).

Модель OSI

Полностью модель взаимодействия открытых систем выглядит так, как показано на рисунке ниже.

Отдельно выделяются хосты, это устройства, где работают полезные пользовательские программы. И сетевое оборудование, такое как маршрутизаторы, коммутаторы и другие сетевые устройства. На сетевом оборудовании есть только 3 уровня: физический, канальный и сетевой. Уровни начиная с транспортного работают только на хостах.

На всех остальных уровнях взаимодействие идет, по звеньям цепи, данные передаются от одного сетевого устройства к другому и так пока не дойдут до нужного хоста.

Транспортный уровень обеспечивает сквозное соединение. Между двумя взаимодействующими хостами может находиться большое количество сетевых устройств, но они не влияют на работу транспортного уровня, поэтому ТУ называется сетенезависимым. Он позволяет скрыть от разработчиков приложений детали сетевого взаимодействия.

Соответствие модели OSI и других моделей сетевого взаимодействия

Поскольку наиболее востребованными и практически используемыми стали протоколы (например TCP/IP), разработанные с использованием других моделей сетевого взаимодействия, далее необходимо описать возможное включение отдельных протоколов других моделей в различные уровни модели OSI.

Семейство TCP/IP

Семейство TCP/IP имеет три транспортных протокола: TCP, полностью соответствующий OSI, обеспечивающий проверку получения данных; UDP, отвечающий транспортному уровню только наличием порта, обеспечивающий обмен датаграммами между приложениями, не гарантирующий получения данных; и SCTP, разработанный для устранения некоторых недостатков TCP, в который добавлены некоторые новшества. В семействе TCP/IP есть ещё около двухсот протоколов, самым известным из которых является служебный протокол ICMP, используемый для внутренних нужд обеспечения работы; остальные также не являются транспортными протоколами.

Семейство IPX/SPX

В семействе IPX/SPX порты появляются в протоколе сетевого уровня IPX, обеспечивая обмен датаграммами между приложениями (операционная система резервирует часть сокетов для себя). Протокол SPX, в свою очередь, дополняет IPX всеми остальными возможностями транспортного уровня в полном соответствии с OSI.

В качестве адреса хоста ICX использует идентификатор, образованный из четырёхбайтного номера сети (назначаемого маршрутизаторами) и MAC-адреса сетевого адаптера.