Сетевая модель OSI.
OSI –Open System Interconnection. Разработчик - ISO (International Standards Organization) в 1984 г. Эталонная модель взаимодействия открытых сетей.
Средства взаимодействия в модели OSI делятся на семь уровней:
1. Физический.
2. Канальный.
3. Сетевой.
4. Транспортный.
5. Сеансовый.
6. Представительный.
7. Прикладной.
Благодаря этому задача сетевого взаимодействия разбивается на несколько более мелких задач. Это позволяет при разработке новых способов и инструментов сетевого взаимодействия не разрабатывать их заново целиком и полностью, а использовать уже готовые решения, заменив только некоторые его части.
Непосредственно друг с другом взаимодействуют только физические уровни. Все остальные уровни напрямую взаимодействуют только с выше- и нижележащими уровнями: пользуются услугами нижележащего и предоставляют услуги вышележащему. Друг с другом такие уровни контактируют косвенным образом, через посредство нижележащих уровней.
Взаимодействие уровней: (отправитель) ПК1 протоколы ПК2(получатель)
Интерфейсы
- 
- виртуальные
(логические) связи
- непосредственная
связь
Два вида взаимодействия между уровнями:
1. Виртуальное взаимодействие между смежными уровнями с помощью интерфейсов, носят подчиненный характер (нижние уровни подчиняются верхним).
2. Горизонтальное взаимодействие осуществляется с помощью протоколов между соответствующими уровнями. Два вида связей – виртуальные (логические) связи между нижележащими уровнями осуществляются, т.к. передача информации выполняется на физическом уровне (непосредственная связь). Отправитель ПК1 – сверху вниз данные, на получателе ПК2 – снизу вверх.
Уровни сетевого взаимодействия
1 Физический уровень (Physical Layer)
Физический уровень передает биты по физическим каналам связи, например, коаксиальному кабелю или витой паре. То есть именно этот уровень непосредственно производит передачу данных.
На этом уровне определяются характеристики электрических сигналов, которые передают дискретную информацию, например: тип кодирования, скорость передачи сигналов. К этому уровню также относятся характеристики физических сред передачи данных: полоса пропускания, волновое сопротивление, помехозащищенность.
Функции физического уровня реализуются сетевым адаптером или последовательным портом. Примером протокола физического уровня может послужить спецификация 100Base-TX (технология Ethernet).
2 Канальный уровень (Data link Layer)
Канальный уровень отвечает за передачу данных между узлами в рамках одной локальной сети. При этом под узлом понимается любое устройство, подключенное к сети.
Этот уровень выполняет адресацию по физическим адресам (МАС-адресам), «вшитым» в сетевые адаптеры предприятием-изготовителем. Каждый сетевой адаптер имеет свой уникальный МАС-адрес, то есть вы не найдете две сетевые платы с одним и тем же МАС-адресом.
Канальный уровень переводит поступившую с верхнего уровня информацию в биты, которые потом будут переданы физическим уровнем по сети. Он разбивает пересылаемую информацию на фрагменты данных — кадры (frames).
На этом уровне открытые системы обмениваются именно кадрами. Процесс пересылки выглядит примерно так: канальный уровень отправляет Кадр физическому уровню, который отправляет кадр в сеть. Этот кадр получает каждый узел сети и проверяет, соответствует ли адрес пункта назначения адресу этого узла. Если адреса совпадают, канальный уровень принимает кадр и передает наверх вышележащим уровням. Если же адреса не совпадают, то он просто игнорирует кадр. Таким образом, сеть на канальном уровне является широковещательной.
В используемых в локальных сетях протоколах канального уровня заложена определенная топология. Топологией называется способ организации физических связей и способы их адресации. Канальный уровень обеспечивает доставку данных между узлами в сети с определенной топологией, то есть для которой он разработан. К основным топологиям относятся:
1. Общая шина.
2. Кольцо.
3. Звезда.
Протоколы канального уровня используются компьютерами, мостами, маршрутизаторами. Глобальные сети (в том числе и Интернет) редко обладают регулярной топологией, поэтому канальный уровень обеспечивает связь только между компьютерами, соединенными индивидуальной линией связи.
Для доставки данных через всю глобальную сеть используются средства сетевого уровня (протоколы «точка-точка»). Примерами протоколов «точка-точка» могут послужить РРР, LAP-B. О них речь пойдет далее.
3 Сетевой уровень (Network Layer)
Данный уровень служит для образования единой транспортной системы, которая объединяет несколько сетей. Другими словами, сетевой уровень обеспечивает межсетевое взаимодействие.
На сетевом уровне термин сеть следует понимать как совокупность компьютеров, которые соединены в соответствии с одной из основных топологий и использующих для передачи данных один из протоколов канального уровня.
Сети соединяются специальными устройствами — маршрутизаторами. Маршрутизатор собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на основании этой информации пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения.
Чтобы передать сообщение от компьютера-отправителя компьютеру-адресату, который находится в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач между сетями. Иногда их еще называют хопами (от англ. hop — прыжок). При этом каждый раз выбирается подходящий маршрут.
Сообщения на сетевом уровне называются пакетами. При этом на сетевом уровне работают несколько видов протоколов. Прежде всего — это сетевые протоколы, которые обеспечивают передвижение пакетов по сети, в том числе в другую сеть. Поэтому довольно часто к сетевому уровню относят протоколы маршрутизации (routing protocols) — RIP и OSPF.
Еще одним видом протоколов, работающих на сетевом уровне, являются протоколы разрешения адреса — Address Resolution Protocol (ARP). Хотя эти протоколы иногда относят и к канальному уровню.
Классические примеры протоколов сетевого уровня: IР (стек TCP/IP), IPX (стек Novell).
4 Транспортный уровень (Transport Layer)
На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть искажены или утеряны. Некоторые приложения самостоятельно выполняют обработку ошибок при передаче данных, но большинство все же предпочитают иметь дело с надежным соединением, которое как раз и призван обеспечить транспортный уровень. Этот уровень обеспечивает требуемую приложению или верхнему уровню (сеансовому или прикладному) надежность доставки пакетов. На транспортном уровне определены пять классов сервиса:
1. Срочность.
2. Восстановление прерванной связи.
3. Наличие средств мультиплексирования нескольких соединений.
4. Обнаружение ошибок.
5. Исправление ошибок.
Обычно уровни модели OSI, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются на программном уровне соответствующими компонентами операционных систем.
Примеры протоколов транспортного уровня: TCP и UDP (стек TCP/IP), SPX (стек Novell).
5 Сеансовый уровень (Session Layer)
Сеансовый уровень устанавливает и разрывает соединения между компьютерами, управляет диалогом между ними, а также предоставляет средства синхронизации. Средства синхронизации позволяют вставлять определенную контрольную информацию в длинные передачи (точки). Благодаря этому, в случае обрыва связи, можно вернуться назад (к последней точке) и продолжить передачу с места обрыва.
Сеанс — это логическое соединение между компьютерами. Каждый сеанс имеет три фазы:
1. Установление соединения. Здесь узлы «договариваются» между собой о протоколах и параметрах связи.
2. Передача информации.
3. Разрыв связи.
Не нужно путать сеанс сетевого уровня с сеансом связи. Пользователь может установить соединение с Интернетом, но не устанавливать ни с кем логического соединения, то есть не принимать и не передавать данные.
6 Представительный уровень (Presentation Layer)
Представительный уровень изменяет форму передаваемой информации, но не изменяет ее содержания. Например, средствами этого уровня может быть выполнено преобразование информации из одной кодировки в другую. Также на этом уровне выполняется шифрование и дешифрование данных.
Примером протокола представительного уровня может служить протокол SSL (Secure Socket Layer). Данный протокол обеспечивает секретный обмен данными.
7 Прикладной уровень (Application Layer)
Данный уровень представляет собой набор разнообразных протоколов, с помошью которых пользователи сети получают доступ к совместно используемым ресурсам. Единица данных называется сообщением.
Примеры протоколов: HTTP, FTP, TFTP, SMTP, POP, SMB, NFS. Функции уровней.
2.17.Передача пакетов по сети. Протоколы передачи. Стандартные стеки протоколов.
Перед передачей данные разбиваются на блоки (пакеты, кадры). Причины разбиения данных на пакеты: 1.Большие по объему данные заполняют сетевой кабель и препятствуют взаимодействию других компьютеров.
2.Возникновение ошибок при передаче больших по объему данных требует повторной передачи всего объема данных.
Разбиение данных на пакеты позволяют значительно экономить время. Повторно передается только один ошибочный пакет. Назначение пакетов: ускорение передачи данных по компьютерной сети.
Пакет (кадр ) –единица информации, передаваемой между устройствами сети как единое целое. Это логическая единица информации.
Структура пакета. Состоит из трех частей: 1. Заголовок
2. Поле данных
3.CRC
Заголовки хранят адреса (отправителя, получателя) и служебную информацию (тип пакета, размер пакета, время жизни и др.). размер пакета от 128 Байт до 64 Кбайт. Зависит от используемых протоколов и от архитектуры сети.
Передача пакетов по сети.
Процесс формирования пакета начинается на прикладном уровне. Формат и размер пакета определяется сетевыми протоколами. На ПК-отправителе данные двигаются сверху вниз. На каждом уровне добавляются к данным соответствующая информация.
Представительский уровень – форматирующая, шифрующая информация.
Сеансовый уровень – добавляется информация о графике. График – наличие передаваемых данных в сети.
Транспортный уровень – данные делятся на пакеты.
Сетевой уровень – адресация пакетов.
Канальный уровень – добавляется CRC-код.
Физический уровень – передача бит.
На ПК-получателе данные проходят уровни снизу вверх. На каждом уровне выполняется соответствующая служебная информация и удаляется из пакета. На транспортном уровне данные принимают первоначальный вид.
Протоколы передачи.
Типы протоколов по следующим признакам:
1. По уровням модели OSI.
2. По маршрутизации: маршрутизируемые и немаршрутизируемые.
Маршрутизируемые – это протоколы, которые поддерживают передачу данных между различными сетями по нескольким маршрутам.Чтобы работали эти сети требуются маршрутизационные протоколы..
Немаршрутизируемые – NetBevi. маршрутизатор
3. По разработчику. Протоколы: SNA – IBM, DECNet - Digital Eguip Cor, ЛВС1 ЛВС2
IPX/SPX - IBM Microsoft, TCP/IP – USA,
AppleTalk – Apple Corp.
Разработчики протоколов различают четыре уровня протоколов, а не семь. TCP/IP
1-Прикладные протоколы. Они объединяют три верхних уровня модели OSI (прикладной, представительский, сеансовый). Например – HTTP, FTP.
2-Транспортные протоколы.(транспортный уровень OSI).Например–TCP–транспортный протокол TCP/IP.
3-Сетевые протоколы соответствуют сетевому уровню модели OSI. Например – IP.
4-Уровень сетевых архитектур. Два последних уровня – канальный и физический модели OSI. Например – Ethernet. TokenRing и т.д.
Стандартные стеки протоколов.
Протокол - это набор правил и процедур, которые регулируют порядок осуществления связи. Естественно, все компьютеры, которые принимают участие в обмене, должны работать по тем самым протоколам, чтобы по завершении передачи вся информация возобновлялась в первобытном виде.
Существует несколько стандартных наборов (или, как их еще называют, стеков) протоколов, которые получили в настоящий момент наиболее широкое распространение:
1. набор протоколов ISO/OSI;
2. IBM System Network Architecture (SNA);
3. DigitalDecnet;
4. NovellNetware;
5. AppleAppletalk;
6. набор протоколов глобальной сети Internet, Tcp/ip.
Стек OSI
Стоит четко различать модель OSI и стек OSI. В то время как модель OSIявляется концептуальной схемой взаимодействия открытых систем, стек OSI являет собой набор полностью конкретных спецификаций протоколов. В отличие от других стеков протоколов стек OSIполностью отвечает модели OSI, он включает спецификации протоколов для всех семь уровней взаимодействия, определенных в этой модели.
На нижних уровнях стек OSIподдерживает Ethernet, TokenRing, FDDI, протоколы глобальных сетей, Х.25 и ISDN, - то есть использует разработанные поза стека протоколы нижних уровней, как и все другие стеки. Протоколы сетевого, транспортного и сеансового уровней стека OSI специфицированы и реализованы разными производителями, но распространены пока мало. Наиболее популярными протоколами стека OSIявляются прикладные протоколы. К ним относятся: протокол передачи файлов FTAM, протокол эмуляции терминала VTP, протоколы справочной службы Х.500, электронной почты Х.400 и ряд, других.
Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США больше 20 лет тому назад для связи экспериментальной сети Arpanetс другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды.
Стек TCP/IPна нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей - это Ethernet, TokenRing, FDDI, для глобальных - протоколы работы на аналоговых, что коммутируются и выделенных линиях SLIP, РРР протоколы территориальных сетей Х.25 и ISDN.
Основными протоколами стека, которые дали ему название, есть протоколы IP и TCP. Эти протоколы в терминологии модели OSIотносятся к сетевому и транспортному уровням соответственно. IP обеспечивает продвижение пакета по сложной сети, а TCP гарантирует надежность его доставки.
Сегодня стек TCP/IP являет собой один из самых распространенных стеков транспортных протоколов вычислительных сетей. Действительно, только в сети Internet объединено около 10 миллионов компьютеров по всем мире, которые взаимодействуют друг с другом с помощью стека протоколов TCP/IP.
Стек IPX/SPX
Этот стек является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell, разработанным для сетевой операционной системы Netware еще в начале 80-х годов. Протоколы сетевого и сеансового уровней InternetworkPacketExchange (IPX) и Sequenced Packet Exchange (SPX), которые дали название стеку, являются прямой адаптацией протоколов XNSфирмы Xerox, распространенных в намного меньшей степени, чем стек Ipx/spx. Популярность стека Ipx/spx непосредственно связана с операционной системой Novell Netware.
Cтек Ipx/spx долгое время ограничивался распространенность его только сетями Netware, потому что он является собственностью фирмы Novellи на его реализацию нужно получать лицензию (то есть открытые спецификации не поддерживались). В настоящий момент стек Ipx/spx реализован не только в Netware, но и в нескольких других популярных сетевых ОС, например SCOUNIX, Sun Solaris, Microsoft Windows.
Стек Netbios/smb
Этот стек широко используется в продуктах компаний IBM и Microsoft. На физическом и канальном уровнях этого стека используются все самые распространенные протоколы Ethernet, TokenRing, FDDIи другие. На верхних уровнях работают протоколы NETBEUIи SMB.
Протокол NETBIOS (NetworkBasic Input/output System) появился в 1984 году как сетевое расширение стандартных функций базовой системы введения/вывода (BIOS) IBMPCдля сетевой программы PC Network фирмы IBM. В дальнейшем этот протокол был заменен так называемым протоколом расширенного користувальницкого интерфейса NETBEUI- NETBIOS Extended User Interface. Для обеспечения совместимости дополнений как интерфейс к протоколу NETBEUI был сохранен интерфейс NETBIOS. Протокол NETBEUI разрабатывался как эффективный протокол, который потребляет немного ресурсов и предназначенный для сетей, которые насчитывают не больше 200 рабочих станций. Этот протокол содержит много полезных сетевых функций, которые можно отнести к сетевому, транспорного и сеансового уровней модели OSI, однако с его помощью невозможна маршрутизация пакетов. Это ограничивает применение протокола NETBEUI локальными сетями, не разделенными на подсети, и делает невозможным его использование в сложных сетях. Некоторые ограничения NETBEUI снимаются реализацией этого протокола NBF (NETBEUIFram
