Что такое сетевая модель osi

Уровни

Уровень 1. Физический. Включает физические аспекты передачи двоичной информации по линии связи. Детально описывает, например, напряжения, частоты, природу передающей среды. Этому уровню вменяется в обязанность поддержание связи и приём-передача битового потока. Безошибочность желательна, но не требуется.

Уровень 2. Канальный. Обеспечивает безошибочную передачу блоков данных первый через уровень, который при передаче может искажать данные. Этот уровень должен определять начало и конец кадра в битовом потоке, формировать из данных, передаваемых физическим уровнем, кадры или последовательности кадров, включать процедуру проверки наличия ошибок и их исправления. Этот уровень (и только он) оперирует такими элементами, как битовые последовательности, методы кодирования, маркеры. Он несёт ответственность за правильную передачу данных (пакетов) на участках между непосредственно связанными элементами сети. Обеспечивает управление доступом к среде передачи.

Уровень 3. Сетевой. Этот уровень пользуется возможностями, предоставляемыми вторым уровнем, для обеспечения связи любых двух точек в сети. Этот уровень осуществляет проводку сообщений по сети, которая может иметь много линий связи, или по множеству совместно работающих сетей, что требует маршрутизации, т.е. определения пути, по которому следует пересылать данные. Маршрутизация производится на этом же уровне. Выполняет обработку адресов, а также мультиплексирование и демультиплексирование. Основной функцией программного обеспечения на этом уровне является выборка информации из источника, преобразование её в пакеты и правильная передача в точку назначения.

Уровень 4. Транспортный. Регламентирует пересылку данных между процессами, выполняемыми на компьютерах сети. Завершает организацию передачи данных: контролирует на сквозной основе поток данных, проходящий по маршруту, определённому третьим уровнем: правильность передачи блоков данных, правильность доставки в нужный пункт назначения, их комплектность, сохранность, порядок следования. Собирает информацию из блоков в её прежний вид. Или же оперирует с дейтаграммами, то есть ожидает отклика-подтверждения приёма из пункта назначения, проверяет правильность доставки и адресации, повторяет посылку дейтаграммы, если не пришёл отклик.

Уровень 5. Сеансовый. Координирует взаимодействие связывающихся процессов: устанавливает связь, взаимодействует, восстанавливает аварийно оконченные сеансы. Он координирует не компьютеры и устройства, а процессы в сети, поддерживает их взаимодействие. То есть управляет сеансами связи между процессами прикладного уровня. Этот же уровень ответственен за картографию сети. Фактически он преобразовывает адреса, удобные для людей, в реальные сетевые адреса, например, в Internet это соответствует преобразованию региональных (доменных) компьютерных имён в числовые адреса глобальной, и наоборот.

Уровень 6. Представления данных. Этот уровень имеет дело с синтаксисом и семантикой передаваемой информации. Здесь устанавливается взаимопонимание двух сообщающихся компьютеров относительно того, как они представляют и понимают по получении передаваемую информацию. На данном этапе решаются такие задачи, как перекодировка текстовой информации и изображений, сжатие и распаковка, поддержка сетевых файловых систем (NFS), абстрактных структур данных.

Уровень 7. Прикладной. Обеспечивает интерфейс между пользователем и сетью, делает доступными для человека всевозможные услуги. На этом уровне реализуется, по крайней мере, пять прикладных служб: передача файлов, удалённый терминальный доступ, электронная передача сообщений, справочная служба и управление сетью. В конкретной реализации определяется пользователем согласно его необходимости и требованиям.

Межуровневые функции

Межуровневые функции — это сервисы, которые не привязаны к данному уровню, но могут влиять на более чем один уровень. Некоторые ортогональные аспекты, такие как управление и безопасность , охватывают все уровни (см. Рекомендацию ITU-T X.800). Эти услуги направлены на улучшение триады ЦРУ — конфиденциальность , целостность и доступность — передаваемых данных. На практике межуровневые функции являются нормой, поскольку доступность услуги связи определяется взаимодействием между сетевым дизайном и протоколами управления сетью .

Конкретные примеры межуровневых функций включают следующее:

Служба безопасности (электросвязь), как определено в рекомендации ITU-T X.800.
Функции управления, т. Е. Функции, которые позволяют настраивать, создавать экземпляры, отслеживать, завершать обмен данными между двумя или более объектами: существует специальный протокол уровня приложений, общий протокол информации управления (CMIP) и соответствующая ему служба, служба общей информации управления (CMIS ), они должны взаимодействовать с каждым слоем, чтобы иметь дело со своими экземплярами.

Многопротокольная коммутация по меткам (MPLS), ATM и X.25 — это протоколы 3a. OSI подразделяет сетевой уровень на три подуровня: 3a) доступ к подсети, 3b) зависимая от подсети конвергенция и 3c) независимая от подсети конвергенция. Он был разработан для предоставления унифицированной службы передачи данных как для клиентов с коммутацией каналов, так и для клиентов с коммутацией пакетов, которые обеспечивают модель обслуживания на основе дейтаграмм . Его можно использовать для передачи множества различных видов трафика, включая IP-пакеты, а также собственные кадры ATM, SONET и Ethernet

Иногда можно увидеть ссылку на слой 2.5.
Перекрестное планирование MAC и PHY важно в беспроводных сетях из-за изменяющегося во времени характера беспроводных каналов. Путем планирования передачи пакетов только в благоприятных условиях канала, что требует, чтобы MAC-уровень получал информацию о состоянии канала с PHY-уровня, пропускная способность сети может быть значительно улучшена, и можно избежать потерь энергии.

Методы выделения кадров

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

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

Указатель количества байт

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

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

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

Вставка byte и bit

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

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

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

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

Средства физического уровня

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

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

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

Общая характеристика модели OSI

https://youtube.com/watch?v=DcV3HY6lFP4%3F

В связи с затянувшейся разработкой протоколов OSI, в настоящее время основным используемым стеком протоколов является TCP/IP, разработанный ещё до принятия модели OSI и вне связи с ней.

К концу 70-х годов в мире уже существовало большое количество фирменных стеков коммуникационных протоколов, среди которых можно назвать, например, такие популярные стеки, как DECnet, TCP/IP и SNA. Подобное разнообразие средств межсетевого взаимодействия вывело на первый план проблему несовместимости устройств, использующих разные протоколы. Одним из путей разрешения этой проблемы в то время виделся всеобщий переход на единый, общий для всех систем стек протоколов, созданный с учетом недостатков уже существующих стеков. Такой академический подход к созданию нового стека начался с разработки модели OSI и занял семь лет (с 1977 по 1984 год). Назначение модели OSI состоит в обобщенном представлении средств сетевого взаимодействия. Она разрабатывалась в качестве своего рода универсального языка сетевых специалистов, именно поэтому её называют справочной моделью.В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представления, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень имеет дело с совершенно определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств.

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 только к самому верхнему уровню — прикладному, однако на практике многие стеки коммуникационных протоколов предоставляют возможность программистам напрямую обращаться к сервисам, или службам, расположенных 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 сообщений по сети системным средствам, которые располагаются на нижних уровнях модели OSI. Итак, пусть приложение узла А хочет взаимодействовать с приложением узла В. Для этого приложение А обращается с запросом к прикладному уровню, например к файловой службе. На основании этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата. Но для того, чтобы доставить эту информацию по назначению, предстоит решить еще много задач, ответственность за которые несут нижележащие уровни. После формирования сообщения прикладной уровень направляет его вниз по стеку уровню представления. Протокол уровня представления на основании информации, полученной из заголовка сообщения прикладного уровня, выполняет требуемые действия и добавляет к сообщению собственную служебную информацию — заголовок уровня представления, в котором содержатся указания для протокола уровня представления машины-адресата. Полученное в результате сообщение передается вниз сеансовому уровню, который, в свою очередь, добавляет свой заголовок и т. д. (Некоторые реализации протоколов помещают служебную информацию не только в начале сообщения в виде заголовка, но и в конце в виде так называемого концевика.) Наконец, сообщение достигает нижнего, физического, уровня, который, собственно, и передает его по линиям связи машине-адресату. К этому моменту сообщение «обрастает» заголовками всех уровней.

Физический уровень помещает сообщение на физический выходной интерфейс компьютера 1, и оно начинает своё «путешествие» по сети (до этого момента сообщение передавалось от одного уровню другому в пределах компьютера 1). Когда сообщение по сети поступает на входной интерфейс компьютера 2, оно принимается его физическим уровнем и последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, выполняя соответствующие функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню. Как видно из описания, протокольные сущности одного уровня не общаются между собой непосредственно, в этом общении всегда участвуют посредники — средства протоколов нижележащих уровней. И только физические уровни различных узлов взаимодействуют непосредственно.

Уровень 3 — сетевой уровень

Как и канальный уровень, сетевой отвечает за передачу данных между компьюте­рами. Для этого он использует сформированные данные и параметры двух преды­дущих уровней физического и канального. Главное отличие сетевого уровня от канального заключается в том, что он умеет передавать данные между сетями с равной топологией — комбинированными. Так, очень часто беспроводные и про­водные сети используются в паре. Чаше всего это происходит, если но определен­ным причинам создать единую проводную сеть физически невозможно.

На сетевом уровне, как и на канальном, данные делятся на пакеты, что позволяет дос­тичь качества и определенной скорости их передачи. Однако, в отличие от канально­го, сетевой уровень выбирает для передачи данных конкретный маршрут. Процесс выбора оптимального маршрута передачи данных называется маршрутизирующий.

Как правило, информацию о выборе маршрута предоставляют специальные уст­ройства, установленные в сети, — маршрутизаторы. Специальные таблицы мар­шрутизаторов содержат информацию о скорости передачи данных между отдель­ными сегментами и сетевом трафике, среднем времени передачи и т. д. Основываясь на этой информации, протоколы сетевого уровня могут выбрать оптимальный путь прохождения данных.

Эталонная модель OSI

Начальная стадия развития сетей LAN, MAN и WAN имела во многих отношениях хаотический характер. В начале 80-х годов XX века резко увеличились размеры сетей и их количество. По мере того как компании осознавали, что, используя сетевые технологии, они могут сэкономить значительные средства и повысить эффективность своей работы, они создавали новые сети и расширяли уже существовавшие с той же быстротой, с какой появлялись новые сетевые технологии и новое оборудование.

Однако к середине 80-х годов эти же компании стали испытывать трудности с расширением уже существующих сетей. Сетям, использовавшим различные спецификации и реализованным различными способами, стало все труднее осуществлять связь друг с другом. Компании, оказавшиеся в такой ситуации, первыми осознали, что необходимо отходить от использования фирменных (proprietary) сетевых систем.

Для решения проблемы несовместимости сетей и их неспособности осуществлять связь друг с другом международная организация по стандартизации (International Organization for Standardization — ISO) разработала различные сетевые схемы, такие, как DECnet, системная сетевая архитектура (Systems Network Architecture — SNA) и стек протоколов TCP/IP. Целью создания таких схем была разработка некоторого общего для всех пользователей набора правил работы сетей. В результате этих исследований организация ISO разработала сетевую модель, которая смогла помочь производителям оборудования создавать сети, совместимые друг с другом и успешно взаимодействовавшие. Процесс подразделения сложной задачи сетевой коммуникации на отдельные более мелкие можно сравнить с процессом сборки автомобиля.
Процесс проектирования, изготовления деталей и сборки автомобиля, если его рассматривать как единое целое, является весьма сложным. Маловероятно, что нашелся бы специалист, который смог бы решить все требуемые задачи при сборке автомобиля: собрать машину из случайным образом подобранных деталей или, скажем,
при изготовлении конечного продукта непосредственно из железной руды. По этой причине проектированием автомобиля занимаются инженеры»проектировщики, инженеры-литейщики проектируют формы для литья деталей, а сборочные инженеры и техники занимаются сборкой узлов и автомобиля из готовых деталей.

Эталонная модель OSI (OSI reference model), обнародованная в 1984 году, была описательной схемой, созданной организацией ISO. Эта эталонная модель предоставила производителям оборудования набор стандартов, которые обеспечили большую совместимость и более эффективное взаимодействие различных сетевых технологий и оборудования, производимого многочисленными компаниями во всем мире.
Эталонная модель OSI является первичной моделью, используемой в качестве
основы для сетевых коммуникаций.
Хотя существуют и другие модели, большинство производителей оборудования и программного обеспечения ориентируются на эталонную модель OSI, особенно когда желают обучить пользователей работе с их продуктами. Эталонная модель OSI в настоящее время считается наилучшим доступным средством обучения пользователей принципам работы сетей и механизмам отправки и получения данных по сети.

Эталонная модель OSI определяет сетевые функции, выполняемые каждым ее уровнем

Что еще более важно, она является базой для понимания того, как информация передается по сети. Кроме того, модель OSI описывает, каким образом информация или пакеты данных перемещается от программ»приложений (таких, как электронные таблицы или текстовые процессоры) по сетевой передающей среде (такой, как провода) к другим программам»приложениям, работающим на другом компьютере этой сети, даже если отправитель и получатель используют разные виды передающих сред

Уровни эталонной модели

Уровни эталонной модели OSI представляют из себя вертикальную структуру, где все сетевые функции разделены между семью уровнями. Следует особо отметить, что каждому такому уровню соответствует строго описанные операции, оборудование и протоколы.

Взаимодействие между уровнями организовано следующим образом:

• по вертикали — внутри отдельно взятой ЭВМ и только с соседними уровнями.
• по горизонтали — организовано логическое взаимодействие — с таким же уровнем другого компьютера на другом конце канала связи (то есть сетевой уровень на одном компьютере взаимодействует с сетевым уровнем на другом компьютере).

Так как семиуровневая модель osi состоит из строгой соподчиненной структуры, то любой более высокий уровень использует функции нижележащего уровня, причем распознает в каком именно виде и каким способом (т.е. через какой интерфейс) нужно передавать ему поток данных.

Рассмотрим, как организуется передача сообщений по вычислительной сети в соответствии с моделью OSI. Прикладной уровень — это уровень приложений, то есть данный уровень отображается у пользователя в виде используемой операционной системы и программ, с помощью которой выполняется отправка данных. В самом начале именно прикладной уровень формирует сообщение, далее оно передается представительному уровню, то есть спускается вниз по модели OSI. Представительный уровень, в свою очередь, проводит анализ заголовка прикладного уровня, выполняет требуемые действия, и добавляет в начало сообщения свою служебную информацию, в виде заголовка представительного уровня, для представительного уровня узла назначения. Далее движение сообщения продолжается вниз, спускается к сеансовому уровню, и он, в свою очередь, также добавляет свои служебные данные, в виде заголовка вначале сообщения и процесс продолжается, пока не достигнет физического уровня.

Следует отметить, что помимо добавления служебной информации в виде заголовка вначале сообщения, уровни могут добавлять служебную информацию и в конце сообщения, который называется «трейлер».

Когда сообщение достигло физического уровня, сообщение уже полностью сформировано для передачи по каналу связи к узлу назначения, то есть содержит в себе всю служебную информацию добавленную на уровнях модели OSI.

Помимо термина «данные» (data), которое используется в модели OSI на прикладном, представительном и сеансовом уровнях, используются и другие термины на других уровнях модели OSI, чтобы можно было сразу определить на каком уровне модели OSI выполняется обработка.

В стандартах ISO для обозначения той или иной порции данных, с которыми работают протоколы разных уровней модели OSI, используется общее название — протокольный блок данных (Protocol Data Unit, PDU). Для обозначения блоков данных определенных уровней часто используются специальные названия: кадр (frame), пакет (packet), сегмент (segment).

Модель TCP IP

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

• Прикладной;
• Транспортный;
• Сетевой;
• Канальный.

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

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

Надеюсь все это, Вам поможет понимать взаимодействие сетей.

Нравится3Не нравится

Уровень 4 — транспортный уровень

Пожалуй, транспортный уровень можно отнести к более высоким. Это означает, что данным уровнем управляет программа, а не аппаратные средства.

Транспортный уровень отвечает за надежность передачи данных. Существует не­сколько способов передачи, которые отличаются друг от друга степенью защищен­ности и возможностью исправления ошибок. Естественно, это сказывается на вре­мени и скорости передачи информации между конкретными точками.

Способ передачи данных выбирается автоматически, с помощью анализа инфор­мации маршрутизаторов сети. Если анализ показывает, что конфликты в сети минимальны, то используется самый простой (а значит, самый быстрый) способ. В противном случае выбирается способ передачи высокой степени надежности с возможностью исправления поврежденных пакетов (этот способ передачи, ко­нечно, более медленный). Какой бы способ ни был выбран, в любом случае ин­формация будет доставлена в целостном виде.

Межуровневые функции

Межуровневые функции — это сервисы, которые не привязаны к данному уровню, но могут влиять на более чем один уровень. Некоторые ортогональные аспекты, такие как управление и безопасность , охватывают все уровни (см. Рекомендацию ITU-T X.800). Эти услуги направлены на улучшение триады ЦРУ — конфиденциальность , целостность и доступность — передаваемых данных. На практике межуровневые функции являются нормой, поскольку доступность услуги связи определяется взаимодействием между сетевым дизайном и протоколами управления сетью .

Конкретные примеры межуровневых функций включают следующее:

Служба безопасности (электросвязь), как определено в рекомендации ITU-T X.800.
Функции управления, т. Е. Функции, которые позволяют настраивать, создавать экземпляры, отслеживать, завершать обмен данными между двумя или более объектами: существует специальный протокол уровня приложений, общий протокол информации управления (CMIP) и соответствующая ему служба, служба общей информации управления (CMIS ), они должны взаимодействовать с каждым слоем, чтобы иметь дело со своими экземплярами.

Многопротокольная коммутация по меткам (MPLS), ATM и X.25 — это протоколы 3a. OSI подразделяет сетевой уровень на три подуровня: 3a) доступ к подсети, 3b) зависимая от подсети конвергенция и 3c) независимая от подсети конвергенция. Он был разработан для предоставления унифицированной службы передачи данных как для клиентов с коммутацией каналов, так и для клиентов с коммутацией пакетов, которые обеспечивают модель обслуживания на основе дейтаграмм . Его можно использовать для передачи множества различных видов трафика, включая IP-пакеты, а также собственные кадры ATM, SONET и Ethernet

Иногда можно увидеть ссылку на слой 2.5.
Перекрестное планирование MAC и PHY важно в беспроводных сетях из-за изменяющегося во времени характера беспроводных каналов. Путем планирования передачи пакетов только в благоприятных условиях канала, что требует, чтобы MAC-уровень получал информацию о состоянии канала с PHY-уровня, пропускная способность сети может быть значительно улучшена, и можно избежать потерь энергии.

Уровень 7 — уровень приложений

Прикладной уровень — самый верхний уровень модели 1SO/OSI. Его задача организация взаимодействия с прикладными программами. За это отвечает мно­жество прикладных протоколов, с помощью которых операционная система и про­граммы получают доступ к разнообразным ресурсам сети.

P.S. Сетевая модель OSI не зря считается эталонной моделью, т.к. позволяет стандартизировать различные сетевые технологии, обеспечивает взаимодействие сетевых устройств и приложений разных уровней. Четкое понимание деления на уровни дает полное представление об организации работы компьютерных сетей. Если что-то непонятно сейчас, то нужно восполнить этот пробел сейчас, т.к. изучение более сложных вещей будет очень затруднено.

На практике используется более простая сетевая модель TCP/IP, которая имеет 4 уровня.

Пока это все. Если у Вас еще есть вопросы, можете смело написать мне в, , or , или задать их в разделе комментариев ниже.

Просмотров сегодня: 551

Рубрика: Информационные технологии

Назад Вперед