Все эти стеки, кроме SNA на нижних уровнях - физическом и канальном, - используют одни и те же хорошо стандартизованные протоколы Ethernet , Token Ring , FDDI и ряд других, которые позволяют задействовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим протоколам. Эти протоколы часто не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. В частности, функции сеансового и представительного уровня, как правило, объединены с прикладным уровнем. Такое несоответствие связано с тем, что модель OSI появилась как результат обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не наоборот.
Следует четко различать модель OSI и стек OSI . Если модель OSI является концептуальной схемой взаимодействия открытых систем , то стек OSI представляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов.
В отличие от других стеков протоколов, стек OSI полностью соответствует модели OSI , он включает спецификации протоколов для всех семи уровней взаимодействия, определенных в этой модели. На нижних уровнях стек OSI поддерживает Ethernet, Token Ring , FDDI , протоколы глобальных сетей, X.25 и ISDN , - то есть использует разработанные вне стека протоколы нижних уровней, как и все другие стеки. Протоколы сетевого, транспортного и сеансового уровней стека OSI специфицированы и реализованы различными производителями, но распространены пока мало. Наиболее популярными протоколами стека OSI являются прикладные протоколы. К ним относятся: протокол передачи файлов FTAM, протокол эмуляции терминала VTP, протоколы справочной службы X.500, электронной почты X.400 и ряд других.
Протоколы стека OSI отличаются сложностью и неоднозначностью спецификаций . Эти свойства стали результатом общей политики разработчиков стека, стремившихся учесть в своих протоколах все случаи и все существующие технологии. К этому нужно еще добавить и последствия большого количества политических компромиссов, неизбежных при принятии международных стандартов по такому злободневному вопросу, как построение открытых вычислительных сетей.
Из-за своей сложности протоколы OSI требуют больших затрат вычислительной мощности центрального процессора, что делает их наиболее подходящими для мощных машин, а не для сетей персональных компьютеров.
Стек OSI - независимый от производителей международный стандарт . Его поддерживает правительство США в своей программе GOSIP, в соответствии с которой все компьютерные сети, устанавливаемые в правительственных учреждениях США после 1990 года, должны или непосредственно поддерживать стек OSI , или обеспечивать средства для перехода на этот стек в будущем. Тем не менее, стек OSI более популярен в Европе, чем в США, так как в Европе осталось меньше старых сетей, работающих по собственным протоколам. Большинство организаций пока только планируют переход к стеку OSI , и очень немногие приступили к созданию пилотных проектов. Из тех, что работают в этом направлении, можно назвать Военно-морское ведомство США и сеть NFSNET. Одним из крупнейших производителей, поддерживающих OSI , является компания AT&T, ее сеть Stargroup полностью базируется на этом стеке.
Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Большой вклад в развитие стека TCP/IP , который получил свое название от популярных протоколов IP и TCP, внесли специалисты из университета Беркли, реализовавшие протоколы стека в версии ОС UNIX. Популярность этой операционной системы привела к широкому распространению протоколов TCP, IP и других протоколов стека. Сегодня этот стек используется для связи компьютеров всемирной информационной сети Internet, а также в огромном количестве корпоративных сетей.
Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей - это Ethernet, Token Ring , FDDI , для глобальных - протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP, PPP, протоколы территориальных сетей X.25 и ISDN .
Основными протоколами стека, давшими ему название, являются протоколы IP и TCP. Эти протоколы в терминологии модели OSI относятся к сетевому и транспортному уровням, соответственно. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, а TCP гарантирует надежность его доставки.
За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP вобрал в себя большое количество протоколов прикладного уровня. К ним относятся такие популярные протоколы, как протокол пересылки файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы службы WWW и многие другие.
Сегодня стек TCP/IP представляет собой один из самых распространенных стеков транспортных протоколов вычислительных сетей.
Действительно, только в сети Internet объединено около 10 миллионов компьютеров по всему миру, которые взаимодействуют друг с другом с помощью стека протоколов TCP/IP .
Стремительный рост популярности Internet привел и к изменениям в расстановке сил в мире коммуникационных протоколов - протоколы TCP/IP , на которых построен Internet, стали быстро теснить бесспорного лидера прошлых лет - стек IPX/SPX компании Novell. Сегодня в мире общее количество компьютеров, на которых установлен стек TCP/IP , превысило количество компьютеров, на которых работает стек IPX/SPX , и это говорит об изменении отношения администраторов локальных сетей к протоколам, используемым на настольных компьютерах, так как именно на них раньше почти везде работали протоколы компании Novell, необходимые для доступа к файловым серверам NetWare . Процесс продвижения стека TCP/IP на лидирующие позиции в любых типах сетей продолжается, и сейчас в комплекте поставки любой промышленной операционной системы обязательно имеется программная реализация этого стека.
Хотя протоколы TCP/IP неразрывно связаны с Internet, и каждый из многомиллионной армады компьютеров Internet работает на основе этого стека, существует большое количество локальных, корпоративных и территориальных сетей, непосредственно не являющихся частями Internet, в которых также используются протоколы TCP/IP . Чтобы отличать эти сети от Internet, их называют сетями TCP/IP или просто IP-сетями.
Поскольку стек TCP/IP изначально создавался для глобальной сети Internet, он имеет много особенностей, которые обеспечивают ему преимущество перед другими протоколами, когда речь заходит о построении сетей, включающих глобальные связи. В частности, очень полезным свойством, благодаря которому этот протокол может применяться в больших сетях, является его способность фрагментировать пакеты. Действительно, сложная составная сеть часто состоит из сетей, построенных на совершенно разных принципах. В каждой из этих сетей может быть установлена собственная величина максимальной длины единицы передаваемых данных (кадра). В таком случае при переходе из одной сети, имеющей большую максимальную длину, в другую, с меньшей максимальной длиной, может возникнуть необходимость разделения передаваемого кадра на несколько частей. Протокол IP стека TCP/IP эффективно решает эту задачу.
Другой особенностью технологии TCP/IP является гибкая система адресации, позволяющая более просто по сравнению с другими протоколами аналогичного назначения включать в интерсеть (объединенную или составную сеть) сети других технологий. Это свойство также способствует применению стека TCP/IP для построения больших гетерогенных сетей.
В стеке TCP/IP очень экономно используются возможности широковещательных рассылок. Это свойство просто необходимо при работе на медленных каналах связи, характерных для территориальных сетей.
Однако платой за преимущества здесь оказываются высокие требования к ресурсам и сложность администрирования IP-сетей. Для реализации мощных функциональных возможностей протоколов стека TCP/IP требуются большие вычислительные затраты. Гибкая система адресации и отказ от широковещательных рассылок приводят к наличию в IP-сети различных централизованных служб типа DNS, DHCP и т. п. Каждая из этих служб упрощает администрирование сети и конфигурирование оборудования, но в то же время сама требует пристального внимания со стороны администраторов.
Можно приводить и другие доводы за и против, однако факт остается фактом - сегодня TCP/IP самый популярный стек протоколов , широко используемый как в глобальных, так и в локальных сетях.
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 Internetwork Packet Exchange ( IPX и Sequenced Packet Exchange, SPX ), которые дали название стеку, являются прямой адаптацией протоколов XNS фирмы Xerox, распространенных в гораздо меньшей степени, чем стек IPX/SPX .
Популярность стека IPX/SPX непосредственно связана с операционной системой Novell NetWare , которая долгое время сохраняла мировое лидерство по числу установленных систем, хотя в последнее время ее популярность намного снизилась, и по темпам роста она заметно отстает от Microsoft Windows NT.
Многие особенности стека IPX/SPX обусловлены ориентацией ранних версий ОС NetWare (до версии 4.0) на работу в локальных сетях небольших размеров, состоящих из персональных компьютеров со скромными ресурсами. Понятно, что для таких компьютеров компании Novell нужны были протоколы, на реализацию которых требовалось бы минимальное количество оперативной памяти (ограниченной в IBM-совместимых компьютерах под управлением MS-DOS объемом 640 Кбайт) и которые быстро работали бы на процессорах небольшой вычислительной мощности. В результате протоколы стека IPX/SPX до недавнего времени хорошо работали в локальных сетях и не очень - в больших корпоративных сетях, так как они слишком перегружали медленные глобальные связи широковещательными пакетами, которые интенсивно используются несколькими протоколами этого стека (например, для установления связи между клиентами и серверами). Это обстоятельство, а также тот факт, что стек IPX/SPX является собственностью фирмы Novell, и на его реализацию нужно получать лицензию (то есть открытые спецификации не поддерживались), долгое время ограничивали его поле деятельности только сетями
Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей является стандартизациякоммуникационных протоколов. В настоящее время в сетях используется большое количество стеков коммуникационных протоколов. Наиболее популярны следующие стеки: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, DECnet, SNA, OSI.
Все эти стеки, кроме SNA на нижних уровнях - физическом и канальном, - используют одни и те же хорошо стандартизованные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и ряд других, которые позволяют задействовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим протоколам. Эти протоколы часто не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни.
Модель OSI является концептуальной схемой взаимодействия открытых систем, а стек OSI представляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов.
В отличие от других стеков протоколов, стек OSI полностью соответствует модели OSI, он включает спецификации протоколов для всех семи уровней взаимодействия, определенных в этой модели. На нижних уровнях стек OSI поддерживает Ethernet, Token Ring, FDDI, протоколы глобальных сетей, X.25 и ISDN, - то есть использует разработанные вне стека протоколы нижних уровней, как и все другие стеки. Протоколы сетевого, транспортного и сеансового уровней стека OSI специфицированы и реализованы различными производителями, но распространены пока мало. Наиболее популярными протоколами стека OSI являются прикладные протоколы. К ним относятся: протокол передачи файлов FTAM, протокол эмуляции терминала VTP, протоколы справочной службы X.500, электронной почты X.400 и ряд других.
Протоколы стека OSI отличаются сложностью и неоднозначностью спецификаций. Эти свойства стали результатом общей политики разработчиков стека, стремившихся учесть в своих протоколах все случаи и все существующие технологии. К этому нужно еще добавить и последствия большого количества политических компромиссов, неизбежных при принятии международных стандартов по такому злободневному вопросу, как построение открытых вычислительных сетей.
Из-за своей сложности протоколы OSI требуют больших затрат вычислительной мощности центрального процессора, что делает их наиболее подходящими для мощных машин, а не для сетей персональных компьютеров.
Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Большой вклад в развитие стека TCP/IP, который получил свое название от популярных протоколов IP и TCP, внесли специалисты из университета Беркли, реализовавшие протоколы стека в версии ОС UNIX. Популярность этой операционной системы привела к широкому распространению протоколов TCP, IP и других протоколов стека. Сегодня этот стек используется для связи компьютеров всемирной информационной сети Internet, а также в огромном количестве корпоративных сетей.
Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей - это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных - протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP, PPP, протоколы территориальных сетей X.25 и ISDN.
Основными протоколами стека, давшими ему название, являются протоколы IP и TCP. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, а TCP гарантирует надежность его доставки.
За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP вобрал в себя большое количество протоколов прикладного уровня. К ним относятся такие популярные протоколы, как протокол пересылки файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы службы WWW и многие другие.
Может применяться в больших сетях, является его способность фрагментировать пакеты. Действительно, сложная составная сеть часто состоит из сетей, построенных на совершенно разных принципах. В каждой из этих сетей может быть установлена собственная величина максимальной длины единицы передаваемых данных (кадра). В таком случае при переходе из одной сети, имеющей большую максимальную длину, в другую, с меньшей максимальной длиной, может возникнуть необходимость разделения передаваемого кадра на несколько частей. Протокол IP стека TCP/IP эффективно решает эту задачу.
Гибкая система адресации, позволяющая проще по сравнению с другими протоколами аналогичного назначения включать в интерсеть сети других технологий.
В стеке TCP/IP очень экономно используются возможности широковещательных рассылок. Это свойство просто необходимо при работе на медленных каналах связи, характерных для территориальных сетей.
Для реализации мощных функциональных возможностей протоколов стека TCP/IP требуются большие вычислительные затраты. Гибкая система адресации и отказ от широковещательных рассылок приводят к наличию в IP-сети различных централизованных служб типа DNS, DHCP и т. п. Каждая из этих служб упрощает администрирование сети и конфигурирование оборудования, но в то же время сама требует пристального внимания со стороны администраторов.
Министерство Общего и Профессионального Образования Российской Федерации
Государственное Общеобразовательное Учреждение Высшего Профессионального
Образования Московский Государственный Технологический Университет
«Станкин»
Факультет «Информационных Технологий»
Семиуровневая модель OSI.
Стеки протоколов.
Выполнил: студент группы И-7-7
Ярповецкий-
Проверил:
МОСКВА-2008
История OSI………………………………………………………………………………………………..2
Краткое описание OSI………………………………………………………………………………..3
Уровни модели OSI……………………………………………………………………………………4
Пример связи тип OSI………………………………………………………………………………..5
Прикладной уровень (Application layer) ……………………………….…………………..7
Уровень представления (Presentation layer) …………………………………………….7
Сеансовый уровень (Session Layer) …………………………………………………………..8
Транспортный уровень (Transport Layer) ………………………………………………...8
Сетевой уровень (Network Layer) ……………………………………………………………..9
Канальный уровень (Data link Layer) ……………………………………………………….10
Физический уровень …………………………………………………………………...……..……13
Сетезависимые и сетенезависимые уровни……………………………………………...14
Стандартные стеки коммуникационных протоколов……………………….……...16
Модель OSI и стек TCP IP……………………………………………………………..…………....18
Инкапсуляция и обработка пакетов………………………………………………………….19
Список использованных материалов………………………………………….……………..20
История OSI
Обмен информацией между компьютерами различных схем является чрезвычайно сложной задачей.
К концу 70-х годов в мире существовало большое количество фирменных стеков коммуникационных протоколов, среди которых можно выделить, такие популярные в свое время стеки, как DECnet, TCP/IP и SNA. Однако это привело к проблеме с совместимостью устройств, использующих, выпущенных различными производителями и использующих разные протоколы.
Одним из вариантов решения этой проблемы являлась разработка и последующий всеобщий переход на единый, общий для всех систем стек протоколов, созданный с учетом опыта разработки уже существующих стеков. Такой академический подход к созданию нового стека начался с разработки модели OSI (базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем, Open Systems Interconnection Basic Reference Model) и занял семь лет (с 1977 по 1984 год). Она разрабатывалась в качестве универсального языка для сетевых специалистов, в связи с чем ее иногда называют справочной моделью. Серьезное участие в разработке OSI приняли ISO (International Standards Organization) и ITU (International Telecommunication Union)
В 1984 году шестилетняя работа ISO над эталонной моделью архитектуры сети передачи данных завершилась публикацией международного стандарта 7498, который был использован Международным союзом по телекоммуникациям при разработке стандарта ITU-T Х.200. Оба документа имеют общее название - эталонная модель взаимодействия открытых систем, или модель OSI.
С тех пор ее используют практически все производители сетевых продуктов. Как и любая универсальная модель, OSI довольно громоздка, избыточна и не отличается гибкостью. Поэтому реальные сетевые средства, предлагаемые рядом фирм, не всегда придерживаются принятого разделения функций.
Краткое описание OSI
Назначение модели OSI состоит в обобщенном представлении средств сетевого взаимодействия.
Модель OSI не содержит описаний реализаций конкретного набора протоколов.
Модель OSI определяет:
· уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов
· стандартные названия уровней
· функции, которые должен выполнять каждый уровень.
Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые операционной системой, системными утилитами, системными аппаратными средствами. Модель не включает средства взаимодействия приложений конечных пользователей. Важно различать уровень взаимодействия приложений и прикладной уровень семиуровневой модели.
Приложения могут реализовывать собственные протоколы взаимодействия, используя для этих целей многоуровневую совокупность системных средств. Именно для этого в распоряжение программистов предоставляется прикладной программный интерфейс (Application Program Interface, API). В соответствии с идеальной схемой модели OSI приложение может обращаться с запросами к самому верхнему уровню - уровню приложений, однако на практике многие стеки коммуникационных протоколов предоставляют возможность программистам напрямую обращаться к сервисам, или службам, расположенным ниже уровней.
Например, некоторые СУБД имеют встроенные средства удаленного доступа к файлам. В этом случае приложение, выполняя доступ к удаленным ресурсам, не использует системную файловую службу; оно обходит верхние уровни модели OSI и обращается непосредственно к ответственным за транспортировку
Уровни модели OSI
В модели OSI определена полная архитектура системы передачи данных, состоящая из семи уровней. Какой-либо специфической причины, определившей наличие именно такого количества уровней, не существует, просто выполняемые моделью функции были условно разделены на семь групп. Три нижних уровня ответствуют физическому, канальному и пакетному уровням сети Х.25. Другая пакетная сеть, Frame Relay, соответствует двум нижним уровням модели ОSI. Оптимизация функций, позволяющая Frame Relay работать на уровне 2, существенно увеличивает пропускную способность этой пакетной сети по сравнению с пропускной способностью сети Х.25, о чем будет рассказано далее.
Протоколы существуют, продолжая разрабатываться, и для систем других видов: факсимильной связи, интегрированных сетей передачи речевых сигналов и цифровых данных, а также видеотекста.
Ниже приведены официальные названия всех семи уровней, начиная с верхнего.
|
При этом вышестоящие уровни выполняют более сложные, глобальные задачи, для чего используют в своих целях нижестоящие уровни, а также управляют ими. Цель нижестоящего уровня – предоставление услуг вышестоящему уровню, причем вышестоящему уровню не важны детали выполнения этих услуг. Нижестоящие уровни выполняют более простые и конкретные функции.
Физический и канальный уровни модели OSI реализуются аппаратным и программным обеспечением ; остальные пять высших уровней в большинстве случаев реализуются программным обеспечением.
В идеале каждый уровень взаимодействует только с теми, которые находятся рядом с ним (выше и ниже него). Верхний уровень соответствует прикладной задаче, работающему в данный момент приложению, нижний – непосредственной передаче сигналов по каналу связи.
Справочная модель OSI описывает, каким образом информация проделывает путь через среду сети (например, витую пару или оптоволокно) от одной прикладной до другой прикладной программы, установленной на другом компьютере. Так как информация, которая должна быть отослана, проходит вниз через уровни системы, по мере этого продвижения она становится все менее доступной для понимания и все больше похожей на ту информацию, которую понимают компьютеры, а именно единицы и нули.
При поступлении данных от приложения на каждом уровне к ним добавляется соответствующий заголовок. Данные с последовательностью заголовков передаются по каналу связи к месту назначения, где заголовки удаляются по мере передачи данных от уровня к уровню принимающей системы. На рис.1 показано соотношение семи уровней с системой, три уровня которой соответствуют уровням сети Х.25. (В этом случае заголовок пакета обозначен символами NH и соответствует сетевому уровню.) Исключив функционирование третьего уровня, можно существенно увеличить пропускную способность пакетной сети.
Рис. 1. Семиуровневая модель OSI
Пример связи тип OSI
Предположим, что Система А должна отправить в Систему В определенный текст, который в данном случае будет играть роль данных или информации
Сначала этот текст передается из прикладной программы Системы А в верхний (прикладной) уровень системы. Прикладной уровень Системы А должен передать данную информацию в прикладной уровень Системы В.
Уровневая модель OSI исключает прямую связь между соответствующими уровнями других систем. Следовательно, каждый уровень Системы А должен полагаться на услуги, предоставляемые ему смежными уровнями Системы А, поэтому он помещает управляющую информацию в форме кодированного заголовка перед фактическим текстом (данными), который должен быть передан. Этот информационный блок передается в нижестоящий Уровень 6 Системы А, который может дополнить его своей управляющей информацией.
Рис. 2. Путь информации от абонента к абоненту
Таким образом, размеры сообщения увеличиваются по мере того, как оно проходит вниз через уровни до тех пор, пока не достигнет сети, где оригинальный текст и вся связанная с ним управляющая информация разных уровней перемещаются к Системе В, где они принимаются Уровнем 1 Системы В. Уровень 1 Системы В отделяет заголовок уровня 1 и считывает его, после чего он знает, как обрабатывать данный информационный блок. Слегка уменьшившийся в размерах информационный блок (уже без информации 1 Уровня) передается в Уровень 2, который соответственно отделяет заголовок Уровня 2, анализирует его, чтобы узнать о действиях, которые он должен выполнить, и передает оставшиеся данные на Уровень 3.... Когда информационный блок пройдя через все уровни Системы В, доходит до прикладной программы Системы В, он должен содержать только оригинальный текст.
Рис. 3 иллюстрирует процесс передачи данных и управляющей информации между Уровнями
Рис. 3. Вложенность сообщений различных уровней
7. Прикладной уровень (Application layer )
Прикладной уровень - это самый близкий к пользователю уровень OSI. Он отличается от других уровней тем, что не обеспечивает услуг ни одному из других уровней OSI; однако он обеспечивает ими прикладные процессы, лежащие за пределами масштаба модели OSI.
Он обеспечивает услуги, непосредственно поддерживающие приложения пользователя, например, программные средства передачи файлов, доступа к базам данных , средства электронной почты, службу регистрации на сервере. Этот уровень управляет всеми остальными шестью уровнями. Например, если пользователь работает с электронными таблицами Excel и решает сохранить рабочий файл в своей директории на сетевом файл-сервере, то прикладной уровень обеспечивает перемещение файла с рабочего компьютера на сетевой диск прозрачно для пользователя.
Прикладной уровень идентифицирует и устанавливает наличие предполагаемых партнеров для связи, синхронизирует совместно работающие прикладные программы, а также устанавливает соглашение по процедурам устранения ошибок и управления целостностью информации. Прикладной уровень также определяет, имеется ли в наличии достаточно ресурсов для предполагаемой связи.
К числу наиболее распространенных протоколов верхних уровней относятся:
· FTP - протокол переноса файлов
· TFTP - упрощенный протокол переноса файлов
· X.400 - электронная почта
· SMTP - простой протокол почтового обмена
· CMIP - общий протокол управления информацией
· SNMP - простой протокол управления сетью
· NFS - сетевая файловая система
· FTAM - метод доступа для переноса файлов
Единица данных – Сообщение (message)
6. Уровень представления (Presentation layer )
Протоколы уровня представления обычно являются составной частью функций трех верхних уровней модели.
Уровень представления отвечает за возможность диалога между приложениями на разных машинах. Этот уровень обеспечивает, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой для прикладного уровня другой системы. При необходимости представительный уровень осуществляет трансляцию между множеством форматов представления информации путем использования общего формата представления информации.
Кроме того уровень Представления занят не только форматом и представлением фактических данных пользователя, но также структурами данных, которые используют программы. Поэтому кроме трансформации формата фактических данных (если она необходима), представительный уровень согласует синтаксис передачи данных для прикладного уровня.
С помощью средств данного уровня протоколы прикладных уровней могут преодолеть синтаксические различия в представлении данных или же различия в кодах символов, например кодов ASCII и EBCDIC. На этом уровне могут выполняться шифрование и дешифрирование данных, благодаря которым секретность обмена данными обеспечивается сразу 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.
5. Сеансовый уровень (Session Layer)
Сеансовый уровень устанавливает, управляет и завершает сеансы взаимодействия между прикладными задачами. Сеансы состоят из диалога между двумя или более объектами представления. Сеансовый уровень синхронизирует диалог между объектами представительного уровня и управляет обменом информации между ними.
Существует три режима установки сеансов: симплексный (передача данных в одном направлении), полудуплексный (передача данных поочередно в двух направлениях) и полнодуплексный (передача данных одновременно в двух направлениях).
Сеансовый уровень может также вставлять в поток данных специальные контрольные точки, которые позволяют в ходе длинных передач сохранять информацию о состоянии этих передач в виде контрольных точек, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, а не начинать все с начала.
Этот же уровень распознает логические имена абонентов, контролирует предоставленные им права доступа.
На практике немногие приложения используют сеансовый уровень, и он редко реализуется в виде отдельных протоколов. Функции этого уровня часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.
4. Транспортный уровень (Transport Layer)
Граница между сеансовым и транспортным уровнями может быть представлена как граница между протоколами прикладного уровня и протоколами низших уровней. В то время как прикладной, представительный и сеансовый уровни заняты прикладными вопросами, четыре низших уровня решают проблемы транспортировки данных.
Транспортный уровень обеспечивает доставку пакетов без ошибок и потерь, а также в нужной последовательности.
Модель OSI определяет пять классов транспортного сервиса от низшего класса 0 до высшего класса 4. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплексирования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное - способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.
Выбор класса сервиса транспортного уровня определяется, с одной стороны, тем, в какой степени задача обеспечения надежности решается самими приложениями и протоколами более высоких, чем транспортный, уровней. С другой стороны, этот выбор зависит от того, насколько надежной является система транспортировки данных в сети, обеспечиваемая уровнями, расположенными ниже транспортного, - сетевым, канальным и физическим.
Здесь же производится разбивка передаваемых данных на блоки, помещаемые в пакеты, и восстановление принимаемых данных из пакетов. Доставка пакетов возможна как с установлением соединения (виртуального канала), так и без.
Все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными средствами конечных узлов сети - компонентами их сетевых операционных систем.
Наиболее распространенные протоколы транспортного уровня включают:
· TCP - протокол управления передачей
· NCP - NetWare Core Protocol
· SPX - упорядоченный обмен пакетами
· TP4 - протокол передачи класса 4
3. Сетевой уровень (Network Layer)
(3) , (4)
Сетевой уровень - это комплексный уровень, который отвечает за адресацию пакетов и перевод логических имен (логических адресов, например, IP-адресов или IPX-адресов) в физические сетевые MAC-адреса (и обратно), отвечает за деление пользователей на группы, обеспечивает прозрачную передачу пакетов на транспортный уровень и возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным "подсетям", которые могут находиться в разных географических пунктах.
Т. к. две конечные системы, желающие организовать связь, может разделять значительное географическое расстояние и множество подсетей, сетевой уровень является доменом маршрутизации. Протоколы маршрутизации выбирают оптимальные маршруты через последовательность соединенных между собой подсетей. Традиционные протоколы сетевого уровня передают информацию вдоль этих маршрутов.
Технология, позволяющая соединять в единую сеть множество сетей, в общем случае построенных на основе разных технологий, называется технологией межсетевого взаимодействия
Сети, использующие собственные технологии, могут связывать между собой любых пользователей своей сети, и не способны обеспечить передачу данных в другую сеть. Причинами такого положения вещей являются собственные форматы кадров каждой технологии и собственные стеки протоколов.
Чтобы связать между собой сети, построенные на основе столь отличающихся технологий, нужны дополнительные средства, и такие средства предоставляет сетевой уровень.
Функции сетевого уровня реализуются:
□ группой протоколов;
□ специальными устройствами - маршрутизаторами.
Для того чтобы протоколы сетевого уровня могли доставлять пакеты любому узлу составной сети, эти узлы должны иметь адреса, уникальные в пределах данной составной сети. Такие адреса называются сетевыми, или глобальными. Каждый узел составной сети, который намерен обмениваться данными с другими узлами составной сети, должен иметь сетевой адрес наряду с адресом, назначенным ему на канальном уровне. Например, на рис. 4.
Рис. 4. Пример составной сети
Сеть, используя свою канальную технологию, доставляет кадр с инкапсулированным в него пакетом по заданному адресу. Маршрутизатор извлекает пакет из прибывшего кадра и после необходимой обработки передает пакет для дальнейшей транспортировки в следующую сеть, предварительно упаковав его в новый кадр канального уровня в общем случае другой технологии. Таким образом, сетевой уровень играет роль координатора, организующего совместную работу сетей, построенных на основе разных технологий.
В общем случае функции сетевого уровня шире, чем обеспечение обмена в пределах составной сети. Так, сетевой уровень решает задачу создания надежных и гибких барьеров на пути нежелательного трафика между сетями.
На сетевом уровне определяются два вида протоколов.
Первый вид - маршрутизируемые протоколы - реализуют продвижение пакетов через сеть. Именно эти протоколы обычно имеют в виду, когда говорят о протоколах сетевого уровня. Второй вид - маршрутизирующие протоколы. С помощью этих протоколов маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсетевых соединений, на основании которой осуществляется выбор маршрута продвижения пакетов.
Наиболее часто на сетевом уровне используются протоколы:
· IP - протокол Internet
· IPX - протокол межсетевого обмена
· X.25 (частично этот протокол реализован на уровне 2)
· CLNP - сетевой протокол без организации соединений
2. Канальный уровень (Data link Layer)
Канальный уровень (другое название информационно-канальный уровень) обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный уровень отвечает за формирование пакетов (кадров) стандартного для данной сети (Ethernet, Token-Ring, FDDI) вида, включающих начальное и конечное управляющие поля. Здесь же производится управление доступом к сети, обнаруживаются ошибки передачи путем подсчета контрольных сумм , и производится повторная пересылка приемнику ошибочных пакетов.
Можно сказать, что канальные протоколы находятся на более высоком уровне по сравнению с физическими протоколами. Однако вся информация, использующаяся в протоколе канального уровня, в действительности содержится в потоке битов, передаваемом через последовательный интерфейс. Концептуально мы рассматриваем поля канальных протоколов как вложенные (содержащиеся внутри) в поток битов протоколов физического уровня или расположенные в них в виде слоев.
Чтобы в локальных сетях поддерживались различные методы доступа, комитет по стандартам IEEE 802 разделил канальный уровень модели OSI на два подуровня (рис. 5): управления логической связью (Logical Link Control, LLC) к управления доступом к среде (Media Access Control, MAC). Процедуры управления LLC определены рабочей группой 802.2 такими же, как и для протокола HDLC (High-level Data Link Control - высокоуровневый протокол управления каналом передачи данных) стандарта ITU Х.25 в сбалансированном режиме (LAPB). Сбалансированный режим предназначен для равноструктурированых сетей, в которых каждая станция может инициировать обмен данными с любой другой станцией.
Рис. 5. Канальный уровень
Помимо модели OSI существует также модель IEEE Project 802, принятая в феврале 1980 года (отсюда и число 802 в названии), которую можно рассматривать как модификацию, развитие, уточнение модели OSI. Стандарты, определяемые этой моделью (так называемые 802-спецификации) относятся к нижним двум уровням модели OSI и делятся на двенадцать категорий, каждой из которых присвоен свой номер:
802.1 - задает стандарты управления сетью на MAC-уровне, включая алгоритм Spanning Tree. Этот алгоритм используется для обеспечения единственности пути (отсутствия петель) в многосвязных сетях на основе мостов и коммутаторов с возможностью его замены альтернативным путем в случае выхода из строя. Документы также содержат спецификации сетевого управления и межсетевого взаимодействия.
802.2 - определяет функционирование подуровня LLC на канальном уровне модели OSI. LLC обеспечивает интерфейс между методами доступа к среде и сетевым уровнем. Прозрачные для вышележащих уровней функции LLC включают кадрирование, адресацию, контроль ошибок. Этот подуровень используется в спецификации 802.3 Ethernet, но не включен в спецификацию Ethernet II.
802.3 - описывает физический уровень и подуровень MAC для сетей с немодулированной передачей (baseband networks), использующих шинную топологию и метод доступа CSMA/CD. Этот стандарт был разработан совместно с компаниями Digital, Intel, Xerox и весьма близок к стандарту Ethernet. Однако стандарты Ethernet II и IEEE 802.3 не полностью идентичны и для обеспечения совместимости разнотипных узлов требуется применять специальные меры. 802.3 также включает технологии Fast Ethernet (100BaseTx, 100BaseFx, 100BaseFl).
802.5 - описывает физический уровень и подуровень MAC для сетей с кольцевой топологией и передачей маркеров. Этому стандарту соответствуют сети IBM Token Ring 4/16 Мбит/с.
802.8 - отчет TAG по оптическим сетям. Документ содержит обсуждение использования оптических кабелей в сетях 80, а также рекомендации по установке оптических кабельных систем.
802.9 - отчет рабочей группы по интеграции голоса и данных (IVD). Документ задает архитектуру и интерфейсы устройств для одновременной передачи данных и голоса по одной линии. Стандарт 802.9, принятый в 1993 году, совместим с ISDN и использует подуровень LLC, определенный в 802.2, а также поддерживает кабельные системы UTP (неэкранированные кабели из скрученных пар).
802.10 - в этом отчете рабочей группы по безопасности ЛВС рассмотрены вопросы обмена данными, шифрования, управления сетями и безопасности в сетевых архитектурах, совместимых с моделью OSI.
802.11 - имя рабочей группы, занимающейся спецификацией 100BaseVG Ethernet 100BaseVG. Комитет 802.3, в свою очередь, также предложил спецификации для Ethernet 100 Мбит/с.
Отметим, что работа комитета 802.2 послужила базой для нескольких стандартов (80, 802.12). Отдельные комитеты (80выполняют в основном информационные функции для комитетов, связанных с сетевыми архитектурами.
Отметим также, что разные комитеты 802.X задают разный порядок битов при передаче. Например, 802.3 (CSMA/CD) задает порядок LSB, при котором передается сначала наименее значимый бит (младший разряд), 802.5 (token ring) использует обратный порядок - MSB, как и ANSI X3T9.5 - комитет, отвечающий за архитектурные спецификации FDDI. Эти два варианта порядка передачи известны как "little-endian" (канонический) и "big-endian" (неканонический), соответственно. Эта разница в порядке передачи имеет существенное значение для мостов и маршрутизаторов, связывающих различные сети.
На канальном уровне работают такие промежуточные сетевые устройства, как, например, коммутаторы.
Наиболее часто используемые на уровне 2 протоколы включают:
Физический уровень (2)
Физический уровень определяет электротехнические , механические, процедурные и функциональные характеристики активации , поддержания и дезактивации физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют такие характеристики, как уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, физические соединители и другие аналогичные характеристики.
Протоколы данного уровня описывают физический обмен данными или передачу битов по физической среде между DTE. На физическом уровне определяются способ кодировки битов для передачи, порядок их передачи устройству и схема соединения с устройством.
Функции физического уровня реализуются на всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.
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, манчестерский код для представления данных в кабеле, а также некоторые другие характеристики среды и электрических сигналов.
Физический уровень не вникает в смысл информации, которую он передает. Для него эта информация представляет однородный поток битов, которые нужно доставить без искажений и в соответствии с заданной тактовой частотой (интервалом между соседними битами).
На физическом уровне работают такие сетевые устройства, как трансиверы, репитеры и репитерные концентраторы.
Для того чтобы различные типы среды передачи поддерживались единым стандартом, комитет IEEE разделил физический уровень на три подуровня (рис. 6). Подуровень физического кодирования определяет метод кодирования, используемый в различных типах среды. Подуровень привязки к физической среде преобразовывает сообщения подуровня физического кодирования в сообщения для передающей среды. Третий подуровень, зависящий от физической среды, определяет физический соединитель и его электрические свойства, используемые для соединения со средой. Обратите внимание, что на указанном рисунке представлены два стека, включающие по три подуровня, что позволяет показать назначение каждого подуровня; к тому же посредством определения дополнительных групп, содержащих по три подуровня, можно разработать дополнительные независимые от среды интерфейсы. Таким образом, разделение физического уровня на подуровни обеспечивает гибкость ЛВС при работе с использованием новейших типов среды, которые будут разработаны в дальнейшем.
Рис. 6. Разделение физического уровня на подуровни для поддержки мультимедийных приложений в высокоскоростных ЛВС
Сетезависимые и сетенезависимые уровни
Функции всех уровней модели OSI могут быть отнесены к одной из двух групп: либо к функциям, зависящим от конкретной технической реализации сети, либо к функциям, ориентированным на работу с приложениями.
Три нижних уровня - физический, канальный и сетевой - являются сетезависимыми, то есть протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией сети и используемым коммуникационным оборудованием. Например, переход на оборудование FDDI означает полную смену протоколов физического и канального уровней во всех узлах сети.
Три верхних уровня - прикладной, представительный и сеансовый - ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения сети. На протоколы этих уровней не влияют какие бы то ни было изменения в топологии сети, замена оборудования или переход на другую сетевую технологию. Так, переход от Ethernet на высокоскоростную технологию l00VG-AnyLAN не потребует никаких изменений в программных средствах, реализующих функции прикладного, представительного и сеансового уровней.
Транспортный уровень является промежуточным, он скрывает все детали функционирования нижних уровней от верхних. Это позволяет разрабатывать приложения, не зависящие от технических средств непосредственной транспортировки сообщений. На рис. 7 показаны уровни модели OSI, на которых работают различные элементы сети. Компьютер с установленной на нем сетевой ОС взаимодействует с другим компьютером с помощью протоколов всех семи уровней. Это взаимодействие компьютеры осуществляют опосредовано через различные коммуникационные устройства: концентраторы, модемы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, мультиплексоры. В зависимости от типа коммуникационное устройство может работать либо только на физическом уровне (повторитель), либо на физическом и канальном (мост), либо на физическом, канальном и сетевом, иногда захватывая и транспортный уровень (маршрутизатор). На рис. 8. показано соответствие функций различных коммуникационных устройств уровням модели OSI.
Рис. 7. Сетезависимые и сетенезависимые уровни модели OSI
Рис.8. Соответствие функций различных устройств сети уровням модели OSI
Стандартные стеки коммуникационных протоколов
Протокол – формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах.
Стек протоколов - иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети.
В настоящее время в сетях используется большое количество стеков коммуникационных протоколов. Наиболее популярными являются стеки:
Все эти стеки на нижних уровнях (физический и канальный) используют одни и те же стандартизированные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и некоторые другие, которые позволяют использовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим собственным протоколам.
Стандартные стеки протоколов (OSI , TCP )
1. Стек OSI представляет собой набор конкретных спецификаций протоколов. Он полностью соответствует модели OSI, включает протоколы для всех семи уровней взаимодействия. Наиболее популярными протоколами стека OSI являются прикладные протоколы: протокол передачи файлов (PTAM), эмуляции терминала (UTP), справочной службы (X.500), электронной почты (X.400).
Протокол – набор правил и процедур, регулирующих порядок осуществления связи.
2. Стек TCP / IP был разработан по инициативе министерства обороны США в 80-е годы для связи с экспериментальной сетью и другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды.
Сегодня стек TCP/IP используется для связи компьютеров всемирной информационной системы Internet, а также в огромном числе корпоративных сетей. Этот стек на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных – SLIP, PPP, протоколы терминальных сетей X.25, ISON.
Основными протоколами являются протоколы TCP и IP. Эти протоколы в модели OSI. Эти протоколы относятся к сетевому и транспортному уровням соответственно. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, а TCP гарантирует надёжность его доставки.
Стеки коммуникационных протоколов (IPX / SPX , NetBIOS )
3. Стек IPX/SPX (IPX – Interwork Packed Exchange; SPX – Sequenced Packed Exchange).
Этот стек является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell, разработанной для сетевой операционной системы NetWave в начале 80-х годов. Популярность стека связана непосредственно с операционной системой, которая ещё сохраняет лидерство по числу установленных систем.
На физическом и канальном уровнях в сетях Novell используются все популярные протоколы этих уровней (Ethernet, Token Ring, FDDI и другие). На сетевом уровне в стеке Novell работает протокол IPX, а также протоколы обмена маршрутной информацией RIP и NLSP (аналог протокола OSPF стека TCP/IP). IPX является протоколом, который занимается вопросами адресации и маршрутизации пакетов в сетях Novell. Маршрутные решения IPX основаны на адресных полях в заголовке его пакета, а также на информации, поступающей от протоколов обмена маршрутной информацией. Например, IPX использует информацию, поставляемую либо протоколом RIP, для передачи пакетов компьютеру назначения или следующему маршрутизатору. Протокол IPX поддерживает только дейтаграммный способ обмена сообщениями, за счет чего экономно потребляет вычислительные ресурсы. Протокол IPX обеспечивает выполнение трех функций: задание адреса, установление маршрута и рассылку дейтаграмм. Транспортному уровню модели OSI в стеке Novell соответствует протокол SPX, который осуществляет передачу сообщений с установлением соединений. На верхних прикладном, представительном и сеансовом уровнях работают протоколы NCP и SAP. Протокол NCP является протоколом взаимодействия сервера NetWare и оболочки рабочей станции. Этот протокол прикладного уровня реализует архитектуру клиент-сервер на верхних уровнях модели OSI. С помощью функций этого протокола рабочая станция производит подключение к серверу, отображает каталоги сервера на локальные буквы дисководов, просматривает файловую систему сервера, копирует удаленные файлы, изменяет их атрибуты и т. п., а также осуществляет разделение сетевого принтера между рабочими станциями.
4. Стек NetBIOS широко используется в продуктах компаний IBM, Microsoft . На верхних уровнях работают протоколы NetBEUI, SMB.
Протокол NetBIOS – Network Basic Input/Output System появился в 1984г как сетевое расширение стандартных функций базовой системы ввода/вывода, IBM PC для сетевой программы PC Network фирмы IBM. В дальнейшем этот протокол был заменён протоколом расширенного пользовательского интерфейса (NetBEUI).
Протокол NetBIOS работает на трех уровнях модели взаимодействия открытых систем: сетевом, транспортном и сеансовом. NetBIOS может обеспечить сервис более высокого уровня, чем протоколы IPX и SPX, однако не обладает способностью к маршрутизации. Таким образом, NetBIOS не является сетевым протоколом в строгом смысле этого слова. NetBIOS содержит много полезных сетевых функций, которые можно отнести к сетевому, транспортному и сеансовому уровням, однако с его помощью невозможна маршрутизация пакетов, так как в протоколе обмена кадрами NetBIOS не вводится такое понятие как сеть. Это ограничивает применение протокола NetBIOS локальными сетями, не разделенными на подсети. NetBIOS поддерживает как дейтаграммный обмен, так и обмен с установлением соединений. Протокол SMB, соответствующий прикладному и представительному уровням модели OSI, регламентирует взаимодействие рабочей станции с сервером. В функции SMB входят следующие операции:
Управление сессиями. Создание и разрыв логического канала между рабочей станцией и сетевыми ресурсами файлового сервера. Файловый доступ. Рабочая станция может обратиться к файл-серверу с запросами на создание и удаление каталогов, создание, открытие и закрытие файлов, чтение и запись в файлы, переименование и удаление файлов, поиск файлов, получение и установку файловых атрибутов, блокирование записей. Сервис печати. Рабочая станция может ставить файлы в очередь для печати на сервере и получать информацию об очереди печати. Сервис сообщений. SMB поддерживает простую передачу сообщений со следующими функциями: послать простое сообщение; послать широковещательное сообщение; послать начало блока сообщений; послать текст блока сообщений; послать конец блока сообщений; переслать имя пользователя; отменить пересылку; получить имя машины.
Модель OSI и стек TCP IP
Набор (стек) протоколов TCP/IP был специально разработан для глобальных сетей и для межсетевого взаимодействия. Он изначально ориентирован на низкое качество каналов связи, на большую вероятность ошибок и разрывов связей. Этот протокол принят во всемирной компьютерной сети Интернет, значительная часть абонентов которой подключается по коммутируемым линиям (то есть обычным телефонным линиям). Как и протокол IPX/SPX, протокол TCP/IP также поддерживает маршрутизацию. На его основе работают протоколы высоких уровней, такие как SMTP, FTP, SNMP. Недостаток протокола TCP/IP -более низкая скорость работы, чем у IPX/SPX. Однако сейчас протокол TCP/IP используется и в локальных сетях, чтобы упростить согласование протоколов локальных и глобальных сетей. В настоящее время он считается основным в самых распространенных операционных системах.
В стек протоколов TCP/IP часто включают и протоколы всех верхних уровней (рис. 9). И тогда уже можно говорить о функциональной полноте стека TCP/IP.
Уровни стека TCP/IP
1. Физический уровень описывает среду передачи данных (будь то кабель, оптоволокно или радиоканал), физические характеристики такой среды и принцип передачи данных.
2. Канальный уровень описывает, каким образом передаются пакеты данных через физический уровень, включая кодирование (т. е. специальные последовательности битов, определяющих начало и конец пакета данных).
3. Сетевой уровень изначально разработан для передачи данных из одной (под) сети в другую. Примерами такого протокола является X.25 и IPC в сети ARPANET. С развитием концепции глобальной сети в уровень были внесены дополнительные возможности по передаче из любой сети в любую сеть, независимо от протоколов нижнего уровня, а также возможность запрашивать данные от удалённой стороны.
4. Протоколы транспортного уровня могут решать проблему негарантированной доставки сообщений («дошло ли сообщение до адресата ?»), а также гарантировать правильную последовательность прихода данных.
5. На прикладном уровне работает большинство сетевых приложений. Эти программы имеют свои собственные протоколы обмена информацией, например, HTTP для WWW, FTP (передача файлов), SMTP (электронная почта), SSH (безопасное соединение с удалённой машиной), DNS (преобразование символьных имён в IP-адреса) и многие другие.
Существуют разногласия в том, как вписать модель TCP/IP в модель OSI, поскольку уровни в этих моделях не совпадают.
Упрощенно интерпретацию стека TCP/IP можно представить так:
7 Прикладной | HTTP, FTP, DNS (RIP, работающий поверх UDP и BGP, работающий поверх TCP, являются частью сетевого уровня) | Прикладной |
6 Представительный |
||
5 Сеансовый |
||
4 Транспортный | TCP, UDP, RTP, SCTP, DCCP (протоколы маршрутизации, подобные OSPF, что работают поверх IP, являются частью сетевого уровня) | Транспортный |
3 Сетевой | IP (вспомогательные протоколы, вроде ICMP и IGMP работают поверх IP, но являются частью сетевого уровня; ARP не работает поверх IP) | |
2 Канальный | Ethernet, Token ring, и подобные | Физический |
1 Физический |
Инкапсуляция и обработка пакетов
При продвижении пакета данных по уровням сверху вниз каждый новый уровень добавляет к пакету свою служебную информацию в виде заголовка и, возможно, трейлера (информации, помещаемой в конец сообщения). Эта операция называется инкапсуляцией данных верхнего уровня в пакете нижнего уровня. Служебная информация предназначается для объекта того же уровня на удаленном компьютере, ее формат и интерпретация определяются протоколом данного уровня.
Разумеется, данные, приходящие с верхнего уровня, могут на самом деле представлять собой пакеты с уже инкапсулированными данными еще более верхнего уровня.
С другой стороны, при получении пакета от нижнего уровня он разделяется на заголовок (трейлер) и данные. Служебная информация из заголовка (трейлера) анализируется и в соответствии с ней данные, возможно, направляются одному из объектов верхнего уровня. Тот в свою очередь рассматривает эти данные как пакет со своей служебной информацией и данными для еще более верхнего уровня, и процедура повторяется, пока пользовательские данные, очищенные от всей служебной информации, не достигнут прикладного процесса.
Возможно, что пакет данных не будет доведен до самого верхнего уровня, например, в случае, если данный компьютер представляет собой промежуточную станцию на пути между отправителем и получателем. В этом случае объект соответствующего уровня при анализе служебной информации заметит, что пакет на этом уровне адресован не ему (хотя с точки зрения нижележащих уровней он был адресован именно этому компьютеру). Тогда объект выполнит необходимые действия для перенаправления пакета к месту назначения или возврата отправителю с сообщением об ошибке, но в любом случае не будет продвигать данные на верхний уровень.
Список использованных материалов
1 – , – Компьютерные сети. 3-е изд. – М.: Питер, 2006.
2 – Г. Хелд - Технологии передачи данных. 7-е изд. – М.: Питер, 2003
3 – CISCO Internetworking Technology Overview – пер. Владимир Плешаков (Сервер Марк-ИТТ)
4 – ***** – Интернет Университет Информационных Технологий
5 – ***** – Аналитический портал для IT специалистов
6 – Unix. stat. ***** – документация по Unix
7 – Wikipedia. org - Интернет - Энциклопедия
8 – , – Сети и Телекоммуникации. 2-е изд. – М.: Академия, 2007
9 – – Лекции по курсу «Сети ЭВМ и Телекоммуникации»
Сетевой уровень сетевые протоколы (routed protocols) - реализуют продвижение пакетов через сеть протоколами маршрутизации (routing protocols). С помощью этих протоколов маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсетевых соединений протоколами разрешения адресов - Address Resolution Protocol, ARP - отвечают за отображение адреса узла, используемого на сетевом уровне, в локальный адрес сети
Транспортный уровень Транспортный протокол стека OSI скрывает различия между сетевыми сервисами с установлением соединения и без установления соединения, так что пользователи получают нужное качество обслуживания независимо от нижележащего сетевого уровня.
Прикладной уровень X это семейство рекомендаций Международного консультативного комитета по телеграфии и телефонии (CCITT), в которых описываются системы пересылки электронных сообщений. X.500 – семейство рекомендаций, описывающих стандарты глобальной справочной службы.
Прикладной уровень Протокол VT – решает проблему несовместимости различных протоколов эмуляции терминалов Протокол FTAM предусматривает средства для локализации и доступа к содержимому файла и включает набор директив для вставки, замены, расширения и очистки содержимого файла JTM - протокол пересылки и управления работами, позволяет пользователям пересылать работы, которые должны быть выполнены на хост- компьютере
Список используемой литературы Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы, СПб: Питер, 2006 г., 672 с. Куроуз Д.Ф., Росс К.В. Компьютерные сети, СПб: Питер, 2004 г., 764 с. В. толлингс «Компьютерные системы передачи данных», шестое издание, Издательский дом «Вильямс», Москва – С. Петербург – Киев, 2002 г
Информационный обмен — процесс многофункциональный. Родственные функции группируются по назначению и эти группы называют "уровнями взаимодействия". Унификация уровней позволяет создавать гетерогенные сети со сложной топологией. В основе унификации — понятие эталонной сетевой модели. Модель как таковая лишь описывает порядок сетевого взаимодействия, который реализуется в виде стека протоколов.
Обмен информацией между компьютерами, объединенными в сеть, очень сложная задача. Это связано с тем, что существует много производителей аппаратных и программных средств вычислительных систем. Единственный выход — унифицировать средства сопряжения систем, а именно использовать открытые системы . Открытая система взаимодействует с другими системами на основе единых общедоступных стандартов и спецификаций.
В 1984г. Международная Организация по Стандартизации (ISO) представила индустриальный стандарт — модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection Reference Model — OSI/RM, в советской литературе — ЭМВОС), чтобы помочь поставщикам создавать совместимые сетевые аппаратные и программные средства. В соответствии с этой моделью выделяются следующие уровни (рис.1):
Рис. 1. Эталонная модель OSI
В соответствии с эталонной моделью OSI эти уровни взаимодействуют так, как показано на рис. 2. Таким образом, сложная задача обмена информацией между компьютерами в сети разбивается на ряд относительно независимых и менее сложных подзадач взаимодействия между смежными уровнями .
Рис. 2. Взаимодействие между уровнями OSI
Связь между уровнями двух сетевых узлов (горизонтальное взаимодействие ) выполняется в соответствии с унифицированными правилами — протоколами взаимодействия
В автономной системе передача данных между уровнями (вертикальное взимодействие ) реализуется через интерфейсы API
Границу между сеансовым и транспортным уровнями можно рассматривать как границу между протоколами прикладного уровня и протоколами низших уровней. Если прикладной, представительный и сеансовый уровни обеспечивают прикладные процессы сеанса взаимодействия, то четыре низших уровня решают проблемы транспортировки данных.
Два самых низших уровня — физический и канальный — реализуются аппаратными и программными средствами, остальные пять более высоких уровней реализуются, как правило, программными средствами.
При передаче информации от прикладного процесса в сеть на физический уровень происходит ее обработка, которая заключается в разбиении передаваемых данных на отдельные блоки, преобразовании формы представления или кодировки данных в блоке и добавлении к каждому блоку заголовка (header) соответствующего уровня (см. пример). Каждый заголовок характеризует используемый протокол обработки данных, причем каждый уровень воспринимает в качестве данных весь блок, полученный от предыдущего уровня, включая присоединенный заголовок. Такое построение эталонной модели позволяет заложить (инкапсулировать ) в каждый передаваемый по физической среде информационный блок сведения, необходимые для выбора последовательности протоколов для осуществления обратных преобразований на принимающей информацию стороне.
Этот уровень определяет механические, электрические, процедурные и функциональные характеристики установления, поддержания и размыкания физического соединения между конечными системами. Физический уровень определяет такие характеристики соединения, как уровни напряжений, синхронизацию и физическую скорость передачи данных, максимальные расстояния передачи, конструктивные параметры разъемов и другие аналогичные характеристики. Известные стандарты RS-232-C, V.24 и IEEE 802.3 (Ethernet).
Канальный уровень (уровень звена данных, информационно-канальный уровень) отвечает за надежную передачу данных через физический канал, а именно:
Для ЛВС канальный уровень разбивается на два подуровня:
Этот уровень обеспечивает возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным подсетям (сегментам), которые могут быть разделены множеством подсетей и могут находиться в разных географических пунктах. Протоколы маршрутизации позволяют сети из маршрутизаторов выбирать оптимальные маршруты через связанные между собой подсети.
Транспортный уровень обеспечивает высшим уровням услуги по транспортировке данных, а именно:
Другими словами, транспортный уровень обеспечивает интерфейс между процессами и сетью, устанавливает логические каналы между процессами и обеспечивает передачу по этим каналам информационных блоков. Эти логические каналы называются транспортными.
Сеансовый уровень реализует установление, поддержку и завершение сеанса взаимодействия между прикладными процессами абонентов. Сеансовый уровень синхронизирует диалог между объектами представительного уровня, определяет точки синхронизации для промежуточного контроля и восстановления при передаче файлов. Этот уровень также позволяет производить обмен данными в режиме, заданном прикладной программой, или предоставляет возможность выбора режима обмена.
Кроме основной функции управления диалогом сеансовый уровень предоставляет средства для выбора класса услуг и уведомления об исключительных ситуациях (проблемах сеансового, представительного и прикладного уровней).
Представительный уровень (уровень представления данных) определяет синтаксис, форматы и структуры представления передаваемых данных (но не затрагивает семантику, значение данных). Для того, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой на прикладном уровне другой системы, представительный уровень осуществляет трансляцию между известными форматами представления информации за счет использования унифицированного формата представления информации.
Таким образом, этот уровень обеспечивает служебные операции, выбираемые на прикладном уровне, для интерпретации передаваемых и получаемых данных: управление информационным обменом, отображение данных и управление структурированными данными. Эти служебные данные позволяют связывать воедино терминалы и вычислительные средства различных типов. Примером протокола этого уровня является XDR .
В отличие от других уровней прикладной уровень — самый близкий к пользователю уровень OSI — не предоставляет услуги другим уровням OSI, однако он обеспечивает прикладные процессы, лежащие за пределами масштаба модели OSI.
Прикладной уровень обеспечивает непосредственную поддержку прикладных процессов и программ конечного пользователя (СУБД, текстовых процессоров, программ банковских терминалов и т.д.) и управление взаимодействием этих программ с сетью передачи данных:
Модель OSI не является реализацией, она лишь предлагает порядок организации взаимодействия между компонентами системы. Реализациями этих правил являются стеки протоколов .
Протоколы стека OSI и их распределение по уровням сетевой модели приведены на рис. 3.
Фирмы Microsoft и IBM совместно работали над сетевыми средствами для персональных компьютеров, поэтому стек протоколов NetBIOS/SMB является их совместным детищем. Средства NetBIOS появились в 1984 году как сетевое расширение стандартных функций базовой системы ввода/вывода (BIOS) IBM PC для сетевой программы PC Network фирмы IBM, которая на прикладном уровне (рис. 4) использовала для реализации сетевых сервисов протокол SMB .
Протокол NetBIOS работает на трех уровнях модели взаимодействия открытых систем: сетевом, транспортном и сеансовом . NetBIOS может обеспечить сервис более высокого уровня, чем протоколы IPX и SPX, однако не обладает способностью к маршрутизации. Таким образом, NetBIOS не является сетевым протоколом в строгом смысле этого слова. NetBIOS содержит много полезных сетевых функций, которые можно отнести к сетевому, транспортному и сеансовому уровням, однако с его помощью невозможна маршрутизация пакетов, так как в протоколе обмена кадрами NetBIOS не вводится такое понятие как сеть. Это ограничивает применение протокола NetBIOS локальными сетями, не разделенными на подсети. NetBIOS поддерживает как дейтаграммный обмен, так и обмен с установлением соединений.
Протокол SMB , соответствующий прикладному и представительному уровням модели OSI, регламентирует взаимодействие рабочей станции с сервером. В функции SMB входят следующие операции:
Из-за большого количества приложений, которые используют функции API, предоставляемые NetBIOS, во многих сетевых ОС эти функции реализованы в виде интерфейса к своим транспортным протоколам. В NetWare имеется программа, которая эмулирует функции NetBIOS на основе протокола IPX, существуют программные эмуляторы NetBIOS для Windows NT и стека TCP/IP.
Стек TCP/IP, называемый также стеком DoD и стеком Internet, является одним из наиболее популярных стеков коммуникационных протоколов. Стек был разработан по инициативе Министерства обороны США (Department of Defence, DoD) для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сателлитными сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Сеть ARPA поддерживала разработчиков и исследователей в военных областях. В сети ARPA связь между двумя компьютерами осуществлялась с использованием протокола Internet Protocol (IP), который и по сей день является основным в стеке TCP/IP и фигурирует в названии стека.
Большой вклад в развитие стека TCP/IP внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии ОС UNIX. Широкое распространение ОС UNIX привело и к широкому распространению протокола IP и других протоколов стека. На этом же стеке работает всемирная информационная сеть Internet, чье подразделение Internet Engineering Task Force (IETF) вносит основной вклад в совершенствование стандартов стека, публикуемых в форме спецификаций RFC.
Так как стек TCP/IP был разработан до появления модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, то, хотя он также имеет многоуровневую структуру, соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно.
Структура протоколов TCP/IP приведена на рис. 5. Протоколы TCP/IP делятся на 4 уровня.
Самый нижний (уровень IV) — уровень межсетевых интерфейсов — соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. Этот уровень в протоколах TCP/IP не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: для локальных каналов это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных каналов — собственные протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP/PPP, которые устанавливают соединения типа "точка — точка" через последовательные каналы глобальных сетей, и протоколы территориальных сетей X.25 и ISDN. Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта канального уровня.
Следующий уровень (уровень III) — это уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей дейтаграмм с использованием различных локальных сетей, территориальных сетей X.25, линий специальной связи и т. п. В качестве основного протокола сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке используется протокол IP , который изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Протокол IP является дейтаграммным протоколом.
К уровню межсетевого взаимодействия относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol). Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизатором и шлюзом, системой-источником и системой-приемником, то есть для организации обратной связи. С помощью специальных пакетов ICMP сообщается о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п.
Следующий уровень (уровень II) называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает устойчивое виртуальное соединение между удаленными прикладными процессами. Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным методом, то есть без установления виртуального соединения, и поэтому требует меньших накладных расходов, чем TCP.
Верхний уровень (уровень I) называется прикладным. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня: протокол копирования файлов FTP , протоколы удаленного управления telnet и ssh, почтовый протокол SMTP, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной информации, такие как WWW и многие другие. Кратко остановимся на некоторых из протоколов стека, наиболее тесно связанных с тематикой данного курса.
Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) используется для организации сетевого управления. Проблема управления разделяется здесь на две задачи. Первая задача связана с передачей информации. Протоколы передачи управляющей информации определяют процедуру взаимодействия сервера с программой-клиентом, работающей на хосте администратора. Они определяют форматы сообщений, которыми обмениваются клиенты и серверы, а также форматы имен и адресов. Вторая задача связана с контролируемыми данными. Стандарты регламентируют, какие данные должны сохраняться и накапливаться в шлюзах, имена этих данных и синтаксис этих имен. В стандарте SNMP определена спецификация информационной базы данных управления сетью. Эта спецификация, известная как база данных MIB (Management Information Base), определяет те элементы данных, которые хост или шлюз должен сохранять, и допустимые операции над ними.
Протокол пересылки файлов FTP (File Transfer Protocol) реализует удаленный доступ к файлу. Для того, чтобы обеспечить надежную передачу, FTP использует в качестве транспорта протокол с установлением соединений — TCP. Кроме пересылки файлов протокол, FTP предлагает и другие услуги. Так пользователю предоставляется возможность интерактивной работы с удаленной машиной, например, он может распечатать содержимое ее каталогов, FTP позволяет пользователю указывать тип и формат запоминаемых данных. Наконец, FTP выполняет аутентификацию пользователей. Прежде, чем получить доступ к файлу, в соответствии с протоколом пользователи должны сообщить свое имя и пароль.
В стеке TCP/IP протокол FTP предлагает наиболее широкий набор услуг для работы с файлами, однако он является и самым сложным для программирования. Приложения, которым не требуются все возможности FTP, могут использовать другой, более экономичный протокол — простейший протокол пересылки файлов TFTP (Trivial File Transfer Protocol). Этот протокол реализует только передачу файлов, причем в качестве транспорта используется более простой, чем TCP, протокол без установления соединения — UDP.
Протокол telnet обеспечивает передачу потока байтов между процессами, а также между процессом и терминалом. Наиболее часто этот протокол используется для эмуляции терминала удаленной ЭВМ.
Постоянный адрес этой страницы:
