модель osi

Робота із середовищем передачі, сигналами і двійковими даними

У літературі найбільш часто прийнято починати опис рівнів моделі OSI з 7-го рівня, званого прикладним, на якому призначені для користувача програми звертаються до мережі. Модель OSI закінчується 1-м рівнем - фізичним, на якому визначені стандарти, що висуваються незалежними виробниками до середах передачі даних:

тип передавальної середовища (мідний кабель, оптоволокно, радіоефір і ін.),

тип модуляції сигналу,

сигнальні рівні логічних дискретних станів (нуля і одиниці).

Будь-протокол моделі OSI повинен взаємодіяти або з протоколами свого рівня, або з протоколами на одиницю вище і / або нижче свого рівня. Взаємодії з протоколами свого рівня називаються горизонтальними, а з рівнями на одиницю вище або нижче - вертикальними. Будь-протокол моделі OSI може виконувати тільки функції свого рівня і не може виконувати функцій іншого рівня, що не виконується в протоколах альтернативних моделей.

Кожному рівню з деякою часткою умовності відповідає свій операнд - логічно неподільний елемент даних, яким на окремому рівні можна оперувати в рамках моделі і використовуваних протоколів: на фізичному рівні дрібна одиниця - біт, на канальному рівні інформація об'єднана в кадри, на мережевому - в пакети ( датаграми), на транспортному - в сегменти. Будь-фрагмент даних, логічно об'єднаних для передачі - кадр, пакет, датаграмма - вважається повідомленням. Саме повідомлення в загальному вигляді є операндами сеансового, представницького і прикладного рівнів.

До базових мережних технологій відносяться фізичний і канальний рівні.

Прикладний рівень (рівень додатків; англ.application layer) - верхній рівень моделі, що забезпечує взаємодію користувача додатків з мережею:

дозволяє додаткам використовувати мережеві служби:

віддалений доступ до файлів і баз даних,

пересилання електронної пошти;

відповідає за передачу службової інформації;

надає додаткам інформацію про помилки;

формує запити до рівня уявлення.

Протоколи прикладного рівня: RDP, HTTP, SMTP, SNMP, POP3, FTP, XMPP, OSCAR, Modbus, SIP, TELNETі інші.

Представницький рівень (рівень представлення; англ.presentation layer) забезпечує перетворення протоколів і шифрування / дешифрування даних. Запити програм, наданих прикладного рівня, на рівні уявлення перетворюються в формат для передачі по мережі, а отримані з мережі дані перетворюються в формат додатків. На цьому рівні може здійснюватися стиснення / розпакування або кодування / декодування даних, а також перенаправлення запитів іншому мережному ресурсу, якщо вони не можуть бути оброблені локально.

Рівень уявлень зазвичай являє собою проміжний протокол для перетворення інформації з сусідніх рівнів. Це дозволяє здійснювати обмін між додатками на різнорідних комп'ютерних системах прозорим для додатків чином. Рівень уявлень забезпечує форматування і перетворення коду. Форматування коду використовується для того, щоб гарантувати додатком надходження інформації для обробки, яка мала б для нього сенс. При необхідності цей рівень може виконувати переклад з одного формату даних в інший.

Рівень уявлень має справу не тільки з форматами та поданням даних, він також займається структурами даних, які використовуються програмами. Таким чином, рівень 6 забезпечує організацію даних при їх пересилці.

Щоб зрозуміти, як це працює, уявімо, що є дві системи. Одна використовує для представлення даних розширений двійковий код обміну інформацією EBCDIC, наприклад, це може битьмейнфреймкомпанііIBM, а інша - американський стандартний код обміну інформаціейASCII (його використовують більшість інших виробників комп'ютерів). Якщо цим двом системам необхідно обмінятися інформацією, то потрібен рівень уявлень, який виконає перетворення і здійснить переказ між двома різними форматами.

Інший функцією, виконуваної на рівні уявлень, є шифрування даних, яке застосовується в тих випадках, коли необхідно захистити передану інформацію від прийому несанкціонованими одержувачами. Щоб вирішити це завдання, процеси і коди, що знаходяться на рівні уявлень, повинні виконати перетворення даних. На цьому рівні існують і інші підпрограми, які стискають тексти і перетворюють графічні зображення в бітові потоки, так що вони можуть передаватися по мережі.

Стандарти рівня уявлень також визначають способи представлення графічних зображень. Для цих цілей може використовуватися формат PICT- формат зображень, застосовуваний для передачі графіки QuickDraw між програмами.

Іншим форматом уявлень є тегірованний формат файлів зображень TIFF, який зазвичай використовується для растрових зображень з високімразрешеніем. Наступним стандартом рівня уявлень, який може використовуватися для графічних зображень, є стандарт, розроблений Об'єднаною експертною групою по фотографії (Joint Photographic Expert Group); в повсякденному користуванні цей стандарт називають простоJPEG.

Протоколи рівня уявлення: AFP - Apple Filing Protocol, ICA -Independent Computing Architecture, LPP - Lightweight Presentation Protocol, NCP -NetWare Core Protocol, NDR -Network Data Representation, XDR -eXternal Data Representation, X.25 PAD -Packet Assembler / Disassembler Protocol .

Сеансовий рівень (англ.sessionlayer) моделі забезпечує підтримку сеансу зв'язку, дозволяючи додаткам взаємодіяти між собою тривалий час. Рівень управляє створенням / завершенням сеансу, обміном інформацією, синхронізацією завдань, визначенням права на передачу даних і підтримкою сеансу в періоди неактивності додатків.

Протоколи сеансового рівня: ADSP (AppleTalk Data Stream Protocol), ASP (AppleTalk Session Protocol), H.245 (Call Control Protocol for Multimedia Communication), ISO-SP (OSI Session Layer Protocol (X.225, ISO 8327)) і т .буд ....

Транспортний рівень (англ.transport layer) моделі призначений для забезпечення надійної передачі даних від відправника до одержувача. При цьому рівень надійності може варіюватися в широких межах. Існує безліч класів протоколів транспортного рівня, починаючи від протоколів, які надають тільки основні транспортні функції (наприклад, функції передачі даних без підтвердження прийому), і закінчуючи протоколами, які гарантують доставку в пункт призначення кількох пакетів даних в належній послідовності, мультиплексує кілька потоків даних, забезпечують механізм управління потоками даних і гарантують достовірність отриманих даних. Наприклад, UDPогранічівается контролем цілісності даних в рамках однієї датаграми, і не виключає можливості втрати пакета цілком, або дублювання пакетів, порушення порядку отримання пакетів даних; TCPобеспечівает надійну безперервну передачу даних, що виключає втрату даних або порушення порядку їх надходження або дублювання, може перерозподіляти дані, розбиваючи великі порції даних на фрагменти і навпаки склеюючи фрагменти в один пакет.

Протоколи транспортного рівня: ATP (AppleTalk Transaction Protocol), CUDP (Cyclic UDP), DCCP (Datagram Congestion Control Protocol), FCP (Fiber Channel Protocol) ....

Мережі з'єднуються між собою спеціальними пристроями, званими маршрутизаторами. Маршрутизатор - це пристрій, який збирає інформацію про топологію міжмережевих з'єднань і на її підставі пересилає пакети мережевого рівня в мережу призначення. Щоб передати повідомлення від відправника, що знаходиться в одній мережі, одержувачу, що знаходиться в іншій мережі, потрібно здійснити деяку колічествотранзітних передач між мережами, іліхопов (отhop - стрибок), кожен раз вибираючи відповідний маршрут. Таким чином, маршрут є послідовність маршрутизаторів, через які проходить пакет.

Працюючі на цьому рівні пристрою (маршрутизатори) умовно називають пристроями третього рівня (за номером рівня в моделі OSI).

Протоколи мережевого рівня маршрутизируют дані від джерела до одержувача. Протоколи мережевого рівня: IP / IPv4 / IPv6 (Internet Protocol), IPX (Internetwork Packet Exchange, протокол міжмережевого обміну) ... ..

Канальний рівень (англ.data link layer) призначений для забезпечення взаємодії мереж на фізичному рівні і контролю за помилками, які можуть виникнути. Отримані з фізичного рівня дані, представлені в бітах, він упаковує вкадри, перевіряє їх на цілісність і, якщо потрібно, виправляє помилки (формує повторний запит пошкодженого кадру) і відправляє на мережевий рівень. Канальний рівень забезпечує коректність передачі кожного кадру, вміщуючи спеціальну послідовність біт в початок і кінець кожного кадру, для його виділення, а також обчислює контрольну суму, обробляючи всі байти кадру певним способом і додаючи контрольну суму до кадру. Коли кадр приходить по мережі, одержувач знову обчислює контрольну суму отриманих даних і порівнює результат з контрольною сумою з кадру. Якщо вони збігаються, кадр вважається правильним і приймається. Якщо ж контрольні суми не збігаються, то фіксується помилка.

Необхідно відзначити, що функція виправлення помилок не є обов'язковою для канального рівня, тому в деяких протоколах цього рівня вона відсутня, наприклад, в Ethernet і frame relay.

Канальний рівень може взаємодіяти з одним або декількома фізичними рівнями, контролюючи і керуючи цим взаємодією.

Специфікація IEEE 802разделяет цей рівень на два підрівні: MAC (англ.media access control) регулює доступ до поділюваного фізичного середовища, LLC (англ.logical link control) забезпечує обслуговування мережного рівня.

Протоколи канального рівня: ARCnet, ATM ....

У програмуванні цей рівень представляє драйверсетевой плати, вопераціонних сістемахімеется програмний інтерфейс взаємодії канального і мережевого рівнів між собою. Це не новий рівень, а просто реалізація моделі для конкретної ОС. Приклади таких інтерфейсів: ODI, NDIS, UDI.

Фізичний рівень (англ.physical layer) - нижній рівень моделі, який визначає метод передачі даних, представлених в двійковому вигляді, від одного пристрою (комп'ютера) до іншого. Складанням таких методів займаються різні огранізації, в тому числі: Інститут інженерів з електротехніки та електроніки, Альянс електронної промисловості, Європейський інститут телекомунікаційних стандартові інші. Здійснюють передачу електричних або оптичних сигналів в кабель або в радіоефір і, відповідно, їх прийом і перетворення в біти даних відповідно сметодамі кодування цифрових сигналів. До цього рівня мають відношення характеристики фізичних середовищ передачі даних, такі як смуга пропускання, перешкодозахищеність, хвильовий опір і інші. На цьому ж рівні визначаються характеристики електричних сигналів, що передають дискретну інформацію, наприклад, крутість фронтів імпульсів, рівні напруги або струму сигналу, що передається, тип кодування, швидкість передачі сигналів. Крім цього, тут стандартизуються типи роз'ємів і призначення кожного контакту.

На цьому рівні також працюють концентратори, повторітелісігнала імедіаконвертери.

Функції фізичного рівня реалізуються на всіх пристроях, підключених до мережі. З боку комп'ютера функції фізичного рівня виконуються мережевим адаптером або послідовним портом. До фізичного рівня відносяться фізичні, електричні і механічні інтерфейси між двома системами. Фізичний рівень визначає такі види середовищ передачі даних як оптоволокно, кручена пара, коаксіальний кабель, супутниковий канал передач даних і т. П. Стандартними типами мережевих інтерфейсів, що відносяться до фізичного рівня, є: V.35, RS-232, RS-485, RJ-11, RJ-45, раз'емиAUIіBNC.