Ноу Інти, лекція, загальні відомості про мережеві технології
1.3. Семиуровневая модель взаємодії відкритих систем
Складність мережевих структур і різноманітність телекомунікаційних пристроїв, що випускаються різними фірмами, привели до необхідності стандартизації як пристроїв, так і процедур обміну даними між користувачами. Міжнародна організація стандартів (International Standards Organization - ISO) створила еталонну модель взаємодії відкритих систем (Open System Interconnection reference model - OSI), яка визначає концепцію і методологію створення мереж передачі даних. Модель описує стандартні правила функціонування пристроїв і програмних засобів при обміні даними між вузлами (комп'ютерами) у відкритій системі. Відкрита система складається з програмно-апаратних засобів, здатних взаємодіяти між собою при використанні стандартних правил і пристроїв сполучення (інтерфейсів).
Модель ISO / OSI включає сім рівнів. На рис. 1.5 показана модель взаємодії двох пристроїв: вузла джерела (source) і вузла призначення (destination). Сукупність правил, за якими відбувається обмін даними між програмно-апаратними засобами, що перебувають на одному рівні, називається протоколом. Набір протоколів називається стеком протоколів і задається певним стандартом. Взаємодія між рівнями визначається стандартними інтерфейсами.
Мал. 1.5. Семиуровневая модель ISO / OSI
Взаємодія відповідних рівнів є віртуальним. за винятком фізичного рівня, на якому відбувається обмін даними по кабелях, що з'єднує комп'ютери. На рис. 1.5 наведені також приклади протоколів, які керують взаємодією вузлів на різних рівнях моделі OSI. Взаємодія рівнів між собою всередині вузла відбувається через міжрівневий інтерфейс. і кожен нижележащий рівень надає послуги вищерозміщений.
Віртуальний обмін між відповідними рівнями вузлів A і B (рис. 1.6) відбувається певними одиницями інформації. На трьох верхніх рівнях - це повідомлення або дані (Data). на транспортному рівні - сегменти (Segment). на мережевому рівні - пакети (Packet). на канальному рівні - кадри (Frame) і на фізичному - послідовність бітів.
Для кожної мережевої технології існують свої протоколи і свої технічні засоби, частина з яких має умовні позначення, наведені на рис. 1.5. Дані позначення введені фірмою Cisco і стали загальноприйнятими. Серед технічних засобів фізичного рівня слід зазначити кабелі, роз'єми, повторювачі сигналів (repeater). багатопортовий повторювачі або концентратори (hub), перетворювачі середовища (transceiver). наприклад, перетворювачі електричних сигналів в оптичні і навпаки. На канальному рівні - це мости (bridge), комутатори (switch). На мережевому рівні - маршрутизатори (router). Мережеві карти або адаптери (Network Interface Card - NIC) функціонують як на канальному, так і на фізичному рівні, що обумовлено мережевою технологією і середовищем передачі даних.
Мал. 1.6. Пристрої і одиниці інформації відповідних рівнів
При передачі даних від джерела до вузла призначення підготовлені на прикладному рівні передані дані послідовно проходять від самого верхнього, Прикладного рівня 7 вузла джерела інформації до найнижчого - Фізичного рівня 1, потім передаються по фізичному середовищі вузлу призначення, де послідовно проходять від нижнього рівня 1 до рівня 7.
Самий верхній, Прикладний рівень (Application Layer) 7 оперує найбільш загальною одиницею даних - повідомленням. На цьому рівні реалізується управління загальним доступом до мережі, потоком даних, мережевими службами, такими, як FTP, TFTP, HTTP, SMTP, SNMP і ін.
Представницький рівень (Presentation Layer) 6 змінює форму представлення даних. Наприклад, що передаються з рівня 7 дані перетворюються в загальноприйнятий формат ASCII. При прийомі даних відбувається зворотний процес. На рівні 6 також відбувається шифрация і стиснення даних.
Сеансовий рівень (Session Layer) 5 встановлює сеанс зв'язку двох кінцевих вузлів (комп'ютерів), визначає, який комп'ютер є передавачем, а який приймачем, задає для сторони, яка передає час передачі.
Фізичний рівень (Physical) 1 здійснює передачу потоку бітів за відповідною фізичної середовищі (електричний або оптичний кабель. Радіоканал) через відповідний інтерфейс. На цьому рівні проводиться кодування даних, синхронізація переданих бітів інформації.
Протоколи трьох верхніх рівнів є мереженезалежні, три нижніх рівні є мережезалежними. Зв'язок між трьома верхніми і трьома нижніми рівнями відбувається на транспортному рівні.
Важливим процесом при передачі даних є інкапсуляція (encapsulation) даних. Передане повідомлення, сформоване додатком, проходить три верхніх мереженезалежні рівня і надходить на транспортний рівень. де ділиться на частини і кожна частина инкапсулируется (поміщається) в сегмент даних (рис. 1.7). У заголовку сегмента міститься номер протоколу прикладного рівня, за допомогою якого підготовлено повідомлення, і номер протоколу, який буде обробляти даний сегмент.
Мал. 1.7. інкапсуляція даних
Назва інформаційних одиниць на кожному рівні, їх розмір і інші параметри інкапсуляції задаються згідно з протоколом одиниць даних (Protocol Data Unit - PDU). Отже, на трьох верхніх рівнях - це повідомлення (Data). на Транспортному рівні 4 - сегмент (Segment). на мережевому рівні 3 - пакет (Packet). на Канальному рівні 2 - кадр (Frame). на Фізичному Рівні 1 - послідовність біт.
Крім семиуровневой OSI моделі на практиці застосовується чотирирівнева модель TCP / IP (рис. 1.8).
Мал. 1.8. Моделі OSI і TCP / IP
Прикладний рівень моделі TCP / IP за назвою збігається з назвою моделі OSI. але за функціями набагато ширше, оскільки охоплює три верхніх мереженезалежні рівня (прикладної, представницький і сеансовий). Транспортний рівень обох моделей і за назвою, і за функціями однаковий. Мережевий рівень моделі OSI відповідає межсетевому (Internet) рівню моделі TCP / IP. а два нижніх рівня (канальний і фізичний) представлені об'єднаним рівнем доступу до мережі (Network Access).
Нижче в таблиці 1.1 наведено узагальнені відомості про основну інформації, що додається в заголовках повідомлень на різних рівнях OSI-моделі.
Таблиця 1.1. Основна інформація в заголовках повідомлень
Сполучення користувачів з мережею
Оскільки на трьох нижніх рівнях моделі OSI функціонують апаратно програмні засоби. обробка повідомлення проводиться з високою швидкістю. На верхніх же рівнях функціонують програмні засоби. що збільшує час обробки (затримку). У вищенаведених прикладах (рис. 1.5. Рис. 1.6) два кінцевих вузла взаємодіяли безпосередньо між собою. Тому сформований на узле- джерелі повідомлення послідовно проходило все сім рівнів з 7 по 1, на що витрачалося багато часу. У реальних мережах повідомлення від одного кінцевого вузла до іншого проходить через цілий ряд проміжних пристроїв, таких як комутатори і маршрутизатори. Тому для зниження часу затримки (підвищення швидкодії) на проміжних пристроях повідомлення обробляється засобами тільки трьох або навіть двох нижніх рівнів (рис. 1.9).
Мал. 1.9. Передача повідомлення по мережі
Таким чином, Транспортний рівень. забезпечує надійність передачі даних, функціонує тільки на кінцевих вузлах, що знижує затримку передачі повідомлення по всій мережі від одного кінцевого вузла до іншого. У наведеному прикладі (рис. 1.9) протокол IP функціонує на всіх вузлах мережі, а стек протоколів TCP / IP - тільки на кінцевих вузлах.