Referenční model osi. Teorie: Síťový model OSI

V praxi při implementaci sítí obvykle používají standardní protokoly, což mohou být proprietární, národní nebo mezinárodní standardy.

V letech 1977 až 1984 profesionálové vyvinuli model síťové architektury nazvaný Doporučený interakční model otevřené systémy"(Referenční model propojení otevřených systémů, OSI). Model OSI definuje různé úrovně interakce mezi systémy, dává jim standardní názvy a určuje, jaké funkce by měla každá vrstva plnit. Model OSI byl vyvinut na základě rozsáhlých zkušeností získaných při vytváření počítačové sítě, většinou globální, v 70. letech. Kompletní popis tohoto modelu zaměstnává přes 1 000 stran textu.

Pojem „doporučený model pro propojení otevřených systémů“ se v literatuře často vyskytuje pod názvem „ISO model / OSI “, přičemž si všímá příspěvku ISO k jeho formování. Pro některé profesionální síťové programátory představuje tento model ideální síťovou architekturu.

Model ISO / OSI používá vrstvení k uspořádání celkového pohledu na strukturu sítě do dobře definovaných, propojených modulů. V síti, rozdělené do vrstev, každá vrstva slouží k provádění specifické funkce nebo služby sítě ve vztahu k okolním sousedním vrstvám. Každá úroveň jakoby chrání sousední před nadbytečnými informacemi, které mohou prosakovat z nižší úrovně na vrchol. Dobře navržená úroveň by měla skrývat všechny funkce jejího fungování před nadřazenou úrovní. Na základě těchto ustanovení je možné vytvořit síť skládající se z funkčních modulů s jasně popsaným rozhraním.

V modelu ISO / OSI (obrázek 22) jsou komunikační nástroje rozděleny do sedmi vrstev: aplikace, prezentace (prezentační vrstva), relace, přenos, síť, datové spojení (vrstva připojení) a fyzické. Každá vrstva se zabývá jedním konkrétním aspektem interakce síťových zařízení. Model popisuje nástroje interakce systému implementované operační systém, systémové nástroje, hardware systému. Model neobsahuje specifikace interoperability aplikace koneční uživatelé... Aplikace implementují své vlastní komunikační protokoly pomocí systémových nástrojů. Proto je nutné rozlišovat mezi vrstvou interoperability aplikace a vrstvou aplikace.

Obrázek 22 zobrazuje jednoduchou síť založenou na modelu ISO / OSI. Síť se skládá ze dvou počítačů, které jsou zase tvořeny vrstvami. Šipky spojující vrstvy ukazují cestu dat v síti. Pro každou vrstvu existuje odpovídající protokol (přenosový protokol, síťový protokol).


Každá úroveň používá k měření množství dat jinou jednotku. Aplikační vrstvy (aplikační vrstva), prezentace, relace, transport - použijte termín « zpráva » jako měrnou jednotku. Síťová vrstva považuje data za « balíčky » a vrstva připojení je jako « rám » ... Fyzická vrstva se zabývá bity - sledem nul a jedniček

Řekněme, že aplikace vytvoří požadavek na aplikační vrstvu, jako je například souborová služba. Na základě této žádosti softwareúroveň aplikace generuje zprávu standardní formát... Typická zpráva se skládá z hlavičky a datového pole. Nadpis obsahuje servisní informace, které je třeba předat přes síť do aplikační vrstvy cílového počítače, aby bylo možné sdělit, jakou práci je třeba provést. V našem případě by záhlaví zjevně mělo obsahovat informace o umístění souboru a typu operace, která se s ním má provést. Datové pole zprávy mohou být prázdné nebo mohou obsahovat libovolná data, například ta, do kterých je třeba zapsat vzdálený soubor... Abychom však mohli tyto informace doručit na místo určení, je třeba vyřešit ještě mnoho úkolů, za které odpovědnost nesou nižší úrovně.

Po vytvoření zprávy ji aplikační vrstva nasměruje po zásobníku do reprezentativní vrstvy. Protokol reprezentativní vrstvy na základě informací přijatých z hlavičky aplikační vrstvy provádí požadované akce a doplňuje informace o službě do přijaté zprávy - záhlaví prezentační vrstvy, které obsahuje pokyny pro protokol reprezentativní vrstvy cílového počítače.



Výsledná zpráva je předána vrstvě relace, která zase přidává vlastní záhlaví atd. Obrázek 23 ukazuje vnoření zpráv na různých úrovních.

Některé implementace protokolů umísťují informace o službě nejen na začátek zprávy, ale také na konec, v podobě tzv. koncový spínač ". Nakonec se zpráva dostane na nižší fyzickou úroveň, která ji ve skutečnosti přenáší po sítích do cílového počítače. V tuto chvíli je zpráva „zarostlá“ záhlavími všech úrovní (obr. 22). Když zpráva dorazí do cílového počítače, je přijata fyzickou vrstvou a předávána z vrstvy do vrstvy. Každá úroveň také analyzuje záhlaví své úrovně, provádí funkce odpovídající této úrovni a poté toto záhlaví odebere a předá zprávu vyšší úrovni.

Spolu s výrazem zpráva existují další termíny, které síťoví specialisté používají k označení datových jednotek při postupech výměny. V normách ISO se obecný název Protocol Data Unit (PDU) používá k označení datových jednotek, se kterými se pracuje s protokoly různých vrstev. K označení datových bloků určitých úrovní se často používají speciální názvy: paket (paket), datagram (datagram), segment (segment).

Model OSI rozlišuje dva hlavní typy protokolů. V protokolech s navázáním spojení, před výměnou dat musí odesílatel a příjemce nejprve navázat spojení a případně vybrat některé parametry protokolu, které budou při výměně dat používat. Po dokončení dialogu musí ukončit připojení. Telefon je příkladem interakce založené na připojení.

Druhá skupina protokolů - protokoly bez předchozího navázání spojení. Odesílatel jednoduše odešle zprávu, když je připravena. Vhození dopisu do schránka je příkladem komunikace bez připojení. Oba typy protokolů se používají při interakci počítačů.

Zvažme podrobněji funkce každé úrovně.

Fyzická vrstva sestává z fyzických prvků (hardware), které slouží přímo k přenosu informací přes síťové komunikační kanály. Komunikační linky - kabely, které spojují počítače - tedy patří do fyzické vrstvy. Metody se na to také vztahují. elektrická přeměna signály. Různé síťové technologie, jako je Ethernet, ARCNET nebo token ring, označují fyzickou vrstvu jako definující parametry pro převod signálů pro přenos po síti. Fyzická vrstva přenáší data kousek po kousku.

Na fyzické vrstvě je určen typ přenosu dat: simplexní, poloduplexní nebo plně duplexní.

Link vrstva nebo vrstva připojení.Úkolem vrstvy připojení je přenos dat z fyzické vrstvy do vrstvy sítě a naopak. Vrstva datového spoje transformuje data ze sekvence bitů na něco, co je pro síťovou vrstvu srozumitelnější, často se tomu říká „datový rámec“ (datový rámec se obvykle nazývá bitový tok formátovaný spojovací vrstvou pocházející z fyzické vrstvy).

Naopak vrstva datového spojení přijímá rámce ze sítě, aby je transformovala do bitového proudu, přičemž pozoruje správný formát pro fyzickou vrstvu. Hlavní funkcí vrstvy připojení je zajistit integritu dat, takže formát rámce obsahuje k tomu potřebné informace.

Spojovací vrstva zajišťuje správnost přenosu každého rámce umístěním speciální posloupnosti bitů na začátek a konec každého rámce, jeho extrahováním a také vypočítává kontrolní součet zpracovávající všechny bajty rám určitým způsobem a přidáním kontrolní součet do rámu. Když rám dorazí po síti, přijímač opět vypočítá kontrolní součet přijatých dat a porovná výsledek s kontrolním součtem z rámce. Pokud se shodují, je rámec považován za správný a přijatý. Pokud se kontrolní součty neshodují, je zaznamenána chyba. Propojovací vrstva může nejen detekovat chyby, ale také je opravovat opětovným přenosem poškozených rámců. Je třeba poznamenat, že funkce opravy chyb není pro linkovou vrstvu povinná, proto v některých protokolech této vrstvy chybí, například v ethernetovém a rámcovém relé.

Datový rámec také obsahuje informace nezbytné pro jeho správnou identifikaci a směrování..

V místních sítích používají protokoly linkové vrstvy počítače, mosty, přepínače a směrovače. V počítačích jsou funkce linkové vrstvy implementovány společně síťovými adaptéry a jejich ovladači. Síťová karta v počítači je příkladem implementace vrstvy připojení.

V širokopásmových sítích, které mají jen zřídka pravidelnou topologii, vrstva datového spojení často umožňuje výměnu zpráv pouze mezi dvěma sousedními počítači propojenými jediným spojením.

V širokopásmových sítích je někdy obtížné izolovat funkce linkové vrstvy v jejich čisté formě, protože ve stejném protokolu jsou kombinovány s funkcemi síťové vrstvy. Příklady tohoto přístupu jsou protokoly ATM a rámcové relé.

Vrstva datového spojení je obecně velmi výkonnou a úplnou sadou funkcí pro přenos zpráv mezi síťovými uzly. V některých případech se protokoly linkové vrstvy ukáží jako soběstačná vozidla a mohou umožnit, aby protokoly nebo aplikace aplikační vrstvy pracovaly přímo na nich, aniž by zahrnovaly prostředky síťové a transportní vrstvy.

Nicméně, zajistit vysoce kvalitní přenos zpráv v sítích jakékoli topologie a technologie funkcí odkazové vrstvy nestačí, proto v modelu OSI je řešení tohoto problému přiřazeno následujícím dvěma vrstvám - síť a doprava .

Síťová vrstva je to intranetová primární doručovací služba a slouží k vytvoření jednotného přepravního systému, připojení několika sítí Tyto sítě navíc mohou využívat zcela odlišné principy přenosu zpráv mezi koncovými uzly a mají libovolnou strukturu připojení. Funkce síťové vrstvy jsou velmi rozmanité. Protože síťová vrstva spravuje informace o směrování v celé síti, funkce k ní patří. počítání množství dat ... Také sleduje provoz , možné kolize a rychlosti přenos přes komunikační kanály.

Na úroveň sítě samotný termín „síť“ má specifický význam. V tomto případě je síť chápána jako sada počítačů propojených podle jedné ze standardních typických topologií a využívajících jeden z protokolů linkové vrstvy definovaných pro tuto topologii pro přenos dat.

V rámci sítě zajišťuje doručování dat odpovídající vrstva datových linek, ale za přenos dat mezi sítěmi odpovídá síťová vrstva, což podporuje schopnost správná volba trasa přenosu zprávy i v případě, že struktura spojení mezi základními sítěmi má charakter odlišný od toho, jaký byl přijat v protokolech linkové vrstvy.

Sítě jsou propojeny speciálními zařízeními nazývanými routery. Router - je to zařízení, které shromažďuje informace o topologii propojení a na jeho základě přeposílá pakety síťové vrstvy do cílové sítě.

Chcete -li přenést zprávu od odesílatele v jedné síti k příjemci v jiné síti, musíte provést několik přenosů mezi sítěmi a pokaždé zvolit vhodnou trasu. Trasa je tedy sekvence směrovačů, kterými prochází paket.

Na obr. 24 ukazuje čtyři sítě propojené třemi routery. Mezi uzly A a B této sítě existují dvě cesty: první přes směrovače 1 a 3 a druhá přes směrovače 1, 2 a 3.


Problém výběru nejlepší cesty se nazývá směrování a jeho řešení je jedním z hlavních problémů síťové vrstvy. Tento problém je umocněn skutečností, že nejkratší cesta není vždy nejlepší. Kritériem pro výběr trasy je často čas přenosu dat po této trase; závisí na šířce pásma komunikačních kanálů a intenzitě provozu, která se může v průběhu času měnit. Některé směrovací algoritmy se snaží přizpůsobit změnám zatížení, zatímco jiné se rozhodují na základě průměrů v čase. Výběr trasy lze provádět podle jiných kritérií, například spolehlivosti přenosu.

Obecně jsou funkce síťové vrstvy širší než funkce zasílání zpráv přes odkazy s nestandardní strukturou. Síťová vrstva také řeší problémy s koordinací různé technologie, zjednodušit adresování ve velkých sítích a vytvářet spolehlivé a flexibilní překážky nechtěného provozu mezi sítěmi.

Zprávy síťové vrstvy se běžně označují jako pakety. Při organizaci doručování paketů na úrovni sítě se používá koncept „čísla sítě“. V tomto případě se adresa příjemce skládá z horní části - čísla sítě a spodní části - čísla uzlu v této síti. Všechny uzly jedné sítě musí mít stejnou horní část adresy, proto výraz „síť“ na úrovni sítě může mít jinou, formálnější definici: síť je soubor uzlů, jejichž síťová adresa obsahuje stejné číslo sítě.

Na úrovni sítě jsou definovány dva druhy protokolů. Prvním typem jsou síťové protokoly (směrované protokoly) - implementovat propagaci balíčků prostřednictvím sítě. Toto jsou protokoly, o kterých se běžně hovoří, když se mluví o protokolech síťové vrstvy. Jiný typ protokolu je však často označován jako síťová vrstva, nazývají se směrovací protokoly pro výměnu informací nebo jednoduše směrovací protokoly. Směrovače pomocí těchto protokolů shromažďují informace o topologii propojení. Protokoly síťové vrstvy jsou implementovány softwarovými moduly operačního systému a také softwarem a hardwarem směrovačů.

Na úrovni sítě existují další typy protokolů, které jsou zodpovědné za mapování adresy uzlu používané na úrovni sítě na adresu místní sítě. Takové protokoly jsou často označovány jako protokoly rozlišení adres. - Address Resolution Protocol, ARP.

Transportní vrstva stejně jako síťová vrstva dodává pakety po síti. Transportní vrstva dodává (transportuje) data mezi počítači samotnými. Jakmile síťová vrstva doručí data do počítače příjemce, vstupuje do hry transportní protokol, který dodá data do aplikačního procesu.

Transportní vrstva umožňuje aplikacím nebo horním vrstvám zásobníku - aplikaci a relaci - přenášet data se stupněm spolehlivosti, který vyžadují. Model OSI definuje pět tříd služeb poskytovaných transportní vrstvou. Tyto typy služeb se vyznačují kvalitou poskytovaných služeb, naléhavostí, schopností obnovit přerušené připojení, dostupností zařízení pro multiplexování pro více připojení mezi různými aplikačními protokoly prostřednictvím společného přenosového protokolu, a co je nejdůležitější, schopností detekovat a opravit chyby přenosu, jako je zkreslení, ztráta a duplikace paketů.

Volba třídy služby transportní vrstvy je na jedné straně dána rozsahem, v jakém je problém zajištění spolehlivosti vyřešen samotnými aplikacemi a protokoly vyššími než úrovně přenosu, a na druhé straně toto volba závisí na tom, jak spolehlivý je systém přenosu dat. síť poskytovaná vrstvami pod přenosem - síť, datové spojení a fyzické. Pokud je například kvalita komunikačních kanálů velmi vysoká a pravděpodobnost chyb, které protokoly nezjistí, je větší než nízké úrovně, není velký, pak je rozumné použít jednu z odlehčených služeb transportní vrstvy, nezatíženou mnoha způsoby zvyšování spolehlivosti. Pokud jsou vozidla nižších úrovní zpočátku velmi nespolehlivá, pak je vhodné obrátit se na nejrozvinutější službu dopravní úrovně, která pracuje s využitím maximálních prostředků pro detekci a odstranění chyb.

Všechny protokoly, počínaje transportní vrstvou a vyšší, jsou zpravidla implementovány softwarem koncových uzlů sítě - komponent jejich síťových operačních systémů. Příklady transportních protokolů zahrnují protokoly TCP a UDP zásobníku TCP / IP a protokol SPX zásobníku Novell.

V síti s přepojováním paketů musí transportní vrstva fragmentovat data přicházející z vrstvy relace do paketů menší, za účelem jejich předání do síťové vrstvy. Přijímající strana na druhé straně musí sbírat data z menších paketů do větších, aby je mohla přenášet do vyšší vrstvy.

Transportní vrstva určuje počet paketů putujících po síti. Jinými slovy, transportní vrstva generuje datový paketový provoz, který musí být spravován síťovou vrstvou.

Transportní vrstva řídí šířku pásma sítě. Šířka pásma znamená maximální částka data procházející v daném časovém intervalu komunikačním kanálem. Aby se zvýšila šířka pásma (a výkon), transportní vrstva otevírá více síťových připojení pro stejné přenosové připojení. K tomu potřebuje transportní vrstva přenášená data multiplexovat a demultiplexovat. Termín „multiplexování“ označuje proces stohování více datových toků do jednoho komunikačního kanálu. Termín „demultiplexování“ znamená opačnou akci. Transportní vrstva odesílajícího počítače multiplexuje (kombinuje) více zpráv do jednoho transportního připojení. Naproti tomu transportní vrstva přijímající data demultiplexuje jedno připojení do více zpráv.

Protokoly nižších čtyř úrovní se obecně nazývají síťový transport nebo dopravní subsystém, protože zcela řeší problém přenosu zpráv s danou úrovní kvality v kompozitní sítě s libovolnou topologií a různými technologiemi. Další tři vyšší úrovně řeší problém poskytování aplikačních služeb na základě stávajícího subsystému dopravy.

Úroveň relace jako uživatelské síťové rozhraní řeší takové problémy, jako je zpracování spojení mezi procesy a aplikacemi na různých počítačích, jako je manipulace se jmény, hesly a přístupovými právy. Vrstva relace převádí formát dat připravených k přenosu po síti do formátu vhodného pro přenos do aplikací. Kromě toho zpracovává požadavky na změnu parametrů připojení, jako je přenosová rychlost a kontrola chyb. Vrstva relace eliminuje možnost ztráty dat aplikace.

Od tohoto okamžiku získává přímá výměna bytů vnitřní význam. Pouze tato úroveň vám umožňuje provádět funkce, jako je přístup k adresáři serveru.

Vrstva relace také poskytuje kontrolu nad výměnou, přičemž určuje, která ze stran je aktuálně aktivní, poskytuje způsob synchronizace. Ty umožňují zarážky vkládat do dlouhých průchodů, takže pokud dojde k selhání, můžete se vrátit na poslední zarážku, než začít znovu. V praxi vrstvu relací používá několik aplikací a jen zřídka je implementována jako samostatné protokoly, přestože funkce této vrstvy jsou často kombinovány s funkcemi aplikační vrstvy a implementovány do jednoho protokolu.

Prezentační vrstva sdružuje některé běžné funkce, které síť opakovaně používá přes síťová připojení. Prezentační vrstva tvoří síťové rozhraní k počítačovým zařízením, jako jsou tiskárny, monitory, formáty souborů. Prezentační vrstva definuje, jak síť vypadá z hlediska softwaru a hardwaru síťový počítač... Zprávy z nižších úrovní jsou zřízeny podle potřeby pro aplikaci.

Vzhledem k prezentační vrstvě jsou informace přenášené aplikační vrstvou jednoho systému vždy chápány aplikační vrstvou druhého systému. Pomocí této vrstvy mohou aplikační protokoly překonat syntaktické rozdíly v reprezentaci dat nebo rozdíly v znakových kódech, jako jsou kódy ASCII a EBCDIC. Na této úrovni například dochází ke konverzi dat, pokud přijímající počítač používá jiný formát čísla než odesílající počítač. Na této úrovni lze provádět šifrování a dešifrování dat, díky čemuž je zajištěno utajení výměny dat pro všechny aplikační služby najednou.

Aplikační vrstva. Tato vrstva koncentruje funkce související s aplikacemi v celé síti, pomocí kterých uživatelé sítě přistupují ke sdíleným zdrojům, jako jsou soubory, tiskárny nebo hypertextové webové stránky, a také organizují své společná práce například pomocí protokolu E-mailem... Aplikační programy jako email, prohlížeč, popř distribuovaná základna data - ukázkové použití funkcí na úrovni aplikace.

Jednotka dat, na které aplikační vrstva pracuje, se obvykle nazývá zpráva.

Úrovně závislé na síti a na síti nezávislé. Funkce všech vrstev modelu ISO / OSI lze zařadit do jedné ze dvou skupin. Buď na funkce závislé na konkrétní technické implementaci sítě, nebo na funkce zaměřené na práci s aplikacemi (obr. 25).

Tři nižší vrstvy - fyzická, kanálová a síťová - jsou závislé na síti, to znamená, že protokoly těchto vrstev úzce souvisí s technickou implementací sítě a použitým komunikačním zařízením. Přechod na jiné zařízení znamená úplnou změnu protokolů fyzické a linkové vrstvy ve všech síťových uzlech.

Horní tři vrstvy - aplikační, reprezentativní a relační - jsou orientovány na aplikace a jsou na nich jen málo závislé technické vlastnosti budování sítě. Protokoly v těchto vrstvách nejsou ovlivněny změnami v topologii sítě, výměnou hardwaru nebo migrací na jinou síťovou technologii. Přechod z ethernetu na vysokorychlostní technologii AnyLAN tedy nebude vyžadovat žádné změny v softwarové nástroje které implementují funkce aplikační, reprezentativní a relační úrovně.

Transportní vrstva je střední, skrývá všechny detaily fungování spodních vrstev od těch horních. To vám umožní vyvíjet aplikace, které nejsou závislé na technických prostředcích přímého přenosu zpráv.

Kontrolní otázky:

1. Co je model ISO \ OSI?

2. Kolik a jaké úrovně zahrnuje model ISO \ OSI?

3. Popište funkce každé vrstvy modelu ISO \ OSI.

4. Jaké jsou zprávy na každé úrovni.

5. Vysvětlete pojem „vnořování zpráv různých úrovní“

Model OSI (Open System Interconnection) je sada standardů propojení síťové zařízení mezi sebou. Říká se mu také zásobník protokolů. Navrženo tak, aby zajistilo, že různé síťové objekty bez ohledu na výrobce a typ (počítač, server, přepínač, rozbočovač a dokonce i prohlížeč, který zobrazuje html stránka) pozorováno jednotná pracovní pravidla s daty a mohl by úspěšně provádět výměnu informací.

Síťová zařízení se liší funkcí a „blízkostí“ ke koncovému spotřebiteli - osobě nebo aplikaci. Model OSI proto popisuje 7 úrovní interakce, z nichž každá má své vlastní protokoly, nedělitelné části dat a zařízení. Podívejme se na princip fungování sedmivrstvého modelu OSI s příklady.

Síťové vrstvy modelu OSI

Fyzický

Odpovědný za fyzický přenos dat mezi zařízeními na dlouhé a ne příliš velké vzdálenosti. Popisuje druhy signálů a způsoby jejich zpracování pro různá přenosová média: vodiče (kroucená dvojlinka a koaxiální), optické vlákno, rádiové linky (wi-fi a bluetooth), infračervený kanál. Jednotky dat na této úrovni jsou bity převedené na elektrické impulsy, světlo, rádiové vlny atd. Zde jsou také opraveny typy konektorů a jejich vývody.

Zařízení pracující na fyzické vrstvě modelu OSI: opakovače signálu, rozbočovače. Jedná se o nejméně „chytrá“ zařízení, jejichž úkolem je zesílit signál nebo jej rozvětvit bez jakékoli analýzy nebo úpravy.

Potrubí

Být nad fyzickým, musí "snížit" správně formátovaná data do přenosové médium tím, že je nejprve přijmete z nejvyšší úrovně. Na přijímacím konci protokoly odkazové vrstvy „vyzvednou“ informace z fyziky, zkontrolují přijaté informace, zda neobsahují chyby, a odešlou je do zásobníku protokolů.

K implementaci postupů ověřování je nutné za prvé segmentovat data pro přenos do částí (rámců) a za druhé je doplnit o servisní informace (záhlaví).

Zde se také poprvé objevuje koncept adresy. Zde je adresa MAC (Media Access Control) - šestibajtový identifikátor síťové zařízení při přenosu dat v rámci jednoho lokálního segmentu vyžadováno v rámcích jako příjemce a odesílatel.

Zařízení: síťový most, přepínač. Jejich hlavní odlišností od „nižších“ zařízení je udržování tabulek adres MAC podle jejich portů a odesílání / filtrování provozu pouze v nezbytných směrech.

Síť

Propojuje celé sítě. Rozhoduje globální logistické výzvy o přenosu dat mezi různými segmenty velkých sítí: směrování, filtrování, optimalizace a kontrola kvality.

Jednotkou přenášených informací jsou pakety. Hostitelé a sítě jsou oslovováni přiřazením 4bajtových čísel - adres IP (anglický internetový protokol), hierarchicky uspořádaných a umožňujících flexibilní úpravu vzájemné logické viditelnosti síťových segmentů.

Také známý symbolické názvy uzlů, za jejichž korespondenci s IP adresami odpovídají protokoly síťové vrstvy. Zařízení pracující v tomto patře modelu OSI jsou routery (routery, brány). Implementací všech tří prvních úrovní zásobníku protokolů spojují různé sítě, přesměrovávají pakety z jednoho do druhého, volí trasu podle určitých pravidel, udržují statistiky přenosu a zajišťují zabezpečení pomocí filtrovacích tabulek.

Doprava

V tomto případě přenos znamená logický (protože za fyzický je zodpovědný 1 stupeň zásobníku): navázání spojení s opačným uzlem na příslušné úrovni, potvrzení doručení přijatých dat a kontrola jejich kvality. Tak funguje protokol TCP (Transmission Control Protocol). Přenášenou informací je blok nebo segment.

Pro přenos streamovacích polí (datagramů) se používá protokol UDP (User Datagram Protocol).

Adresa je desetinné číslo virtuálního softwarového portu konkrétní pracovní stanice nebo serveru.

Zasedání

Spravuje proces přenosu z hlediska přístupu uživatelů... Omezuje dobu spojení (relace) jednoho uzlu s druhým, řídí přístupová práva, synchronizuje začátek a konec výměny.

Zástupce

Data získaná níže - z relace - musí být správně předložena koncovému uživateli nebo aplikaci. Správné dekódování, dekomprese dat, pokud prohlížeč uložil váš provoz - tyto operace jsou prováděny v předposledním kroku.

Aplikovaný

Aplikace nebo aplikační vrstva. Surfování v prohlížeči, přijímání a odesílání pošty, přístup k dalším uzlům v síti prostřednictvím vzdálený přístup- vrchol síťového modelu OSI.

Příklad fungování síťového modelu

Podívejme se na princip zásobníku protokolů na živém příkladu. Nechte uživatele počítače poslat fotografii příteli s podpisem v messengeru. Snižujeme úrovně modelu:

  • Aplikovaný je vygenerována zpráva: kromě fotografie a textu jsou do balíku přidány informace o adrese serveru zpráv (symbolický název www.xxxxx.com se pomocí speciálního protokolu změní na desítkovou adresu IP), identifikátor příjemce na tento server a případně další informace o službě.
  • Na zástupce- fotografii lze komprimovat, pokud je její velikost velká, pokud jde o posel a jeho nastavení.
  • Zasedání bude sledovat logické připojení uživatele k serveru, jeho stav. Budou také řídit proces přenosu dat po jeho spuštění, sledování relací.
  • Na doprava data jsou rozdělena do bloků. Přidána jsou servisní pole transportní vrstvy s kontrolními součty, možnostmi řízení chyb atd. Jedna fotografie se může změnit na několik bloků.
  • Na síť- bloky jsou zabaleny se servisními informacemi, které mimo jiné obsahují adresu odesílacího uzlu a IP adresu serveru zpráv. Právě tyto informace umožní IP paketům dosáhnout na server, možná po celém světě.
  • Na kanál„Data IP paketů jsou zabalena do rámců s přidáním polí služeb, zejména MAC adres. Vlastní adresa síťová karta bude umístěn do pole odesílatele a výchozí brána MAC bude umístěna do pole příjemce, opět z jeho vlastního nastavení sítě(je nepravděpodobné, že je počítač ve stejné síti se serverem, takže jeho MAC není znám a je známa výchozí brána, například domácího routeru).
  • Na fyzický- bity z rámců budou vysílány do rádiových vln a k domácímu routeru se dostanou prostřednictvím protokolu wi-fi.
  • Tam informace narostou podél zásobníku protokolů již až do 3. úrovně zásobníku routerů, poté budou vytvořeny předávání paketů na routery poskytovatele. A tak dále, dokud se na serveru messengeru na nejvyšší úrovni zpráva a fotografie v původním zobrazení nedostanou na místo na osobním disku odesílatele, pak příjemce. A poté začne podobná cesta informací adresátovi zprávy, když přejde do režimu online a naváže relaci se serverem.

Síťový model OSI je referenčním modelem pro propojení otevřených systémů, v angličtině to zní jako základní referenční model Open Systems Interconnection. Jeho účelem je zobecněný pohled na síťové nástroje.

To znamená, že model OSI je zobecněným standardem pro vývojáře softwaru, díky kterému může jakýkoli počítač stejně dešifrovat data přenášená z jiného počítače. Aby bylo jasno, uvedu životní příklad. Je známo, že včely vidí vše kolem sebe v ranním fialovém světle. To znamená, že naše oči a včely vnímají stejný obraz zcela odlišnými způsoby a to, co vidí hmyz, může být pro lidské vidění nepostřehnutelné.

Totéž platí pro počítače - pokud jeden vývojář napíše aplikaci na jakýkoli programovací jazyk, který rozumí svému vlastnímu počítači, ale není k dispozici žádnému jinému, pak na žádném jiném zařízení nebudete moci přečíst dokument vytvořený touto aplikací. Proto jsme přišli s myšlenkou dodržovat při psaní aplikací jedinou sadu pravidel, srozumitelných pro každého.

OSI vrstvy

Pro přehlednost je proces síťového provozu obvykle rozdělen do 7 úrovní, z nichž každá má svou vlastní skupinu protokolů.

Síťový protokol Jsou pravidla a technické postupy, které umožňují počítačům připojeným k síti připojovat se a vyměňovat si data.
Skupina protokolů sjednocená jediným koncovým cílem se nazývá zásobník protokolů.

Na popravu různé úkoly existuje několik protokolů, které se zabývají údržbou systému, například zásobník TCP / IP. Podívejme se zde blíže na to, jak jsou odesílány informace z jednoho počítače lokální síť na jiný počítač.

Úkoly počítače ODESÍLATELE:

  • Vezměte data z aplikace
  • Pokud jsou velké, rozdělte je na malé balíčky
  • Připravte se na přenos, to znamená, označte trasu, kterou chcete sledovat, zašifrujte a překódujte do síťového formátu.

Úkoly počítače PŘÍJEMCE:

  • Přijímejte datové pakety
  • Odstraňte z něj servisní informace
  • Zkopírujte data do schránky
  • Po úplném přijetí všech paketů z nich vytvořte původní datový blok
  • Dejte to aplikaci

Aby bylo možné správně provádět všechny tyto operace, je zapotřebí jediná sada pravidel, tj. Referenční model OSI.

Vraťme se k vrstvám OSI. Je obvyklé počítat je v opačném pořadí a v horní části tabulky jsou síťové aplikace a ve spodní části fyzické médium pro přenos informací. Jak data z počítače sestupují přímo do síťového kabelu, protokoly v různých vrstvách je postupně transformují a připravují fyzický přenos.

Pojďme se na ně podívat blíže.

7. Aplikační vrstva

Jejím úkolem je převzít data ze síťové aplikace a odeslat je na 6. úroveň.

6. Prezentační vrstva

Přeloží tato data do jednoho univerzálního jazyka. Faktem je, že každý počítačový procesor má svůj vlastní formát pro zpracování dat, ale musí se dostat do sítě v jednom univerzálním formátu - to dělá prezentační vrstva.

5. Vrstva relace

Má mnoho úkolů.

  1. Navažte komunikační relaci s příjemcem. Software varuje přijímající počítač, že do něj budou nyní odeslána data.
  2. Rozpoznávání a ochrana jména probíhá zde:
    • identifikace - rozpoznávání jména
    • autentizace - kontrola hesla
    • registrace - přiřazení pravomocí
  3. Implementace, na které straně probíhá přenos informací a jak dlouho to bude trvat.
  4. Uspořádání kontrolních bodů v obecném toku dat tak, aby v případě ztráty některé části bylo snadné určit, která část se ztratila a měla by být znovu odeslána.
  5. Segmentace je rozdělení velkého bloku na malé balíčky.

4. Transportní vrstva

Poskytuje aplikacím požadovaný stupeň ochrany při doručování zpráv. Existují dvě skupiny protokolů:

  • Protokoly, které jsou orientované na připojení - sledují doručování dat a v případě potřeby vyžadují přeposlat při selhání. Toto je TCP - protokol pro řízení přenosu informací.
  • Bez připojení (UDP) - pouze odesílají bloky a již nesledují jejich doručení.

3. Síťová vrstva

Poskytuje end-to-end přenos paketu výpočtem jeho trasy. Na této úrovni jsou v paketech IP adresy odesílatele a příjemce přidány ke všem předchozím informacím generovaným jinými úrovněmi. Od tohoto okamžiku se datový paket nazývá samotný PACKAGE, který má (protokol IP je protokol pro práci na internetu).

2. Vrstva datového spojení

Zde je paket přenášen v rámci jednoho kabelu, tedy jedné místní sítě. Funguje pouze po okrajový router jedné LAN. K přijatému paketu přidá odkazová vrstva vlastní záhlaví - MAC adresy odesílatele a příjemce a v této podobě se datový blok již nazývá FRAME.

Při přenosu mimo jednu místní síť je paketu přiřazen MAC nikoli hostitele (počítače), ale routeru druhé sítě. Tady vyvstává otázka šedých a bílých IP adres, která byla probrána v článku, na který byl odkaz uveden výše. Šedá je adresa v rámci jedné místní sítě, která se mimo ni nepoužívá. Bílá je jedinečná adresa ve všem globální internet.

Když paket dorazí na hraniční směrovač, paket IP se nahradí IP tohoto routeru a celá místní síť přejde na globální, tj. Internet, pod jedinou IP adresou. Pokud je adresa bílá, část dat s IP adresou se nezmění.

1. Fyzická vrstva (transportní vrstva)

Odpovědný za transformaci binární informace proti fyzický signál který je odeslán na odkaz fyzických dat. Pokud je to kabel, pak je signál elektrický, pokud je to síť z optických vláken, pak je to optický signál. Tato konverze se provádí pomocí síťového adaptéru.

Protokoly

TCP / IP je zásobník protokolů, který spravuje přenos dat v místní síti i v síti globální síť Internet. Tento zásobník obsahuje 4 vrstvy, což znamená, že podle referenčního modelu OSI každá z nich kombinuje několik vrstev.

  1. Aplikováno (podle OSI - Applied, Presentation and Session)
    Za tuto úroveň jsou zodpovědné následující protokoly:
    • TELNET - relace vzdálené komunikace ve formuláři příkazový řádek
    • FTP - protokol pro přenos souborů
    • SMTP - protokol pro přenos pošty
    • POP3 a IMAP - příjem poštovní zásilky
    • HTTP - práce s hypertextovými dokumenty
  2. Transport (podle OSI stejný) je TCP a UDP již popsaný výše.
  3. Internet (podle OSI - síť) je protokol IP
  4. Úroveň síťová rozhraní(pro OSI - kanálové a fyzické) Za provoz této vrstvy odpovídají ovladače síťových adaptérů.

Terminologie datového bloku

  • Stream - data, která jsou provozována na úrovni aplikace
  • Datagram je blok dat na výstupu z UPD, to znamená, že nemá zaručené doručení.
  • Segment je blok zaručený pro dodání na výstupu z Protokol TCP
  • Paket je blok datového výstupu z protokolu IP. od té doby tuto úroveň ještě není zaručeno, že bude doručen, lze jej také nazvat datagramem.
  • Rámec je blok s přiřazenými adresami MAC.

Dík! Nepomohlo

Referenční model OSI je 7vrstvá hierarchie sítě vytvořená Mezinárodní organizací pro normalizaci (ISO). Model zobrazený na obrázku 1 má 2 různé modely:

  • horizontální model založený na protokolu, který implementuje interakci procesů a softwaru na různých strojích
  • vertikální model založený na službách implementovaných sousedními vrstvami navzájem na stejném počítači

Ve svislém směru se sousední úrovně vyměňují s informacemi pomocí API. Horizontální model vyžaduje společný protokol pro výměnu informací v jedné vrstvě.

Obrázek 1

Model OSI popisuje pouze metody systémové komunikace implementované operačním systémem, softwarem atd. Model neobsahuje metody interakce s koncovými uživateli. V ideálním případě by aplikace měly přistupovat k horní vrstvě modelu OSI, ale v praxi mnoho protokolů a programů má metody přístupu k nižším vrstvám.

Fyzická vrstva

Na fyzické úrovni jsou data prezentována ve formě elektrických nebo optických signálů, odpovídajících 1 a 0 binárního proudu. Parametry přenosového média jsou určeny na fyzické úrovni:

  • typ konektorů a kabelů
  • přiřazení pinů v konektorech
  • obvod kódování signálu 0 a 1

Nejběžnějšími typy specifikací na této úrovni jsou:

  • - nevyvážené parametry sériového rozhraní
  • - vyvážené parametry sériového rozhraní
  • IEEE 802.3 -
  • IEEE 802.5 -

Na fyzické úrovni nemůžete pochopit význam dat, protože jsou reprezentována ve formě bitů.

Odkazová vrstva

Tento kanál implementuje přenos a příjem datových rámců. Vrstva implementuje požadavky na síťovou vrstvu a používá fyzickou vrstvu k příjmu a vysílání. Specifikace IEEE 802.x rozdělují tuto vrstvu na dvě podvrstvy, logické propojení (LLC) a řízení přístupu k médiím (MAC). Nejběžnější protokoly na této úrovni jsou:

  • IEEE 802.2 LLC a MAC
  • Ethernet
  • Token Ring

Na této úrovni také implementuje detekci a opravu chyb přenosu. Ve vrstvě datového spojení je paket umístěn do datového pole rámce - zapouzdření. Detekce chyb je možná pomocí různé metody... Například implementace pevných hranic rámce nebo kontrolního součtu.

Síťová vrstva

Na této úrovni jsou uživatelé sítě rozděleni do skupin. Zde je směrování paketů implementováno na základě MAC adres. Síťová vrstva implementuje transparentní přenos paketů do transportní vrstvy. Na této úrovni jsou vymazány hranice sítí různých technologií. pracovat na této úrovni. Příklad fungování síťové vrstvy je uveden na obrázku 2 Nejběžnější protokoly jsou:

Kresba - 2

Transportní vrstva

Na této úrovni jsou informační toky rozděleny do paketů pro přenos na úrovni sítě. Nejběžnější protokoly na této úrovni jsou:

  • TCP - protokol pro ovládání přenosu

Úroveň relace

Na této úrovni probíhá organizace relací výměny informací mezi koncovými počítači. Na této úrovni je určena aktivní strana a relace je synchronizována. V praxi mnoho dalších protokolů vrstev obsahuje funkci vrstvy relace.

Prezentační vrstva

Na této úrovni dochází k výměně dat mezi softwarem na různých operačních systémech. Na této úrovni je implementována transformace informací (, komprese atd.) Pro přenos informačního toku do transportní vrstvy. Používají se protokoly vrstev a ty, které používají vyšší úrovně Modely OSI.

Úroveň aplikace

Aplikační vrstva implementuje přístup aplikace k síti. Vrstva ovládá přenos souborů a správu sítě. Použité protokoly:

  • FTP / TFTP - protokol pro přenos souborů
  • X 400 - e -mail
  • Telnet
  • CMIP - správa informací
  • SNMP - správa sítě
  • NFS - Network File System
  • FTAM - metoda přístupu k přenosu souborů

Protože protokol je dohoda přijatá dvěma interagujícími entitami, v tento případ dva počítače pracující v síti, z toho vůbec nevyplývá, že je to nutně standardní. Ale v praxi při implementaci sítí obvykle používají standardní protokoly... Může být značkový, národní nebo mezinárodní standardy.

Na začátku 80. let vyvinula řada mezinárodních normalizačních organizací - ISO, ITU -T a několik dalších - model, který hrál významnou roli ve vývoji sítí. Tento model se nazývá model ISO / OSI.

Model interakce otevřených systémů (Otevřené propojení systému, OSI) definuje různé úrovně interakce systémů v paketově přepínané sítě, dává jim standardní názvy a určuje, jaké funkce by měla každá úroveň plnit.

Model OSI byl vyvinut na základě rozsáhlých zkušeností získaných při vytváření počítačových sítí, hlavně globálních, v 70. letech. Úplný popis tohoto modelu je více než 1 000 stran textu.

V modelu OSI (obrázek 11.6) jsou komunikační nástroje rozděleny do sedmi vrstev: aplikace, zástupce relace, přenos, síť, kanál a fyzické. Každá vrstva se zabývá konkrétním aspektem interakce síťových zařízení.


Rýže. 11.6.

Model OSI popisuje pouze systémová komunikační zařízení implementovaná operačním systémem, systémové nástroje a hardware. Tento model neobsahuje interoperabilitu aplikací koncových uživatelů. Aplikace implementují své vlastní komunikační protokoly odkazem na systémové nástroje. Proto je nutné rozlišovat mezi úrovní interakce mezi aplikacemi a aplikační úroveň.

Je třeba také mít na paměti, že aplikace může převzít některé z horních vrstev modelu OSI. Některé DBMS mají například integrované nástroje vzdálený přístup do souborů. V tomto případě aplikace při přístupu ke vzdáleným prostředkům nepoužívá systémovou souborovou službu; obchází horní vrstvy modelu OSI a mluví přímo k systémovým nástrojům, za které je zodpovědný přeprava zprávy po síti, které se nacházejí ve spodních vrstvách modelu OSI.

Řekněme, že aplikace vytvoří požadavek na aplikační vrstvu, jako je například souborová služba. Na základě tohoto požadavku generuje aplikační software zprávu ve standardním formátu. Typická zpráva se skládá z hlavičky a datového pole. Záhlaví obsahuje informace o službě, které je třeba předat přes síť do aplikační vrstvy cílového počítače, aby bylo zřejmé, jakou práci je třeba provést. V našem případě by záhlaví zjevně mělo obsahovat informace o umístění souboru a typu operace, která má být provedena. Datové pole zprávy může být prázdné nebo může obsahovat některá data, například ta, která je třeba zapsat do vzdáleného souboru. Abychom však mohli tyto informace doručit na místo určení, je třeba vyřešit ještě mnoho úkolů, za které odpovědnost nesou nižší úrovně.

Po vytvoření zprávy aplikační úroveň nasměruje to dolů po hromádce reprezentativní úroveň... Protokol reprezentativní úroveň na základě informací přijatých z hlavičky aplikační vrstvy provede požadované akce a přidá do zprávy vlastní informace o službě - záhlaví reprezentativní úroveň který obsahuje pokyny pro protokol reprezentativní úroveň cílový stroj. Výsledná zpráva je odeslána dolů úroveň relace, což zase přidává vlastní záhlaví atd. (Některé protokoly umísťují informace o službě nejen na začátek zprávy jako záhlaví, ale také na konec, v podobě takzvaného „upoutávky“.) Nakonec, zpráva dosáhne dna, fyzická vrstva, který ji ve skutečnosti přenáší po komunikačních linkách do cílového stroje. V tuto chvíli je zpráva „zarostlá“ záhlavími všech úrovní (