Базовая модель взаимодействия открытых систем OSI. Уровни протоколов

Базовая модель взаимодействия открытых систем OSI. Уровни протоколов. Для описания способов коммуникации между сетевыми устройствами организацией ISO была разработана модель взаимосвязи открытых систем BOS-OSI (Open System Interconnection). Она основана на уровневых протоколах, что позволяет обеспечить: a) логическую декомпозицию сложной сети на обозримые части – уровни; b) стандартные интерфейсы между сетевыми функциями; c) симметрию в отношении функций, реализуемых в каждом узле сети (аналогичность функций в каждом узле сети); d) общий язык для взаимопонимания разработчиков различных частей сети. Функции любого узла сети разбиваются на уровни, для конечных систем их семь. Внутри каждого узла взаимодействие между уровнями идет по вертикали.

Взаимодействие между двумя узлами логически происходит по горизонтали – между соответствующими уровнями. Реально же из-за отсутствия непосредственных горизонтальных связей производится спуск до нижнего уровня в источнике, связь через физическую среду и подъем до соответствующего уровня в приемнике информации.

В промежуточных устройствах подъем идет до того уровня, который доступен “интеллекту” устройства. Каждый уровень обеспечивает свой набор сервисных функций (сервисов), “прикладная ценность” которых возрастает с повышением уровня.

Уровень, с которого посылается запрос, и симметричный ему уровень в отвечающей системе формируют свои блоки данных. Данные снабжаются служебной информацией (заголовком) данного уровня и спускаются на уровень ниже, пользуясь сервисами соответствующего уровня. На этом уровне к полученной информации также присоединяется служебная информация, и так происходит спуск до самого нижнего уровня, сопровождаемый заголовками.

Наконец по нижнему уровню вся эта конструкция достигает получателя, где по мере подъема вверх освобождается от служебной информации соответствующего уровня. В итоге сообщение, посланное источником, в “чистом виде” достигает соответствующего уровня системы-получателя. Служебная информация управляет процессами передачи и служит для контроля его успешности и достоверности. В случае возникновения проблем может быть сделана попытка их уладить на том уровне, где они были обнаружены.

Если уровень не может решить проблему, он сообщает о ней на вызвавший его вышестоящий уровень. Сервисы на передаче данных могут быть гарантированными (reliable – надежными) и негарантированными (unreliable – ненадежными). Гарантированный сервис сообщит только о выполнении операции (он освободился), а дошли ли данные до получателя при этом неизвестно. Контроль достоверности и обработка ошибок может выполняться на разных уровнях и инициировать повтор передачи блока. Как правило, чем ниже уровень, на котором контролируются ошибки, тем быстрее они обрабатываются. Стандарты на различные технологии и протоколы, как правило, охватывают один или несколько смежных уровней.

Комплекты протоколов нескольких смежных уровней, пользующихся сервисами друг друга (сверху вниз), называют протокольными стеками (protocol stack). Пример протокольного стека, широко используемого в современных сетях – TSP/IP Уровни модели OSI рассмотрим сверху вниз: 7. Прикладной уровень(application layer) – высший уровень модели, который обеспечивает пользовательской прикладной программе доступ к сетевым ресурсам.

Примеры задач уровня: передача файлов, электронная почта, управление сетью. Примеры протоколов прикладного уровня: • FTAM (File Transfer Access and Management) – удаленное манипулирование файлами; • FTR (File Transfer Protocol) – пересылка файлов; • X.400 – передача сообщений и сервис электронной почты; • CMIP(Common Management Information Protocol) – управление сетью в стандарте ISO; • SNMP(Simple Network Management Protocol) – управление сетью не в стандарте ISO; • Telnet – эмуляция терминала и удаленная регистрация (remote login). 6. Уровень представления данных (presentation layer) – обеспечивает преобразование кодов, форматов файлов, сжатие и распаковку, шифрование и дешифрование данных. Пример протокола – SSL(Secure Socket Layer), обеспечивающий конфиденциальность передачи данных в стеке TSP/IP. 5. Сеансовый уровень(Session Layer) – обеспечивает инициацию и завершение сеанса – диалога между устройствами, синхронизацию и последовательность пакетов в сетевом диалоге, надежность соединения до конца сеанса (обработку ошибок, повторные передачи). Примеры протоколов сеансового уровня: • Net BIOS(Network Basic Input/Output System) – именование узлов, негарантированная доставка сообщений, общее управление.

Протокол распространяется еще на 6-й и7-й уровни, различные реализации могут быть не совместимыми с оригинальной разработкой IBM; • Net BEUT(Network Basic Extended User Interface) – реализация и расширение Net BIOS фирмой Microsoft. 4. Транспортный уровень(transport layer) – отвечает за передачу данных от источника до получателя с уровнем качества (пропускная способность, задержка прохождения, уровень достоверности), затребованным сеансовым уровнем.

Если блоки данных, передаваемые с сеансового уровня, больше допустимого размера пакета для данной сети, они разбиваются на несколько нумерованных пакетов.

На этом уровне определяются пути передачи, которые для соседних пакетов могут быть разными.

На приемной стороне пакеты собираются и в должной последовательности передаются на сеансовый уровень. Протоколы транспортного уровня зависят от сервиса нижних уровней: • TPO…TP4(Transport Protocol Class 0…4) – классы протоколов модели OSI, ориентированные на различные виды сервиса нижних уровней; • TSP(Transmission Control Protocol) – протокол передачи данных с установлением соединения; • UDP(User Datagramm Protocol) – протокол передачи данных без установления соединения; • SPX(Seguenced Packet Exchange) – протокол передачи данных Novell NetWare с установлением соединения. 3. Сетевой уровень(network layer) – форматирует данные транспортного уровня и снабжает их информацией, необходимой для маршрутизации (нахождения пути к получателю). Уровень отвечает за адресацию (трансляцию физических и сетевых адресов, обеспечение межсетевого взаимодействия); поиск пути от источника к получателю; установление и обслуживание логической связи между узлами для установления связи как ориентированной, так и неориентированной на соединение.

Форматирование данных осуществляется в соответствии с коммуникационной технологией (локальные и глобальные сети). Примеры протоколов сетевого уровня: • ARP (Address Resolution Protocol) – взаимное преобразование аппаратных и сетевых адресов; • IP (Internet Protocol) – протокол доставки дейтаграмм, основа стека TSP/IP; • IPX (Internetwork Packet Exchange) – базовый протокол NetWare, отвечающий за адресацию и маршрутизацию пакетов. 2. Канальный уровень (data link layer) – обеспечивает формирование фреймов(кадров), передаваемых через физический уровень, контроль ошибок и управление потоком данных.

Существует дополнительное деление этого уровня на 2 подуровня (sublayers): 1) Подуровень LLS(Logical-Link Control – управление логической сетью) – является стандартным интерфейсом с сетевым уровнем, независимым от сетевой технологии. 2) Подуровень MAC(Media Access Control – управление доступом к среде) – осуществляет доступ к уровню физического кодирования и передачи сигналов.

Применительно к технологии Internet MAC-уровень укладывает данные, пришедшие с LLS, в кадры, пригодные для передачи.

Далее, дожидаясь освобождения канала, он передает кадр на физический уровень и следит за результатами работы физического уровня. Если кадр передан успешно (коллизий нет), он сообщает об этом LLS-подуровню. Если обнаружена коллизия, он делает несколько повторных попыток передачи, и если передача так и не удалась, сообщает LLS-уровню.

На приемной стороне MAC-уровень принимает кадр, проверяет его на отсутствие ошибок и, освободив его от служебной информации, передает на LLS. 1. Физический уровень (physical layer) – нижний уровень, обеспечивающий физическое кодирование бит кадра в электрические сигналы и передачу их по линиям связи. Определяет тип кабелей и разъемов, назначение контактов и формат физических сигналов. Примеры спецификаций физического уровня: • EIA (TIA-232-D) – 25-штырьковый разъем и протокол последовательной синхронной/асинхронной связи; • IEEE 802.3, определяющий разновидности Internet (10 Мбит/с). Здесь физический уровень делится еще на 4 подуровня: а)PLS(Physical Layer Signaling) – сигналы для трансиверного кабеля; б)AUI(Attachment Unit Interface) – спецификации трансиверного кабеля (интерфейс AUI); в)PMA (Physical Medium Attachment) – функции трансивера; г)MDI (Medium Dependent Interface) – спецификации подключения трансивера к конкретному типу кабеля.

Сетевая технология охватывает канальный и физический уровни модели.

Промежуточные системы (устройства) описываются протоколами нескольких уровней, начиная с 1-го и доходя до 3-го, а иногда до 4-го уровня. В реальных сетях используются различные протокольные стеки, и далеко не всегда возможно практическое разделение систем на уровни модели OSI с возможностью обращения к каждому из них. Ради повышения производительности количество уровней уменьшается до 3 – 4 с объединением функций смежных уровней.

При всем разнообразии подходов к реализации верхних уровней стеков стандартизация на физическом, канальном и сетевом уровнях соблюдается довольно строго. Здесь играет роль необходимость обеспечения совместимости сетевых устройств от разных производителей, без которых их положение на рынке неустойчиво. Глава 2.