În practică, atunci când implementează rețele, acestea tind să utilizeze protocoale standard, care pot fi standarde proprietare, naționale sau internaționale.

Între 1977 și 1984, profesioniștii au dezvoltat un model de arhitectură de rețea numit Reference Model of Open Systems Interconnection (OSI). Modelul OSI definește diferitele niveluri de interacțiune a sistemului, le dă nume standard și specifică ce funcții ar trebui să îndeplinească fiecare nivel. Modelul OSI a fost dezvoltat pe baza experienței extinse acumulate în creare retele de calculatoare, în mare parte la nivel mondial, în anii '70. Descrierea completă a acestui model folosește peste 1000 de pagini de text.

Termenul „model recomandat de interfuncționare a sistemelor deschise” este adesea găsit în literatură sub denumirea de „model ISO / OSI”, remarcând contribuția ISO la formarea acestuia. Pentru unii programatori profesioniști de rețea, acest model reprezintă o arhitectură de rețea ideală.

Modelul ISO/OSI utilizează stratificarea pentru a organiza structura generală a unei rețele în module bine definite, interconectate. Într-o rețea împărțită în straturi, fiecare strat servește la îndeplinirea unei anumite funcție sau serviciu a rețelei în raport cu straturile învecinate din jur. Fiecare nivel, așa cum spune, îl protejează pe cel vecin de informații redundante care pot pătrunde de la un nivel inferior în sus. Un nivel bine conceput ar trebui să ascundă toate caracteristicile funcționării sale față de cel de deasupra. Pe baza acestor prevederi, este posibilă crearea unei rețele formate din module funcționale cu o interfață clar definită.

În modelul ISO/OSI (Fig. 22), mijloacele de interacțiune sunt împărțite în șapte niveluri: aplicație, reprezentativ (nivel de prezentare), sesiune, transport, rețea, canal (nivel de conexiune) și fizic. Fiecare strat se ocupă de un aspect specific al interacțiunii dispozitivelor de rețea. Modelul descrie mijloacele de interacțiune ale sistemului implementate de sistemul de operare, utilitățile de sistem și hardware-ul sistemului. Modelul nu include specificații de interacțiune cu aplicația utilizatorului final. Aplicațiile își implementează propriile protocoale de interacțiune prin accesarea instrumentelor de sistem. Prin urmare, este necesar să se facă distincția între stratul de interacțiune cu aplicație și stratul de aplicație.

Figura 22 prezintă o rețea simplă bazată pe modelul ISO/OSI. Rețeaua este formată din două computere, care, la rândul lor, sunt compuse din straturi. Săgețile care conectează nivelurile arată calea datelor în rețea. Pentru fiecare strat există un protocol corespunzător (protocol de transport, protocol de rețea).


Fiecare nivel folosește unități diferite pentru a măsura cantitatea de date. Straturi de aplicare (stratul de aplicare), prezentare, sesiune, transport, - folosiți termenul « mesaj » ca unitate de măsură. Stratul de rețea interpretează datele ca « pachete » , iar nivelul de conexiune ca « cadru » . Stratul fizic se ocupă de biți - o secvență de zerouri și unu

Așadar, lăsați aplicația să facă o solicitare la nivelul aplicației, cum ar fi un serviciu de fișiere. Pe baza acestei solicitări, software-ul stratului de aplicație generează un mesaj într-un format standard. Un mesaj normal constă dintr-un antet și un câmp de date. antet conține informații de serviciu care trebuie transmise prin rețea la stratul de aplicație al mașinii de destinație pentru a-i spune ce lucru trebuie făcut. În cazul nostru, antetul, evident, ar trebui să conțină informații despre locația fișierului și tipul de operație care trebuie efectuată asupra acestuia. Câmp de date mesajele pot fi goale sau pot conține anumite date, cum ar fi cele în care trebuie scrise fișier la distanță. Dar pentru a livra aceste informații la destinație, mai sunt încă multe sarcini de rezolvat, a căror responsabilitate revine nivelurilor inferioare.

După ce mesajul este format, stratul de aplicație îl împinge în jos din stivă până la stratul reprezentativ. Protocolul de nivel reprezentativ, bazat pe informațiile primite de la antetul de nivel de aplicație, efectuează acțiunile necesare și completează mesajul primit cu informații de serviciu - antetul de nivel reprezentativ, care conține instrucțiuni pentru protocolul de nivel reprezentativ al mașinii de destinație.



Mesajul rezultat este transmis în stratul de sesiune, care la rândul său adaugă propriul antet și așa mai departe.Figura 23 ilustrează imbricarea mesajelor la diferite niveluri.

Unele implementări de protocol plasează informațiile de serviciu nu numai la începutul mesajului, ci și la sfârșit, sub forma așa-numitului „ remorcă ". În cele din urmă, mesajul ajunge la nivelul inferior, fizic, care de fapt îl transmite prin rețele către mașina de destinație. În acest moment, mesajul este „încărcat” cu titluri de toate nivelurile (Fig. 22). Când un mesaj ajunge la mașina de destinație, este primit de stratul său fizic și transmis de la un strat la altul. Fiecare nivel analizează antetul propriului nivel, realizând funcțiile corespunzătoare acestui nivel, apoi elimină acest antet și transmite mesajul la nivelul superior.

Alături de termenul mesaj, există și alți termeni folosiți de specialiștii în rețea pentru a desemna unități de date în procedurile de schimb. În standardele ISO, unitatea de date a protocolului (PDU) este folosită pentru a desemna unitățile de date cu care se ocupă protocoalele de diferite niveluri. Pentru a desemna blocuri de date de anumite niveluri, se folosesc adesea nume speciale: pachet (pachet), datagrama (datagrama), segment (segment).

Modelul OSI distinge între două tipuri principale de protocoale. În protocoale stabilirea unei conexiuni,înainte de a face schimb de date, expeditorul și receptorul trebuie mai întâi să stabilească o conexiune și, eventual, să aleagă niște parametri de protocol pe care îi vor folosi la schimbul de date. După încheierea dialogului, ei trebuie să încheie conexiunea. Telefonul este un exemplu de comunicare bazată pe conexiune.

Al doilea grup de protocoale - protocoale fără a stabili mai întâi o conexiune. Expeditorul transmite pur și simplu mesajul când este gata. Introducerea unei scrisori cutie poștală este un exemplu de comunicare fără a stabili mai întâi o conexiune. Calculatoarele comunică folosind ambele tipuri de protocoale.

Să aruncăm o privire mai atentă la funcțiile fiecărui nivel.

Strat fizic constă din elemente fizice (hardware) care servesc direct la transferul de informații prin canalele de comunicare în rețea. Prin urmare, liniile de comunicație - cabluri care conectează computerele - aparțin stratului fizic. Include, de asemenea, metode de conversie a semnalului electric. Variat tehnologii de rețea, cum ar fi Ethernet, ARCNET sau token ring, se referă la stratul fizic ca setarea parametrilor pentru conversia semnalului pentru transmiterea prin rețea. Stratul fizic transmite datele bit cu bit.

Stratul fizic definește tipul de transfer de date: simplex, half duplex sau full duplex.

Stratul de legătură sau stratul de conexiune. Sarcina stratului de conexiune este de a transfera date de la nivelul fizic în cel de rețea și invers. Stratul de legătură de date transformă datele dintr-o secvență de biți în ceva mai ușor de înțeles pentru stratul de rețea, adesea numit „cadru de date” (un cadru de date este de obicei un flux de biți formatat în legătură care provine din stratul fizic).

Dimpotrivă, stratul de legătură primește cadre din rețea pentru a le converti într-un flux de biți, respectând formatul corect pentru stratul fizic. Funcția principală a stratului de conexiune este de a impune integritatea datelor, astfel încât formatul de cadru include informațiile necesare pentru a face acest lucru.

Stratul de legătură asigură corectitudinea transmisiei fiecărui cadru prin plasarea unei secvențe speciale de biți la începutul și la sfârșitul fiecărui cadru pentru a-l evidenția și, de asemenea, calculează suma de control prin procesarea tuturor octeților cadru într-un anumit fel şi adăugând suma de control la cadru. Când cadru sosește prin rețea, receptorul calculează din nou suma de control a datelor primite și compară rezultatul cu suma de control din cadru. Dacă se potrivesc, cadrul este considerat valid și acceptat. Dacă sumele de control nu se potrivesc, atunci este generată o eroare. Stratul de legătură poate nu numai să detecteze erori, ci și să le corecteze prin retransmiterea cadrelor corupte. Trebuie remarcat faptul că funcția de corectare a erorilor nu este obligatorie pentru stratul de legătură, deci nu este disponibilă în unele protocoale ale acestui strat, de exemplu, în Ethernet și frame relay.

Cadrul de date conține, de asemenea, informații necesare pentru identificarea și rutarea corectă a acestuia..

LA rețele locale Protocoalele stratului de legătură sunt utilizate de computere, poduri, comutatoare și routere. În computere, funcțiile stratului de legătură sunt implementate prin eforturile comune ale adaptoarelor de rețea și driverelor acestora. O placă de rețea într-un computer este un exemplu de implementare a stratului de conexiune.

În rețelele cu zonă extinsă, care rareori au o topologie obișnuită, stratul de legătură de date asigură adesea schimbul de mesaje doar între două computere învecinate conectate printr-o linie de comunicație individuală.

Uneori, în rețelele globale, este dificil să se evidențieze funcțiile stratului de legătură în forma sa pură, deoarece acestea sunt combinate cu funcțiile stratului de rețea în același protocol. Exemple de astfel de abordare sunt protocoalele ATM și tehnologiile frame relay.

În general, stratul de legătură este un set foarte puternic și complet de funcții pentru trimiterea de mesaje între nodurile rețelei. În unele cazuri, protocoalele de nivel de legătură se dovedesc a fi vehicule autonome și pot permite protocoalelor de nivel de aplicație sau aplicațiilor să funcționeze direct deasupra acestora, fără a implica straturile de rețea și de transport.

Cu toate acestea, pentru a se asigura transport de mesaje de înaltă calitate în rețele de orice topologie și tehnologiile funcțiilor stratului de legătură nu sunt suficiente, prin urmare, în modelul OSI, soluția acestei probleme este atribuită următoarelor două niveluri - reţea și transport .

stratul de rețea acesta este un serviciu primar de livrare intranet și servește la formarea unui singur sistem de transport, conectarea mai multor rețele , iar aceste rețele pot folosi principii complet diferite pentru transmiterea mesajelor între nodurile terminale și au o structură arbitrară de conexiuni. Funcțiile stratului de rețea sunt destul de diverse. Deoarece stratul de rețea gestionează informațiile de rutare la nivel de rețea, deține funcția numărarea cantității de date . El are grijă și de trafic , posibile coliziuni și viteze transmisie prin canale de comunicare.

Pe stratul de rețea termenul „reţea” însuşi este înzestrat cu un sens specific. În acest caz, o rețea este înțeleasă ca un set de calculatoare interconectate în conformitate cu una dintre topologiile tipice standard și care utilizează unul dintre protocoalele stratului de legătură definite pentru această topologie pentru transferul de date.

În interiorul rețelei, livrarea datelor este asigurată de nivelul de legătură corespunzător, dar livrarea datelor între rețele este gestionată de nivelul de rețea, care acceptă capacitatea de a alegerea potrivita ruta de transmitere a mesajului chiar şi în cazul în care structura conexiunilor dintre reţelele constitutive are un caracter diferit de cel adoptat în protocoalele stratului de legătură.

Rețelele sunt interconectate prin dispozitive speciale numite routere. router - acesta este un dispozitiv care colectează informații despre topologia interconexiunilor și, pe baza acesteia, transmite pachete de nivel de rețea către rețeaua de destinație.

Pentru a trimite un mesaj de la un expeditor dintr-o rețea către un destinatar din altă rețea, trebuie făcute un număr de hopuri între rețele, alegând de fiecare dată ruta corespunzătoare. Astfel, o rută este o secvență de routere prin care trece un pachet.

Pe fig. 24 prezintă patru rețele conectate prin trei routere. Există două rute între nodurile A și B ale acestei rețele: prima prin routerele 1 și 3, iar a doua prin routerele 1, 2 și 3.


Problema alegerii celei mai bune căi se numește rutare, iar soluția acesteia este una dintre sarcinile principale ale stratului de rețea. Această problemă este agravată de faptul că calea cea mai scurtă nu este întotdeauna cea mai bună. Adesea, criteriul de alegere a unei rute este timpul transferului de date de-a lungul acestei rute; depinde de lățimea de bandă a canalelor de comunicație și de intensitatea traficului, care se poate modifica în timp. Unii algoritmi de rutare încearcă să se adapteze la schimbările de încărcare, în timp ce alții iau decizii bazate pe medii pe termen lung. Selectarea rutei se poate baza și pe alte criterii, cum ar fi fiabilitatea transmisiei.

În general, funcțiile stratului de rețea sunt mai largi decât funcțiile de transmitere a mesajelor prin legături cu o structură non-standard. Stratul de rețea rezolvă, de asemenea, problemele negocierii diferitelor tehnologii, simplificând adresarea în rețele mari și creând bariere fiabile și flexibile în calea traficului nedorit între rețele.

Mesajele de nivel de rețea sunt denumite în mod obișnuit pachete. La organizarea livrării pachetelor la nivel de rețea se folosește conceptul de „număr de rețea”. În acest caz, adresa destinatarului constă din partea superioară - numărul rețelei și cea inferioară - numărul nodului din această rețea. Toate nodurile din aceeași rețea trebuie să aibă aceeași parte superioară a adresei, astfel încât termenului „rețea” la nivel de rețea i se poate da o altă definiție, mai formală: o rețea este o colecție de noduri a căror adresă de rețea conține același număr de rețea. .

Stratul de rețea definește două tipuri de protocoale. Primul tip este protocoalele de rețea (protocoale rutate) - implementează redirecționarea pachetelor prin rețea. Aceste protocoale sunt de obicei la care se face referire când se vorbește despre protocoale de nivel de rețea. Cu toate acestea, un alt tip de protocol este adesea denumit stratul de rețea, numit protocoale de schimb de informații de rutare sau pur și simplu protocoale de rutare. Routerele folosesc aceste protocoale pentru a colecta informații despre topologia interconexiunilor. Protocoalele de nivel de rețea sunt implementate de modulele software ale sistemului de operare, precum și software-ul și hardware-ul routerelor.

Un alt tip de protocol operează la nivelul de rețea și este responsabil pentru maparea adresei gazdei utilizate la nivelul rețelei la o adresă de rețea locală. Astfel de protocoale sunt adesea denumite protocoale de rezoluție a adreselor. - Protocolul de rezoluție a adreselor, ARP.

strat de transport la fel cum stratul de rețea livrează pachete prin rețea. Stratul de transport furnizează (transportă) date între computere înșiși. De îndată ce stratul de rețea livrează datele către computerul receptor, intră în joc protocolul de transport, livrând datele procesului de aplicare.

Stratul de transport oferă aplicațiilor sau straturilor superioare ale stivei - aplicație și sesiune - cu transferul de date cu gradul de fiabilitate pe care îl necesită. Modelul OSI definește cinci clase de servicii furnizate de stratul de transport. Aceste tipuri de servicii diferă prin calitatea serviciilor furnizate, urgență, capacitatea de a restabili comunicațiile întrerupte, disponibilitatea facilităților de multiplexare pentru conexiuni multiple între diferite protocoale de aplicație printr-un protocol de transport comun și, cel mai important, capacitatea de a detecta și corecta erori de transmisie, cum ar fi distorsiunea, pierderea și duplicarea pachetelor.

Alegerea clasei de serviciu a stratului de transport este determinată, pe de o parte, de măsura în care sarcina de asigurare a fiabilității este rezolvată de aplicațiile în sine și de protocoale de nivel superior celui de transport, iar pe de altă parte , această alegere depinde de cât de fiabil este sistemul de transport de date în rețea furnizată de straturi situate sub transport - rețea, canal și fizic. Deci, de exemplu, dacă calitatea canalelor de comunicație este foarte mare și probabilitatea erorilor care nu sunt detectate de protocoalele nivelurilor inferioare este mică, atunci este rezonabil să utilizați unul dintre serviciile de nivel de transport ușor care nu sunt împovărate. cu numeroase metode de îmbunătățire a fiabilității. Dacă vehicule straturile inferioare sunt inițial foarte nesigure, este indicat să apelați la cel mai avansat serviciu de nivel de transport care funcționează folosind mijloacele maxime pentru detectarea și eliminarea erorilor.

De regulă, toate protocoalele, începând de la nivelul de transport și mai sus, sunt implementate de software-ul nodurilor terminale ale rețelei - componente ale sistemelor lor de operare în rețea. Exemple de protocoale de transport includ protocoalele TCP și UDP ale stivei TCP/IP și protocolul SPX al stivei Novell.

Într-o rețea cu comutare de pachete, stratul de transport trebuie să fragmenteze datele care vin de la nivelul de sesiune în pachete mai mici pentru a le transmite stratului de rețea. Partea de recepție, dimpotrivă, trebuie să colecteze date din pachete mai mici în pachete mai mari pentru a le transmite la nivelul superior.

Stratul de transport determină numărul de pachete care călătoresc prin rețea. Cu alte cuvinte, stratul de transport generează trafic de pachete de date pe care stratul de rețea trebuie să îl gestioneze.

Stratul de transport controlează lățimea de bandă a rețelei. Prin lățime de bandă (lățime de bandă) se înțelege cantitatea maximă de date care trec într-un interval de timp dat pe un canal de comunicație. Pentru a crește debitul (și performanța), stratul de transport deschide mai multe conexiuni de rețea pentru aceeași conexiune de transport. Pentru a face acest lucru, stratul de transport trebuie să multiplexeze și să demultiplexeze datele transmise. Termenul „multiplexare” înseamnă un proces care pune mai multe fluxuri de date într-un canal de comunicație. Termenul „demultiplexare” înseamnă acțiunea inversă. Stratul de transport al computerului care transmite multiplexează (combină) multe mesaje într-o singură conexiune de transport. Stratul de transport de recepție, dimpotrivă, demultiplexează o conexiune în mai multe mesaje.

Protocoalele celor patru straturi inferioare sunt numite colectiv transport de rețea sau subsistem de transport, deoarece rezolvă complet problema transportului mesajelor cu un anumit nivel de calitate în rețelele compuse cu topologie arbitrară și diverse tehnologii. Celelalte trei straturi superioare rezolvă problemele furnizării de servicii de aplicații bazate pe subsistemul de transport existent.

stratul de sesiune ca o interfață de rețea de utilizator rezolvă astfel de sarcini de procesare a conexiunilor dintre procese și aplicații pe diverse calculatoare cum ar fi gestionarea numelor, parolelor și permisiunilor. Stratul de sesiune convertește formatul datelor pregătite pentru transmisie prin rețea într-un format adecvat pentru transmiterea către aplicații. În plus, gestionează solicitările de modificare a parametrilor de conexiune, cum ar fi rata de transmisie și controlul erorilor. Stratul de sesiune elimină posibilitatea de pierdere a datelor de către aplicație.

Din acest moment, schimbul direct de octeți capătă un sens intern. Numai acest nivel vă permite să efectuați funcții precum accesarea directorului serverului.

Stratul de sesiune oferă, de asemenea, controlul schimbului, fixând care parte este activă în acest moment și oferă mijloace de sincronizare. Acestea din urmă vă permit să introduceți puncte de control în transferuri lungi, astfel încât, în caz de eșec, să vă puteți întoarce la ultimul punct de control, mai degrabă decât să începeți totul de la capăt. În practică, puține aplicații folosesc stratul de sesiune și este rar implementat ca protocoale separate, deși funcțiile acestui strat sunt adesea combinate cu cele ale stratului de aplicație și implementate într-un singur protocol.

Stratul de prezentare combină unele dintre funcțiile comune pe care rețeaua le utilizează în mod repetat în conexiunile la rețea. Stratul de prezentare formează interfața de rețea cu dispozitivele computerizate, cum ar fi imprimante, monitoare și formate de fișiere. Stratul de prezentare definește modul în care arată rețeaua din punct de vedere software și hardware al computerului din rețea. Mesajele care vin din straturile inferioare sunt pregătite după cum este necesar pentru aplicație.

Datorită stratului de prezentare, informația transmisă de stratul de aplicație al unui sistem este întotdeauna înțeleasă de stratul de aplicare al altui sistem. Cu ajutorul acestui strat, protocoalele stratului de aplicație pot depăși diferențele sintactice în reprezentarea datelor sau diferențele în codurile de caractere, cum ar fi codurile ASCII și EBCDIC. La acest nivel, de exemplu, conversia datelor are loc dacă computerul destinatar folosește un alt format de număr decât computerul expeditor. La acest nivel se poate realiza criptarea și decriptarea datelor, datorită cărora secretul schimbului de date este asigurat imediat pentru toate serviciile aplicației.

Nivel de aplicare. Acest strat concentrează funcțiile legate de aplicațiile la nivel de rețea și prin care utilizatorii rețelei accesează resurse partajate, cum ar fi fișiere, imprimante sau pagini Web hipertext și, de asemenea, își organizează munca în comun, de exemplu, folosind protocolul E-mail. Programele de aplicație precum e-mailul, un browser sau o bază de date distribuită sunt exemple de utilizare a caracteristicilor la nivel de aplicație.

Unitatea de date pe care stratul de aplicație operează este de obicei numită mesaj.

Niveluri dependente de rețea și independente de rețea. Funcțiile de la toate nivelurile modelului ISO/OSI pot fi clasificate într-una din două grupuri. Fie la funcții care depind de implementarea tehnică specifică a rețelei, fie la funcții axate pe lucrul cu aplicații (Fig. 25).

Cele trei straturi inferioare - fizic, canal și rețea - sunt dependente de rețea, adică protocoalele acestor niveluri sunt strâns legate de implementarea tehnică a rețelei și echipamentele de comunicație utilizate. Trecerea la alte echipamente înseamnă o schimbare completă a protocoalelor straturilor fizice și de legătură în toate nodurile de rețea.

Primele trei niveluri - aplicație, reprezentativ și sesiune - sunt orientate spre aplicație și nu depind foarte mult de caracteristicile tehnice ale construirii unei rețele. Protocoalele de la aceste straturi nu sunt afectate de modificări ale topologiei rețelei, modificări ale echipamentelor sau modificări ale unei tehnologii de rețea diferite. Astfel, trecerea de la Ethernet la tehnologia AnyLAN de mare viteză nu va necesita nicio modificare în software-ul care implementează funcțiile nivelurilor de aplicație, prezentare și sesiune.

Stratul de transport este intermediar, ascunde toate detaliile de funcționare a straturilor inferioare de cele superioare. Acest lucru vă permite să dezvoltați aplicații care nu depind de mijloacele tehnice de transport direct al mesajelor.

Întrebări de testare:

1. Ce este modelul ISO\OSI?

2. Câte și ce niveluri include modelul ISO\OSI?

3. Descrieți funcțiile fiecărui strat al modelului ISO\OSI.

4. În ce constau mesajele la fiecare nivel.

5. Explicați conceptul de „cuibărire a mesajelor de diferite niveluri”

Model de referință OSI

Pentru claritate, procesul de conectare în rețea în modelul de referință OSI este împărțit în șapte straturi. Acest construct teoretic facilitează învățarea și înțelegerea unor concepte destul de complexe. În partea de sus a modelului OSI se află aplicația care are nevoie de acces la resursele rețelei, în partea de jos este rețeaua însăși. Pe măsură ce datele se deplasează de la un strat la altul, protocoalele care operează la aceste straturi le pregătesc treptat pentru transmiterea prin rețea. Odată ce ajung la sistemul țintă, datele se deplasează pe straturi, aceleași protocoale efectuând aceleași acțiuni, doar în ordine inversă. În 1983 Organizația Internațională pentru Standardizare(Organizația Internațională de Standardizare, ISO) și Sectorul standardizăriiTelecomunicațiile Uniunii Internaționale a Telecomunicațiilor(Telecommunication Standardization Sector of International Telecommunication Union, ITU-T) a publicat documentul „The Basic Reference Model for Open Systems Interconnection”, care descrie modelul de distribuție a funcțiilor de rețea între 7 niveluri diferite (Fig. 1.7). Această structură cu șapte straturi trebuia să fie baza pentru o nouă stivă de protocoale, dar nu a fost niciodată implementată comercial. În schimb, modelul OSI este utilizat cu stivele de protocoale existente ca instrument de predare și referință. Cele mai multe dintre protocoalele care sunt populare astăzi sunt anterioare dezvoltării modelului OSI, așa că nu se potrivesc exact cu structura sa pe șapte straturi. Adesea, funcțiile a două sau chiar mai multe niveluri ale modelului sunt combinate într-un singur protocol, iar granițele protocolului adesea nu corespund limitelor nivelurilor OSI. Cu toate acestea, modelul OSI rămâne diferit ajutor vizual pentru studiul proceselor de rețea, iar profesioniștii asociază adesea funcții și protocoale cu anumite straturi.

Încapsularea datelor

De fapt, interacțiunea protocoalelor care operează la diferite niveluri ale modelului OSI se manifestă prin faptul că fiecare protocol adaugă antet(antet) sau (într-un caz) remorcă(subsol) la informațiile pe care le-a primit de la nivelul de mai sus. De exemplu, o aplicație generează o solicitare pentru o resursă de rețea. Această solicitare se deplasează în jos în stiva de protocol. Când ajunge la nivelul transport, protocoalele stratului transport adaugă la cerere propriul antet, constând din câmpuri cu informații specifice funcțiilor acestui protocol. Cererea originală în sine devine un câmp de date (sarcină utilă) pentru protocolul stratului de transport. După adăugarea antetului său, protocolul stratului de transport transmite cererea stratului de rețea. Protocolul stratului de rețea adaugă propriul antet la antetul protocolului stratului de transport. Astfel, pentru un protocol de nivel de rețea, cererea originală și antetul protocolului de nivel de transport devin sarcina utilă. Întregul construct devine sarcina utilă pentru protocolul stratului de legătură, care îi adaugă un antet și un trailer. Rezultatul acestei activități este pachet(pachet) gata de transmisie prin rețea. Când pachetul ajunge la destinație, procesul este invers. Protocolul fiecărui nivel următor al stivei (acum de jos în sus) procesează și elimină antetul protocolului echivalent al sistemului de transmitere. Când procesul este finalizat, cererea inițială ajunge la aplicația pentru care a fost destinată, în aceeași formă în care a fost generată. Este apelat procesul de adăugare a antetelor la o cerere (Figura 1-8) generată de o aplicație încapsularea datelor(încapsularea datelor). În esență, această procedură seamănă cu procesul de pregătire a unei scrisori pentru trimitere prin poștă. Solicitarea este scrisoarea în sine, iar adăugarea anteturilor este similară cu introducerea scrisorii într-un plic, scrierea adresei, ștampilarea și trimiterea efectivă a acesteia.

Strat fizic

La cel mai de jos nivel al modelului OSI - fizic(fizic) - se determină caracteristicile elementelor echipamentelor de rețea - mediul de rețea, metoda de instalare, tipul de semnale utilizate pentru transmiterea datelor binare prin rețea. În plus, stratul fizic determină ce tip de adaptor de rețea trebuie instalat pe fiecare computer și ce fel de hub (dacă există) ar trebui să fie utilizat. La nivel fizic, avem de-a face cu un cablu de cupru sau fibră optică sau un fel de conexiune wireless. Într-o rețea LAN, specificațiile stratului fizic sunt direct legate de protocolul stratului de legătură utilizat în rețea. Când alegeți un protocol de nivel de legătură, trebuie să utilizați una dintre specificațiile de nivel fizic acceptate de acel protocol. De exemplu, protocolul Ethernet Link Layer acceptă mai multe opțiuni diferite ale stratului fizic - unul dintre cele două tipuri de cablu coaxial, orice cablu torsadat, cablu cu fibră optică. Parametrii fiecăreia dintre aceste opțiuni sunt formați din numeroase informații despre cerințele stratului fizic, de exemplu, tipul de cablu și conectori, lungimea admisă a cablurilor, numărul de hub-uri etc. Respectarea acestor cerințe este necesară pentru funcţionarea normală a protocoalelor. De exemplu, într-un cablu prea lung, este posibil ca sistemul Ethernet să nu observe coliziuni de pachete, iar dacă sistemul nu poate detecta erorile, nu le poate corecta, ceea ce duce la pierderea datelor. Standardul de protocol al stratului de legătură nu definește toate aspectele stratului fizic. Unele dintre ele sunt definite separat. Una dintre specificațiile stratului fizic cel mai frecvent utilizate este descrisă în Standardul de cablare pentru telecomunicații pentru clădiri comerciale, cunoscut sub numele de EIA/TIA 568A. A fost publicată în comun Institutul Național Americansăgeți(Institutul Național American de Standarde, ANSI), Asociaţii dinramură a industriei electronice(Asociația Industriei Electronice, EIA) și Asociația Industriei Comunicațiilor(Asociația Industriei de Telecomunicații, TIA). Acest document include o descriere detaliată a cablării rețelelor de date din medii industriale, inclusiv distanța minimă de la sursele de interferență electromagnetică și alte reguli de cablare. Astăzi, pozarea cablurilor în rețele mari este cel mai adesea încredințată firmelor specializate. Antreprenorul angajat trebuie să fie familiarizat cu EIA/TIA 568A și alte documente similare, precum și cu regulile de funcționare a clădirilor din oraș. Un alt element de comunicație definit la nivelul fizic este un tip de semnal pentru transmisia de date pe un mediu de rețea. Pentru cablurile cu o bază de cupru, acest semnal este o sarcină electrică, pentru un cablu de fibră optică - un impuls de lumină. Alte tipuri de medii de rețea pot utiliza unde radio, impulsuri infraroșii și alte semnale. Pe lângă natura semnalelor, la nivel fizic, se stabilește o schemă de transmitere a acestora, adică o combinație de sarcini electrice sau impulsuri de lumină utilizate pentru a codifica informații binare care sunt generate de niveluri superioare. Sistemele Ethernet folosesc o schemă de semnalizare cunoscută ca Codificare Manchester(codare Manchester), în timp ce sistemele Token Ring folosesc diferenţialManchester Schema (Diferenţial Manchester).

Stratul de legătură

Protocol canal stratul (legatură de date) asigură schimbul de informații între hardware-ul unui computer inclus în rețea și software-ul de rețea. Pregătește pentru trimiterea în rețea a datelor transmise acesteia prin protocolul stratului de rețea și transmite la nivelul rețelei datele primite de sistem din rețea. Atunci când proiectați și construiți o rețea LAN, protocolul stratului de legătură utilizat este cel mai important factor în selectarea echipamentului și a modului în care este instalat. Pentru a implementa protocolul stratului de legătură, este necesar următorul hardware și software: adaptoare de interfață de rețea (dacă adaptorul este un dispozitiv separat conectat la magistrală, se numește o placă de interfață de rețea sau pur și simplu o placă de rețea); drivere adaptoare de rețea; cabluri de rețea (sau alt mediu de rețea) și echipamente auxiliare de conectare; hub-uri de rețea (în unele cazuri). Atât adaptoarele de rețea, cât și hub-urile sunt proiectate pentru protocoale specifice stratului de legătură. Unele cabluri de rețea sunt, de asemenea, proiectate pentru protocoale specifice, dar există și cabluri care sunt potrivite pentru diferite protocoale. De departe, astăzi (ca întotdeauna) cel mai popular protocol de legătură este Ethernet. Cu mult în urmă se află Token Ring, urmat de alte protocoale precum FDDI (Fiber Distributed Data Interface). O specificație a protocolului de nivel de legătură include de obicei trei elemente principale: un format de cadru (adică un antet și un trailer adăugate la datele din stratul de rețea înainte de a fi transmise rețelei); mecanism de control al accesului la mediul de rețea; una sau mai multe specificații ale stratului fizic utilizate cu un protocol dat.

Format cadru

Protocolul stratului de legătură adaugă un antet și un trailer la datele primite de la protocolul stratului de rețea, transformându-le în cadru(cadru) (Fig. 1.9). Pentru a folosi din nou analogia cu poșta, antetul și trailerul sunt plicul în care să trimiteți scrisoarea. Acestea conțin adresele sistemului de expediere și ale sistemului de primire a pachetului. Pentru protocoalele LAN precum Ethernet și Token Ring, aceste adrese sunt șiruri hexazecimale de 6 octeți alocate adaptoare de rețea la fabrica. Ele, spre deosebire de adresele utilizate la alte niveluri ale modelului OSI, sunt numite appa adrese militare(adresă hardware) sau adrese MAC (vezi mai jos).

Notă Protocoalele de la diferite niveluri ale modelului OSI au nume diferite pentru structurile pe care le creează prin adăugarea unui antet la datele care provin de la un protocol superior. De exemplu, ceea ce protocolul stratului de legătură numește un cadru ar fi o datagramă către stratul de rețea. Un nume mai general pentru o unitate structurală de date la orice nivel este pachet.

Este important să înțelegeți că protocoalele de nivel de legătură permit doar comunicarea între computere de pe aceeași rețea LAN. Adresa hardware din antet aparține întotdeauna unui computer pe aceeași rețea LAN, chiar dacă sistemul țintă se află într-o rețea diferită. Alte funcții importante ale cadrului stratului de legătură sunt identificarea protocolului stratului de rețea care a generat datele din pachet și informații pentru detectarea erorilor. Pot fi utilizate diferite protocoale la nivelul de rețea și, prin urmare, cadrul protocolului de strat de legătură include de obicei cod care poate fi utilizat pentru a determina ce protocol de nivel de rețea a generat datele din acest pachet. Ghidat de acest cod, protocolul stratului de legătură al computerului receptor trimite date către protocolul corespunzător al stratului său de rețea. Pentru a detecta erorile, sistemul de transmitere calculează ciclic cod redundant cue(verificare ciclică a redundanței, CRC) sarcină utilă și o scrie în trailerul cadru. La primirea pachetului, computerul țintă efectuează aceleași calcule și compară rezultatul cu conținutul remorcii. Dacă rezultatele se potrivesc, informația a fost transmisă fără eroare. În caz contrar, destinatarul presupune că pachetul este corupt și nu îl acceptă.

Controlul accesului media

Calculatoarele dintr-o rețea LAN utilizează de obicei un mediu de rețea semi-duplex partajat. În acest caz, este foarte posibil ca două computere să înceapă să transmită date în același timp. În astfel de cazuri, are loc un fel de coliziune de pachete, coliziune(coliziune), în care datele din ambele pachete se pierd. Una dintre funcțiile principale ale protocolului stratului de legătură este controlul accesului la media (MAC), adică controlul asupra transmiterii datelor de către fiecare dintre computere și minimizarea coliziunilor de pachete. Mecanismul de control al accesului media este una dintre cele mai importante caracteristici ale unui protocol de nivel de legătură. Ethernet utilizează accesul multiplu Carrier Sense cu detectare a coliziunilor (CSMA/CD) pentru a controla accesul media. Alte protocoale, cum ar fi Token Ring, folosesc transferul de simboluri.

Specificații stratului fizic

Protocoalele stratului de legătură utilizate pe LAN suportă adesea mai mult de un mediu de rețea, iar una sau mai multe specificații ale stratului fizic sunt incluse în standardul de protocol. Legătura de date și straturile fizice sunt strâns legate, deoarece proprietățile mediului de rețea afectează semnificativ modul în care protocolul controlează accesul la mediu. Prin urmare, putem spune că în rețelele locale protocoalele stratului de legătură îndeplinesc și funcțiile stratului fizic. WAN-urile folosesc protocoale de nivel de legătură care nu includ informații de nivel fizic, cum ar fi SLIP (Serial Line Internet Protocol) și PPP (Point-to-Point Protocol).

stratul de rețea

La prima vedere, ar putea părea că reţea Stratul (de rețea) dublează o parte din funcționalitatea stratului de legătură. Dar nu este așa: protocoalele de nivel de rețea sunt „responsabile”. prin conexiuni (end-to-end), în timp ce protocoalele de nivel de legătură funcționează numai în LAN. Cu alte cuvinte, protocoalele nivelului de rețea asigură complet transmiterea pachetului de la sursă la sistemul țintă. În funcție de tipul de rețea, emițătorul și receptorul pot fi pe același LAN, pe LAN-uri diferite din aceeași clădire sau pe LAN-uri separate de mii de kilometri. De exemplu, atunci când vă conectați la un server de pe Internet, pachetele create de computerul dvs. trec prin zeci de rețele în drum spre acesta. Prin adaptarea la aceste rețele, protocolul stratului de legătură se va schimba de multe ori, dar protocolul stratului de rețea va rămâne același pe tot parcursul. Piatra de temelie a suitei de protocoale TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) și cel mai des folosit protocol de nivel de rețea este IP (Internet Protocol). Novell NetWare are propriul protocol de rețea IPX (Internetwork Packet Exchange), iar rețelele mai mici Microsoft Windows folosesc de obicei protocolul NetBEUI (NetBIOS Enhanced User Interface). Majoritatea funcțiilor atribuite stratului de rețea sunt definite de capacitățile protocolului IP. La fel ca un protocol de nivel de legătură, un protocol de nivel de rețea adaugă un antet la datele pe care le primește de la un strat superior (Figura 1.10). Un element de date creat de un protocol de nivel de rețea constă din date de nivel de transport și un antet de nivel de rețea și este numit datagrama(datagrama).

Adresarea

Antetul protocolului stratului de rețea, ca și antetul protocolului stratului de legătură, conține câmpuri cu adresele sistemelor sursă și țintă. Cu toate acestea, în acest caz, adresa de sistem țintă aparține destinației finale a pachetului și poate diferi de adresa de destinație din antetul protocolului de la nivelul de legătură. De exemplu, atunci când introduceți adresa unui site Web în bara de adrese a browserului dvs., pachetul generat de computerul dvs. indică adresa serverului Web ca adresa sistemului țintă la nivelul rețelei, în timp ce la nivelul legăturii. adresa routerului de pe LAN indică sistemul țintă, oferind acces la Internet. IP folosește propriul sistem de adresare, care este complet independent de adresele stratului de legătură. Fiecărui computer dintr-o rețea IP i se atribuie manual sau automat o adresă IP pe 32 de biți care identifică atât computerul însuși, cât și rețeaua în care se află. În IPX, adresa hardware este utilizată pentru a identifica computerul în sine, în plus, o adresă specială este utilizată pentru a identifica rețeaua în care se află computerul. NetBEUI distinge computerele după numele NetBIOS atribuite fiecărui sistem în timpul instalării.

Fragmentare

Datagramele stratului de rețea trebuie să traverseze multe rețele în drumul lor către destinație, întâmpinând proprietățile și limitările specifice ale diferitelor protocoale de nivel de legătură în acest proces. O astfel de limitare este dimensiunea maximă a pachetului permisă de protocol. De exemplu, un cadru Token Ring poate avea până la 4500 de octeți, în timp ce un cadru Ethernet poate avea până la 1500 de octeți. Când o datagramă mare generată într-o rețea Token Ring este transferată într-o rețea Ethernet, protocolul stratului de rețea trebuie să o despartă în mai multe fragmente nu mai mari de 1500 de octeți. Acest proces se numește fragmentare(fragmentare). În procesul de fragmentare, protocolul stratului de rețea descompune datagrama în fragmente, a căror dimensiune corespunde capacităților protocolului stratului de legătură utilizat. Fiecare fragment devine propriul său pachet și își continuă drumul către sistemul de nivel de rețea țintă. Datagrama sursă se formează numai după ce toate fragmentele au ajuns la destinație. Uneori, în drum spre sistemul țintă, fragmentele în care este spartă o datagramă trebuie re-fragmentate.

Dirijare

Dirijare(routing) este procesul de alegere a celei mai eficiente rute de pe Internet pentru transmiterea datagramelor de la sistemul de trimitere la sistemul de recepție. În interneturile complexe, cum ar fi internetul sau rețelele corporative mari, există adesea mai multe căi pentru a ajunge de la un computer la altul. Designerii de rețea creează în mod deliberat legături redundante, astfel încât traficul să-și găsească drumul către destinație chiar dacă unul dintre routere eșuează. Routerele conectează rețele LAN separate care fac parte din Internet. Scopul unui router este de a primi traficul de intrare de la o rețea și de a-l redirecționa către un anumit sistem din altul. Există două tipuri de sisteme pe Internet: Terminal(sisteme de capăt) și intermediar(sisteme intermediare). Sistemele terminale sunt emițători și receptori de pachete. Routerul este un sistem intermediar. Sistemele finale folosesc toate cele șapte straturi ale modelului OSI, în timp ce pachetele care ajung la sistemele intermediare nu se ridică deasupra stratului de rețea. Acolo, routerul procesează pachetul și îl trimite în stivă pentru transmitere către următorul sistem țintă (Figura 1.11).

Pentru a direcționa corect un pachet către destinație, routerele păstrează în memorie tabele cu informații de rețea. Aceste informații pot fi introduse manual de către administrator sau colectate automat de la alte routere folosind protocoale specializate. O intrare tipică în tabelul de rutare conține adresa altei rețele și adresa routerului prin care pachetele trebuie să ajungă în acea rețea. În plus, intrarea tabelului de rutare conține metrica traseu - evaluarea condiționată a eficacității acestuia. Dacă există mai multe rute către un sistem, routerul o alege pe cea mai eficientă și trimite datagrama la stratul de legătură pentru transmitere către routerul specificat în intrarea tabelului cu cea mai bună metrică. În rețelele mari, rutarea poate fi un proces extraordinar de complex, dar, de cele mai multe ori, se face automat și transparent pentru utilizator.

Identificarea protocolului stratului de transport

Așa cum antetul stratului de legătură indică protocolul stratului de rețea care a generat și transmis datele, antetul stratului de rețea conține informații despre protocolul stratului de transport de la care au fost primite datele. Pe baza acestor informații, sistemul de recepție transmite datagramele primite către protocolul corespunzător stratului de transport.

strat de transport

Funcții îndeplinite prin protocoale transport stratul (transport) completează funcțiile protocoalelor stratului de rețea. Adesea protocoalele acestor straturi utilizate pentru transmiterea datelor formează o pereche interconectată, ceea ce poate fi văzut în exemplul TCP/IP: protocolul TCP operează la nivelul de transport, IP - la nivelul de rețea. Majoritatea suitelor de protocoale au două sau mai multe protocoale de nivel de transport care îndeplinesc funcții diferite. O alternativă la TCP este UDP (User Datagram Protocol). Suita de protocoale IPX include, de asemenea, mai multe protocoale de nivel de transport, inclusiv NCP (NetWare Core Protocol) și SPX (Sequenced Packet Exchange). Diferența dintre protocoalele stratului de transport dintr-un anumit set este că unele dintre ele sunt orientate spre conexiune, iar altele nu. Sisteme care utilizează protocolul orientat spre conexiune(orientate spre conexiune), înainte de a trimite date, fac schimb de mesaje pentru a stabili comunicarea între ei. Acest lucru asigură că sistemele sunt pornite și gata de funcționare. Protocolul TCP, de exemplu, este orientat spre conexiune. Când utilizați un browser pentru a vă conecta la un server de Internet, browserul și serverul efectuează mai întâi așa-numitul strângere de mână în trei pași(strângere de mână în trei sensuri). Abia atunci browserul trimite adresa paginii Web dorite către server. Când transferul de date este finalizat, sistemele efectuează aceeași strângere de mână pentru a termina conexiunea. În plus, protocoalele orientate spre conexiune efectuează acțiuni suplimentare, cum ar fi trimiterea unui semnal de confirmare a unui pachet, segmentarea datelor, controlul fluxului și detectarea și corectarea erorilor. De obicei, protocoalele de acest tip sunt folosite pentru a transfera cantități mari de informații care nu ar trebui să conțină un singur bit eronat, cum ar fi fișiere de date sau programe. Caracteristicile suplimentare ale protocoalelor orientate spre conexiune asigură transferul corect de date. De aceea, aceste protocoale sunt adesea numite de încredere(de încredere). Fiabilitatea în acest caz este un termen tehnic și înseamnă că fiecare pachet transmis este verificat pentru erori, în plus, sistemul de trimitere este notificat despre livrarea fiecărui pachet. Dezavantajul protocoalelor de acest tip este cantitatea semnificativă de date de control schimbate între cele două sisteme. În primul rând, mesajele suplimentare sunt trimise atunci când o conexiune este stabilită și terminată. În al doilea rând, antetul adăugat la pachet de un protocol orientat spre conexiune este mult mai mare decât antetul unui protocol fără conexiune. De exemplu, antetul protocolului TCP/IP este de 20 de octeți, în timp ce antetul UDP este de 8 octeți. Protocol, nu orientat spre conexiune(fără conexiune), nu stabilește o conexiune între două sisteme înainte de transferul de date. Expeditorul transmite pur și simplu informațiile către sistemul țintă, fără a-și face griji dacă este gata să primească date și dacă acest sistem chiar există. Sistemele recurg de obicei la protocoale fără conexiune, cum ar fi UDP, pentru tranzacții scurte care constau doar din cereri și răspunsuri. Semnalul de răspuns de la receptor funcționează implicit ca un semnal de confirmare a transmisiei.

Notă Protocoalele orientate spre conexiune și neorientate către conexiune există nu numai la nivelul transportului. De exemplu, protocoalele de nivel de rețea nu sunt de obicei orientate spre conexiune, deoarece lasă fiabilitatea comunicației stratului de transport.

Protocoalele stratului de transport (precum și straturile de rețea și de legătură) conțin de obicei informații de la straturile superioare. De exemplu, anteturile TCP și UDP includ numere de port care identifică aplicația care a generat pachetul și aplicația căreia îi este destinat. Pe sesiune(sesiune), începe o discrepanță semnificativă între protocoalele utilizate efectiv și modelul OSI. Spre deosebire de straturile inferioare, nu există protocoale de nivel de sesiune dedicate. Funcțiile acestui nivel sunt integrate în protocoale care îndeplinesc și funcțiile straturilor de prezentare și aplicație. Transportul, rețeaua, legătura de date și straturile fizice sunt responsabile pentru transmiterea efectivă a datelor prin rețea. Protocoalele sesiunii și nivelurile superioare nu au nimic de-a face cu procesul de comunicare. Stratul de sesiune include 22 de servicii, dintre care multe definesc modul de schimb de informații între sistemele din rețea. Cele mai importante servicii sunt managementul dialogului și separarea dialogului. Se numește schimbul de informații între două sisteme dintr-o rețea dialog(dialog). Gestionarea dialogurilor(control dialog) este de a selecta modul în care sistemele vor face schimb de mesaje. Există două astfel de moduri: semi-duplex(în două sensuri alternative, TWA) și duplex(bidirecțional simultan, TWS). În modul half-duplex, cele două sisteme transmit și jetoane împreună cu datele. Puteți transfera informații numai pe computerul care are în prezent simbolul. Acest lucru evită coliziunile mesajelor pe parcurs. Modelul duplex este mai complex. Nu există markeri în el; ambele sisteme pot transmite date în orice moment, chiar și simultan. Separarea dialogului(separarea dialogului) constă în includerea în fluxul de date puncte de control(puncte de control) care vă permit să sincronizați activitatea a două sisteme. Gradul de complexitate al separării dialogului depinde de modul în care se desfășoară. În modul half-duplex, sistemele efectuează o cantitate mică de sincronizare prin schimbul de mesaje ale punctelor de control. În modul duplex, sistemele efectuează sincronizarea completă folosind jetonul master/activ.

Nivel executiv

Pe reprezentant nivelul (prezentare) îndeplinește o singură funcție: traducerea sintaxei între diferite sisteme. Uneori, computerele dintr-o rețea folosesc sintaxe diferite. Stratul de prezentare le permite să „cadă de acord” cu o sintaxă comună pentru schimbul de date. Atunci când stabilesc o conexiune la nivelul de prezentare, sistemele schimbă mesaje despre ce sintaxe au și aleg pe care o vor folosi în timpul sesiunii. Ambele sisteme implicate în conexiune au abstractsintaxă(sintaxă abstractă) - forma lor „nativă” de comunicare. Sintaxele abstracte ale diferitelor platforme informatice pot diferi. În procesul de coordonare a sistemului, un comun sintaxa de transferdate(sintaxa de transfer). Sistemul de transmisie își convertește sintaxa abstractă în sintaxa de transfer de date, iar sistemul de recepție, la finalizarea transferului, invers. Dacă este necesar, sistemul poate alege o sintaxă de transfer de date cu caracteristici suplimentare, cum ar fi compresia sau criptarea datelor.

Strat de aplicație

Stratul de aplicație este punctul de intrare prin care programele accesează modelul OSI și resursele rețelei. Majoritatea protocoalelor de nivel de aplicație oferă servicii de acces la rețea. De exemplu, protocolul SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) este folosit de majoritatea programelor de e-mail pentru a trimite mesaje. Alte protocoale de nivel de aplicație, cum ar fi FTP ( Transfer de fișier Protocol) sunt ele însele programe. Protocoalele stratului de aplicație includ adesea funcții de nivel de sesiune și prezentare. Ca rezultat, o stivă tipică de protocoale conține patru protocoale separate care funcționează la nivelul aplicației, transportului, rețelei și legăturii.

Modelul OSI este un model conceptual creat de Organizația Internațională de Standardizare care permite diferitelor sisteme de comunicații să comunice folosind protocoale standard. într-un limbaj simplu, OSI oferă un standard pentru diferite sisteme informatice pentru a putea comunica între ele.

Modelele OSI pot fi văzute ca un limbaj universal pentru rețelele de calculatoare. Se bazează pe conceptul de împărțire a unui sistem de comunicare în șapte straturi abstracte, fiecare stivuit peste ultimul.
Fiecare strat al modelului OSI efectuează o activitate specifică și interacționează cu straturi deasupra și dedesubtul lui. vizate la niveluri specifice conexiune retea. Stratul de aplicație atacă stratul țintă 7, iar stratul de protocol atacă straturile țintă 3 și 4.

De ce este important modelul OSI

Deși Internetul modern nu urmează cu strictețe modelul OSI (urmează mai îndeaproape setul mai simplu de protocoale de Internet), modelul OSI este încă foarte util pentru depanarea rețelei. Fie că este o persoană care nu își poate obține portul pe internet sau un site web este oprit pentru mii de utilizatori, modelul OSI poate rezolva problema și poate izola sursa. Dacă problema poate fi restrânsă la un anumit strat al modelului, pot fi evitate multe lucrări inutile.

Cele șapte niveluri de abstractizare ale modelului OSI pot fi definite după cum urmează, de sus în jos:

7. Stratul de aplicare

Acesta este singurul strat care interacționează direct cu datele utilizatorului. Aplicații software, cum ar fi browsere web și clienti de mail, utilizați stratul de aplicație pentru a iniția comunicații. Cu toate acestea, trebuie clarificat faptul că aplicațiile software client nu fac parte din stratul de aplicație. Mai degrabă, nivelul aplicației este responsabil pentru protocoalele și procesarea datelor pe care se bazează software-ul pentru a prezenta date semnificative utilizatorului. Protocoalele stratului de aplicație includ HTTP, precum și SMTP, care este unul dintre protocoalele care permite comunicarea prin e-mail.

6. Stratul de prezentare

Acest strat este responsabil în primul rând pentru pregătirea datelor, astfel încât acestea să poată fi utilizate de stratul de aplicație. Cu alte cuvinte, stratul 6 face ca datele să poată fi prezentate aplicațiilor. Stratul de prezentare este responsabil pentru traducerea, criptarea și comprimarea datelor.

Cele două dispozitive care comunică pot utiliza metode de codare diferite, astfel încât stratul 6 este responsabil pentru convertirea datelor primite într-o sintaxă care poate fi înțeleasă de stratul de aplicație al dispozitivului receptor.
Dacă dispozitivele comunică printr-o conexiune criptată, stratul 6 este responsabil de adăugarea criptării din partea expeditorului, precum și de decodarea criptării din partea receptorului, astfel încât acesta să poată prezenta stratului de aplicație cu date necriptate, care pot fi citite.

În cele din urmă, stratul de prezentare este, de asemenea, responsabil pentru comprimarea datelor primite de la stratul de aplicație înainte de a le livra la strat, ceea ce ajută la îmbunătățirea vitezei și eficienței comunicării prin reducerea la minimum a cantității de date transferate.

5. Stratul de sesiune

Acest strat este responsabil pentru deschiderea și închiderea conexiunii dintre două dispozitive. Timpul dintre deschiderea și închiderea unei conexiuni se numește sesiune. Stratul de sesiune asigură că sesiunea rămâne deschisă suficient de mult pentru a transfera toate datele schimbate și apoi închide rapid sesiunea pentru a evita risipa de resurse.
Stratul de sesiune sincronizează și transferul de date cu punctele de control. De exemplu, atunci când transferați un fișier de 100 de megaocteți, stratul de sesiune poate seta un punct de control la fiecare 5 megaocteți. În cazul unei deconectări sau eșec după un transfer de 52 MB, sesiunea poate fi reluată de la ultimul punct de control, ceea ce înseamnă că trebuie transferați încă 50 MB de date. Fără puncte de control, întreaga transmisie ar trebui să înceapă de la zero.

4. Strat de transport

Nivelul 4 este responsabil pentru comunicarea end-to-end între aceste două dispozitive. Aceasta include preluarea datelor din stratul de sesiune și împărțirea lor în bucăți numite segmente înainte de a le trimite la stratul 3. Stratul de transport de pe dispozitivul receptor este responsabil pentru reasamblarea segmentelor în date pe care stratul de sesiune le poate folosi.
Stratul de transport este responsabil pentru controlul fluxului și controlul erorilor. Controlul fluxului definește viteza optima transmisie pentru a se asigura că un expeditor cu o conexiune rapidă nu copleșește un receptor cu o conexiune lentă. Stratul de transport efectuează verificarea erorilor pe partea de recepție, asigurându-se că datele primite sunt complete și solicitând o retransmisie dacă nu este.

3. Stratul de rețea

Stratul de rețea este responsabil pentru facilitarea transferului de date între două rețele diferite. Dacă două dispozitive care interacționează sunt în aceeași rețea, atunci stratul de rețea nu este necesar. Stratul de rețea descompune segmentele stratului de transport în unități mai mici numite pachete pe dispozitivul emițător și reasambla aceste pachete pe dispozitivul receptor. Stratul de rețea găsește, de asemenea, cea mai bună cale fizică pentru ca datele să ajungă la destinație. Aceasta se numește rutare.

2. Stratul de legătură de date

Foarte similar cu stratul de rețea, cu excepția faptului că stratul 2 facilitează transferul de date între două dispozitive din aceeași rețea. Acest strat de legătură primește pachete de la nivelul de rețea și le împarte în bucăți mai mici numite cadre. La fel ca stratul de rețea, stratul de legătură de date este, de asemenea, responsabil pentru controlul fluxului și gestionarea erorilor pentru comunicarea intranet (stratul de transport efectuează doar controlul fluxului și gestionarea erorilor pentru comunicarea prin internet).

1. Stratul fizic

Acest strat include echipamentele fizice implicate în transmisia de date, cum ar fi cablurile și comutatoarele. Este, de asemenea, stratul în care datele sunt convertite într-un flux de biți, care este un șir de 1 și 0. Stratul fizic al ambelor dispozitive trebuie, de asemenea, să convină asupra unei convenții de semnalizare, astfel încât 1-urile să poată fi distinse de 0-urile pe ambele dispozitive.

Datele circulă prin modelul OSI

Pentru ca informațiile care pot fi citite de om să circule printr-o rețea de la un dispozitiv la altul, datele trebuie să parcurgă cele șapte straturi ale modelului OSI de pe dispozitivul de transmisie și apoi în sus prin cele șapte straturi de la capătul receptor.
De exemplu, cineva vrea să trimită o scrisoare unui prieten. Expeditorul își compune mesajul în aplicația de e-mail de pe laptop și apoi dă clic pe trimite. Aplicația sa de e-mail va transmite mesajul de e-mail la stratul de aplicație, care va alege protocolul (SMTP) și va transmite datele la nivelul de prezentare. Datele sunt apoi comprimate și trecute la stratul de sesiune, care inițiază sesiunea.

Datele vor ajunge apoi la stratul de transport al expeditorului unde vor fi segmentate, acele segmente vor fi apoi împărțite în pachete la nivelul rețelei, care vor fi rupte și mai mult în cadre la nivelul legăturii de date. Acest strat îi va duce la stratul fizic, care va converti datele într-un flux de biți de 1s și 0s și le va trimite printr-un mediu fizic, cum ar fi un cablu.
Odată ce computerul destinatarului primește fluxul de biți printr-un mediu fizic (cum ar fi wifi), datele vor trece prin aceeași serie de straturi pe dispozitivul său, dar în ordine inversă. În primul rând, stratul fizic convertește fluxul de biți din 1s și 0s în cadre, care sunt transmise stratului de legătură de date. Stratul de legătură de date va împacheta apoi cadrele pentru stratul de rețea. Stratul de rețea va face apoi segmente din pachetele pentru stratul de transport, care va asambla segmentele într-o singură bucată de date.

Datele merg apoi la nivelul de sesiune al receptorului, care transmite datele la stratul de prezentare și apoi încheie sesiunea. Stratul de prezentare elimină apoi compresia și transmite datele brute la stratul de aplicație. Stratul de aplicație va transmite apoi datele care pot fi citite de om împreună cu e-mailul software destinatar, care vă va permite să citiți e-mailul expeditorului pe ecranul laptopului.

În videoclip: modelul OSI și stiva de protocol TCP IP. Bazele Ethernet.

Modelul este format din 7 niveluri situate unul deasupra celuilalt. Straturile interacționează între ele (vertical) prin interfețe și pot interacționa cu un strat paralel al altui sistem (orizontal) prin protocoale. Fiecare nivel poate interacționa numai cu vecinii săi și poate îndeplini funcțiile care i-au fost atribuite numai acestuia. Mai multe detalii pot fi văzute în figură.

Nivel de aplicație (aplicație) (ing. strat de aplicație)

Nivelul superior (al 7-lea) al modelului asigură interacțiunea între rețea și utilizator. Stratul permite aplicațiilor utilizatorului să acceseze servicii de rețea, cum ar fi gestionarea interogărilor bazei de date, accesul la fișiere, redirecționarea e-mailurilor. De asemenea, este responsabil pentru transferul de informații despre servicii, oferă aplicațiilor informații despre erori și generează solicitări către stratul de prezentare. Exemplu: POP3, FTP.

Executiv (stratul de prezentare) stratul de prezentare)

Acest nivel este responsabil pentru conversia protocolului și codificarea/decodificarea datelor. Acesta convertește cererile de aplicații primite de la nivelul aplicației într-un format pentru transmisie prin rețea și convertește datele primite din rețea într-un format ușor de înțeles de către aplicații. La acest nivel se poate efectua compresia/decompresia sau codificarea/decodarea datelor, precum și redirecționarea cererilor către o altă resursă de rețea dacă acestea nu pot fi procesate local.

Stratul 6 (reprezentări) al modelului de referință OSI este de obicei un protocol intermediar pentru conversia informațiilor din straturile învecinate. Acest lucru permite schimbul între aplicații pe diferite sisteme informatice transparente pentru aplicații. Stratul de prezentare asigură formatarea și transformarea codului. Formatarea codului este utilizată pentru a se asigura că aplicația primește informații pentru procesare care au sens pentru ea. Dacă este necesar, acest strat se poate traduce dintr-un format de date în altul. Stratul de prezentare se ocupă nu numai de formatele și prezentarea datelor, ci și de structurile de date care sunt utilizate de programe. Astfel, stratul 6 asigură organizarea datelor în timpul transferului acestora.

Pentru a înțelege cum funcționează, imaginați-vă că există două sisteme. Unul folosește codul de schimb de informații ASCII binar extins (utilizat de majoritatea celorlalți producători de computere) pentru a reprezenta datele. Dacă aceste două sisteme trebuie să facă schimb de informații, atunci este necesar un strat de prezentare pentru a efectua transformarea și traducerea între cele două formate diferite.

O altă funcție îndeplinită la nivelul de prezentare este criptarea datelor, care este utilizată în cazurile în care este necesar să se protejeze informațiile transmise împotriva primirii de către destinatari neautorizați. Pentru a îndeplini această sarcină, procesele și codul de la nivel de vizualizare trebuie să efectueze transformări de date. La acest nivel, există și alte subrutine care comprimă textele și convertesc imaginile grafice în fluxuri de biți, astfel încât acestea să poată fi transmise prin rețea.

Standardele la nivel de prezentare definesc, de asemenea, modul în care sunt prezentate graficele. În acest scop, se poate folosi formatul PICT, un format de imagine folosit pentru a transfera grafica QuickDraw între programe pentru computere Macintosh și PowerPC. Un alt format de reprezentare este formatul de fișier imagine JPEG etichetat.

Există un alt grup de standarde la nivel de prezentare care definesc prezentarea sunetului și a filmelor. Acestea includ interfața pentru instrumente muzicale electronice MPEG, utilizată pentru a comprima și a codifica videoclipuri CD-ROM, a le stoca digital și a transmite la viteze de până la 1,5 Mbps și stratul de sesiune)

Nivelul 5 al modelului este responsabil pentru menținerea sesiunii de comunicare, permițând aplicațiilor să interacționeze între ele pentru o perioadă lungă de timp. Stratul gestionează crearea/încheierea sesiunii, schimbul de informații, sincronizarea sarcinilor, determinarea dreptului de a transfera date și întreținerea sesiunii în perioadele de inactivitate a aplicației. Sincronizarea transmisiei este asigurată prin plasarea punctelor de control în fluxul de date, începând de la care procesul se reia dacă interacțiunea este întreruptă.

Stratul de transport strat de transport)

Nivelul 4 al modelului este conceput pentru a furniza date fără erori, pierderi și dublare în secvența în care au fost transmise. În același timp, nu contează ce date sunt transferate, de unde și unde, adică asigură mecanismul de transmisie în sine. Împarte blocurile de date în fragmente, a căror dimensiune depinde de protocol, le combină pe cele scurte într-unul singur și le împarte pe cele lungi. Protocoalele acestui strat sunt concepute pentru interacțiunea punct la punct. Exemplu: UDP.

Există multe clase de protocoale de nivel de transport, de la protocoale care oferă doar funcții de transport de bază (de exemplu, funcții de transfer de date fără confirmare), până la protocoale care asigură că pachetele de date multiple sunt livrate la destinație în secvența corectă, multiplexarea datelor multiple. fluxuri, oferă mecanism de control al fluxului de date și garantează valabilitatea datelor primite.

Unele protocoale de nivel de rețea, numite protocoale fără conexiune, nu garantează că datele sunt livrate la destinație în ordinea în care au fost trimise de dispozitivul sursă. Unele straturi de transport se ocupă de acest lucru prin colectarea datelor în ordinea corectă înainte de a le trece la stratul de sesiune. Multiplexarea (multiplexarea) datelor înseamnă că stratul de transport este capabil să proceseze simultan mai multe fluxuri de date (fluxurile pot proveni din aplicații diferite) între două sisteme. Un mecanism de control al fluxului este un mecanism care vă permite să reglați cantitatea de date transferate de la un sistem la altul. Protocoalele stratului de transport au adesea funcția de control al livrării datelor, forțând sistemul care primește date să trimită confirmări către partea care transmite că datele au fost primite.

Stratul de rețea stratul de rețea)

Al treilea strat al modelului de rețea OSI este conceput pentru a determina calea de transfer de date. Responsabil pentru traducerea adreselor și numelor logice în cele fizice, determinarea celor mai scurte rute, comutarea și rutarea, monitorizarea problemelor de rețea și a congestionării. Un dispozitiv de rețea, cum ar fi un router, funcționează la acest nivel.

Protocoalele de nivel de rețea direcționează datele de la sursă la destinație și pot fi împărțite în două clase: protocoale fără conexiune și fără conexiune.

Puteți descrie funcționarea protocoalelor cu stabilirea unei conexiuni folosind exemplul unui telefon convențional. Protocoalele acestei clase încep transmiterea datelor prin invocarea sau setarea căii pachetelor de la sursă la destinație. După aceea, se începe transferul de date în serie și apoi, la sfârșitul transferului, conexiunea este deconectată.

Protocoalele fără conexiune care trimit date care conțin informații complete despre adrese în fiecare pachet funcționează în mod similar. sistem postal. Fiecare scrisoare sau pachet conține adresa expeditorului și a destinatarului. În continuare, fiecare oficiu poștal intermediar sau dispozitiv de rețea citește informațiile despre adresă și ia o decizie cu privire la rutarea datelor. O scrisoare sau un pachet de date este transmis de la un dispozitiv intermediar la altul până când este livrat destinatarului. Protocoalele fără conexiune nu garantează că informațiile vor ajunge la destinatar în ordinea în care au fost trimise. Protocoalele de transport sunt responsabile pentru configurarea datelor în ordinea corespunzătoare atunci când se utilizează protocoale de rețea fără conexiune.

Stratul de legătură stratul de legătură de date)

Acest nivel este conceput pentru a asigura interacțiunea rețelelor la nivelul fizic și a controla erorile care pot apărea. Acesta împachetează datele primite de la nivelul fizic în cadre, verifică integritatea, corectează erorile dacă este necesar (trimite o solicitare repetată pentru un cadru deteriorat) și le trimite la nivelul de rețea. Stratul de legătură poate interacționa cu unul sau mai multe straturi fizice, controlând și gestionând această interacțiune. Specificația IEEE 802 împarte acest nivel în 2 subnivele - MAC (Media Access Control) reglementează accesul la mediul fizic partajat, LLC (Logical Link Control) oferă servicii la nivel de rețea.

În programare, acest nivel reprezintă driverul plăcii de rețea, în sistemele de operare există o interfață de programare pentru interacțiunea nivelurilor canalului și rețelei între ele, acesta nu este un nivel nou, ci pur și simplu o implementare a unui model pentru un anumit sistem de operare. . Exemple de astfel de interfețe: ODI,

Stratul fizic strat fizic)

Cel mai de jos nivel al modelului este destinat direct transferului de flux de date. Realizează transmisia de semnale electrice sau optice către un cablu sau radio aer și, în consecință, recepția și conversia acestora în biți de date în conformitate cu metodele de codificare a semnalelor digitale. Cu alte cuvinte, oferă o interfață între un operator de rețea și un dispozitiv de rețea.

Surse

  • Constructii Alexandru Filimonov rețele multiservicii Ethernet, bhv, 2007 ISBN 978-5-9775-0007-4
  • Unified Networking Technology Guide //cisco systems, ediția a 4-a, Williams 2005 ISBN 584590787X

Fundația Wikimedia. 2010 .

Acest articol este dedicat referințelor modelul OSI cu șapte straturi de rețea. Aici veți găsi răspunsul la întrebarea de ce administratorii de sistem trebuie să înțeleagă acest model de rețea, toate cele 7 straturi ale modelului vor fi luate în considerare și veți afla, de asemenea, elementele de bază ale modelului TCP / IP, care a fost construit pe baza modelul de referință OSI.

Când am început să mă implic în diverse tehnologii IT, am început să lucrez în acest domeniu, desigur, nu știam de niciun model, nici nu mă gândeam la asta, dar un specialist mai experimentat m-a sfătuit să studiez, sau mai degrabă, înțelegeți acest model, adăugând că „ dacă înțelegeți toate principiile interacțiunii, va fi mult mai ușor să gestionați, să configurați rețeaua și să rezolvați tot felul de probleme de rețea și alte probleme". Eu, desigur, l-am ascultat și am început să lupt cu lopata cărți, internet și alte surse de informații, verificând în același timp reteaua existenta, este cu adevărat adevărat?

LA lumea modernă dezvoltarea infrastructurii de rețea a atins un nivel atât de înalt încât fără a construi măcar o rețea mică, o întreprindere ( inclusiv si mici) nu vor putea exista pur și simplu în mod normal, astfel încât administratorii de sistem devin din ce în ce mai solicitați. Și pentru construcția și configurarea de înaltă calitate a oricărei rețele, administratorul de sistem trebuie să înțeleagă principiile modelului de referință OSI, doar pentru a învăța să înțelegeți interacțiunea aplicațiilor de rețea și, în general, principiile transferului de date în rețea, eu va încerca să prezinte acest material într-un mod accesibil chiar și pentru administratorii începători.

model de rețea OSI (model de referință de bază pentru interconectarea sistemelor deschise) este un model abstract al modului în care computerele, aplicațiile și alte dispozitive interacționează într-o rețea. Pe scurt, esența acestui model este că organizația ISO ( Organizația Internațională pentru Standardizare) a dezvoltat un standard pentru funcționarea în rețea, astfel încât toată lumea să se poată baza pe el și a existat compatibilitatea tuturor rețelelor și interacțiunea între ele. Unul dintre cele mai populare protocoale de interacțiune în rețea, care este utilizat în întreaga lume, este TCP/IP și este construit pe baza modelului de referință.

Ei bine, să trecem direct la nivelurile acestui model și, mai întâi, să ne familiarizăm cu imaginea generală a acestui model în contextul nivelurilor sale.

Acum să vorbim mai detaliat despre fiecare nivel, este obișnuit să descriem nivelurile modelului de referință de sus în jos, pe această cale are loc interacțiunea, pe un computer de sus în jos și pe computerul unde datele este primit de jos în sus, adică datele trec secvenţial prin fiecare nivel.

Descrierea nivelurilor modelului de rețea

Strat de aplicare (7) (strat de aplicație) este punctul de pornire și în același timp punctul final al datelor pe care doriți să le transferați prin rețea. Acest strat este responsabil pentru interacțiunea aplicațiilor prin rețea, de exemplu. Aplicațiile comunică la acest nivel. Acesta este cel mai înalt nivel și trebuie să vă amintiți acest lucru atunci când rezolvați problemele care apar.

HTTP, POP3, SMTP, FTP, TELNET si altii. Cu alte cuvinte, aplicația 1 trimite o cerere către aplicația 2 folosind aceste protocoale, iar pentru a afla că aplicația 1 a trimis o cerere către aplicația 2, trebuie să existe o conexiune între ele și protocolul este responsabil pentru acest lucru. conexiune.

Strat de prezentare (6)- acest strat este responsabil pentru codificarea datelor, astfel încât acestea să poată fi apoi transmise prin rețea și să le convertească înapoi în consecință, astfel încât aplicația să înțeleagă aceste date. După acest nivel, datele pentru alte niveluri devin aceleași, adică. indiferent de ce fel de date sunt, fie ele document word sau mesaj de e-mail.

Următoarele protocoale funcționează la acest nivel: RDP, LPP, NDR si altii.

Strat de sesiune (5)– este responsabil pentru menținerea sesiunii dintre transferurile de date, i.e. durata sesiunii difera, in functie de datele transmise, deci trebuie mentinuta sau terminata.

Următoarele protocoale funcționează la acest nivel: ASP, L2TP, PPTP si altii.

Strat de transport (4)- Responsabil pentru fiabilitatea transmiterii datelor. De asemenea, împarte datele în segmente și le reasambla, deoarece datele vin în diferite dimensiuni. Există două protocoale binecunoscute de acest nivel - acestea sunt TCP și UDP. Protocolul TCP oferă o garanție că datele vor fi livrate integral, dar protocolul UDP nu garantează acest lucru, motiv pentru care sunt folosite în scopuri diferite.

Stratul de rețea (3)- are scopul de a determina calea pe care ar trebui să o parcurgă datele. Routerele funcționează la acest nivel. El este, de asemenea, responsabil pentru: traducerea adreselor și numelor logice în cele fizice, determinarea unei rute scurte, comutarea și rutarea și monitorizarea problemelor de rețea. Funcționează la acest nivel. protocol IPși protocoale de rutare precum RIP, OSPF.

Strat de legătură (2)- asigură interacțiune la nivel fizic, la acest nivel sunt determinate adrese MAC dispozitive de rețea, erorile sunt, de asemenea, monitorizate și corectate aici, de exemplu. cere din nou cadrul corupt.

Strat fizic (1)- aceasta este direct conversia tuturor cadrelor în impulsuri electrice și invers. Cu alte cuvinte, transmiterea fizică a datelor. Lucrați la acest nivel concentratoare.

Așa arată întregul proces de transfer de date din punctul de vedere al acestui model. Este o referință și standardizată și, prin urmare, alte tehnologii și modele de rețea se bazează pe acesta, în special modelul TCP/IP.

Model TCP IP

Model TCP/IP ușor diferit de modelul OSI, pentru a fi mai specific, în acest model au fost combinate câteva straturi ale modelului OSI și sunt doar 4 dintre ele aici:

  • Aplicat;
  • Transport;
  • Reţea;
  • Canal.

Imaginea arată diferența dintre cele două modele și, de asemenea, arată încă o dată la ce niveluri funcționează protocoalele binecunoscute.


Este posibil să vorbim despre modelul de rețea OSI și în special despre interacțiunea computerelor în rețea pentru o lungă perioadă de timp și nu se va încadra într-un articol și va fi puțin de neînțeles, așa că aici am încercat să vă prezint, deoarece au fost, baza acestui model și o descriere a tuturor nivelurilor. Principalul lucru este să înțelegeți că toate acestea sunt cu adevărat adevărate și fișierul pe care l-ați trimis prin rețea doar trece prin " imens» înainte de a ajunge la utilizatorul final, dar se întâmplă atât de repede încât nu îl observi, datorită în mare parte tehnologiilor avansate de rețea.

Sper că toate acestea vă vor ajuta să înțelegeți interacțiunea rețelelor.