Teorie: Modelul de rețea OSI. Stratul de legătură al modelului de rețea OSI

Alexander Goryachev, Alexey Niskovsky

Pentru ca serverele și clienții rețelei să poată comunica, aceștia trebuie să funcționeze folosind același protocol de comunicare, adică trebuie să „vorbească” aceeași limbă. Protocolul definește un set de reguli pentru organizarea schimbului de informații la toate nivelurile de interacțiune a obiectelor din rețea.

Există un model de referință de interconectare în sistem deschis, adesea denumit model OSI. Acest model a fost dezvoltat de Organizația Internațională pentru Standardizare (ISO). Modelul OSI descrie schema de interacțiune între obiectele din rețea, definește o listă de sarcini și reguli pentru transferul de date. Include șapte niveluri: fizic (Fizic - 1), canal (Data-Link - 2), rețea (Rețea - 3), transport (Transport - 4), sesiune (Sesiunea - 5), prezentarea datelor (Prezentare - 6) și aplicat (Aplicație - 7). Se crede că două computere pot comunica între ele la un anumit nivel al modelului OSI dacă software-ul lor, care implementează funcțiile de rețea ale acestui strat, interpretează aceleași date în același mod. În acest caz, între cele două calculatoare se stabilește o comunicare directă, numită „punct-la-punct”.

Implementările modelului OSI prin protocoale se numesc stive de protocoale. Este imposibil să implementezi toate funcțiile modelului OSI în cadrul unui protocol specific. De obicei, sarcinile unui anumit nivel sunt implementate de unul sau mai multe protocoale. Un computer trebuie să ruleze protocoale din aceeași stivă. În acest caz, computerul poate folosi simultan mai multe stive de protocoale.

Să luăm în considerare sarcinile rezolvate la fiecare dintre nivelurile modelului OSI.

Strat fizic

La acest nivel al modelului OSI sunt definite următoarele caracteristici ale componentelor rețelei: tipuri de conexiuni media de comunicație, topologii fizice ale rețelei, metode de transmitere a datelor (cu codificare digitală sau analogică a semnalului), tipuri de sincronizare a datelor transmise, separarea canalelor de comunicație. folosind multiplexarea în frecvență și timp.

Implementările protocolului de nivel fizic OSI coordonează regulile de transfer de biți.

Stratul fizic nu include o descriere a mediului de transmisie. Cu toate acestea, implementările protocoalelor de nivel fizic sunt specifice unui anumit mediu de transmisie. Stratul fizic este de obicei asociat cu conectarea următoarelor echipamente de rețea:

• concentratoare, hub-uri și repetoare care regenerează semnalele electrice;
• conectori de conectare ai mediului de transmisie care asigură o interfață mecanică pentru conectarea dispozitivului cu mediul de transmisie;
• modemuri și diverse dispozitive de conversie care efectuează conversii digitale și analogice.

Acest strat al modelului definește topologiile fizice din rețeaua corporativă care sunt construite folosind un set de bază de topologii standard.

Prima din setul de bază este topologia magistralei. În acest caz, toate dispozitivele de rețea și computerele sunt conectate la o magistrală de date comună, care este cel mai adesea formată folosind un cablu coaxial. Cablul care formează magistrala comună se numește coloana vertebrală. De la fiecare dintre dispozitivele conectate la magistrală, semnalul este transmis în ambele sensuri. Pentru a elimina semnalul de la cablul de la capetele magistralei, trebuie folosite terminatoare speciale. Deteriorarea mecanică a liniei afectează funcționarea tuturor dispozitivelor conectate la aceasta.

O topologie inel asigură conectarea tuturor dispozitivelor de rețea și computerelor într-un inel fizic (ring). În această topologie, informațiile sunt întotdeauna transmise de-a lungul inelului într-o singură direcție - de la stație la stație. Fiecare dispozitiv de rețea trebuie să aibă un receptor de informații pe cablul de intrare și un transmițător la ieșire. Deteriorarea mecanică a mediului de transmitere a informațiilor într-un singur inel va afecta funcționarea tuturor dispozitivelor, cu toate acestea, rețelele construite folosind un inel dublu, de regulă, au o marjă de toleranță la erori și funcții de auto-vindecare. În rețelele construite pe un inel dublu, aceeași informație este transmisă de-a lungul inelului în ambele direcții. În cazul ruperii cablului, inelul va continua să funcționeze în modul cu un singur inel cu lungime dublă (funcțiile de auto-vindecare sunt determinate de hardware-ul utilizat).

Următoarea topologie este topologia stea sau stea (stea). Acesta prevede prezența unui dispozitiv central la care alte dispozitive de rețea și computere sunt conectate prin grinzi (cabluri separate). Rețelele stele au un singur punct de defecțiune. Acest punct este dispozitivul central. În cazul unei defecțiuni a dispozitivului central, toți ceilalți participanți la rețea nu vor putea face schimb de informații între ei, deoarece întregul schimb a fost efectuat numai prin intermediul dispozitivului central. În funcție de tipul dispozitivului central, semnalul primit de la o intrare poate fi transmis (cu sau fără amplificare) către toate ieșirile sau către o anumită ieșire la care este conectat dispozitivul - destinatarul informațiilor.

Topologia rețelei este foarte rezistentă. Când construiți rețele cu o topologie similară, fiecare dintre dispozitivele de rețea sau computerele sunt conectate la fiecare altă componentă a rețelei. Această topologie este redundantă și, prin urmare, nepractică. Într-adevăr, în rețelele mici, această topologie este rar folosită, dar în rețelele corporative mari, o topologie complet conectată poate fi folosită pentru a conecta cele mai importante noduri.

Topologiile considerate sunt cel mai adesea construite folosind conexiuni prin cablu.

O altă topologie care utilizează conexiuni wireless este cea celulară. În ea, dispozitivele de rețea și computerele sunt combinate în zone - celule (celule), interacționând numai cu transceiver-ul celulei. Transferul de informații între celule se realizează prin dispozitive de transmisie.

Strat de legătură

Acest nivel definește topologia logică a rețelei, regulile de obținere a accesului la mediul de transmisie a datelor, rezolvă problemele legate de adresarea dispozitivelor fizice în cadrul rețelei logice și controlul transferului de informații (sincronizarea transmisiei și conexiunilor de servicii) între dispozitivele din rețea.

Protocoalele stratului de legătură definesc:

• reguli pentru organizarea biților din stratul fizic (binari și zerouri) în grupuri logice de informații numite cadre sau cadre. Un cadru este o unitate de date din stratul de legătură constând dintr-o secvență adiacentă de biți grupați cu un antet și un capăt;
• reguli pentru detectarea (și uneori corectarea) erorilor de transmisie;
• reguli de control al fluxului (pentru dispozitivele care funcționează la acest nivel al modelului OSI, de exemplu, poduri);
• reguli de identificare a calculatoarelor din rețea după adresele lor fizice.

La fel ca majoritatea celorlalte straturi, stratul de legătură de date adaugă propriile informații de control la începutul pachetului de date. Aceste informații pot include adrese de sursă și de destinație (fizice sau hardware), informații despre lungimea cadrelor și o indicație a protocoalelor de nivel superior active.

Următorii conectori de rețea sunt de obicei asociați cu stratul de legătură de date:

• poduri;
• hub-uri inteligente;
• întrerupătoare;
• plăci de interfață de rețea (plăci de interfață de rețea, adaptoare etc.).

Funcțiile stratului de legătură sunt subdivizate în două subnivele (Tabelul 1):

• control acces media (MAC);
• Controlul legăturii logice (LLC)

Substratul MAC definește astfel de elemente ale stratului de legătură de date ca topologia logică a rețelei, metoda de acces la mediul de transmisie și regulile de adresare fizică între entitățile rețelei.

Abrevierea MAC este folosită și pentru a defini adresa fizică a unui dispozitiv de rețea: adresa fizică a unui dispozitiv (care este definită în interiorul unui dispozitiv de rețea sau a unei plăci de rețea în timpul producției) este adesea denumită adresa MAC a dispozitivului respectiv. Pentru un număr mare de dispozitive de rețea, în special plăci de rețea, este posibilă modificarea programatică a adresei MAC. Trebuie amintit că stratul de legătură de date al modelului OSI impune restricții privind utilizarea adreselor MAC: într-o rețea fizică (un segment al unei rețele mai mari) nu pot exista două sau mai multe dispozitive care utilizează aceleași adrese MAC. Pentru a determina adresa fizică a unui obiect de rețea, poate fi utilizat conceptul de „adresă de nod”. Adresa nodului este cel mai adesea aceeași cu adresa MAC sau este determinată logic de reatribuirea adresei software.

Substratul LLC definește regulile de transmisie și sincronizare a serviciului pentru conexiuni. Acest substrat al stratului de legătură de date interacționează îndeaproape cu stratul de rețea al modelului OSI și este responsabil pentru fiabilitatea conexiunilor fizice (folosind adrese MAC). Topologia logică (topologia logică) a rețelei determină metoda și regulile (secvența) transferului de date între calculatoarele din rețea. Obiectele de rețea transmit date în funcție de topologia logică a rețelei. Topologia fizică definește calea fizică a datelor; totuși, în unele cazuri, topologia fizică nu reflectă modul în care funcționează rețeaua. Calea reală a datelor este determinată de topologia logică. Pentru a transfera date de-a lungul unei căi logice, care poate diferi de calea pe mediul fizic, sunt utilizate dispozitive de conectare la rețea și scheme de acces la mediul de transmisie. Un bun exemplu al diferenței dintre topologiile fizice și cele logice este Token Ring de la IBM. Rețelele LAN Token Ring folosesc adesea cabluri de cupru într-o configurație stea cu un hub central. Spre deosebire de topologia normală în stea, hub-ul nu transmite semnalele de intrare către toate celelalte dispozitive conectate. Circuitul intern al hub-ului trimite secvenţial fiecare semnal de intrare către următorul dispozitiv într-un inel logic predefinit, adică într-un model circular. Topologia fizică a acestei rețele este o stea, iar topologia logică este un inel.

Un alt exemplu de diferență dintre topologiile fizice și cele logice este Ethernet. Rețeaua fizică poate fi construită folosind cabluri de cupru și un hub central. O rețea fizică este formată într-o topologie în stea. Cu toate acestea, tehnologia Ethernet asigură transferul de informații de la un computer la toate celelalte din rețea. Hub-ul trebuie să transmită semnalul primit de la unul dintre porturile sale către toate celelalte porturi. Se formează o rețea logică cu o topologie magistrală.

Pentru a determina topologia logică a unei rețele, trebuie să înțelegeți cum sunt recepționate semnalele în ea:

• în topologiile de magistrală logică, fiecare semnal este recepționat de toate dispozitivele;
• în topologiile de inel logic, fiecare dispozitiv primește doar acele semnale care i-au fost trimise în mod specific.

De asemenea, este important să știm cum dispozitivele din rețea obțin acces la mediul de transmisie.

Acces la mediul de transmisie

Topologiile logice folosesc reguli speciale pentru a controla permisiunea de a transfera informații către alte obiecte de rețea. Procesul de control controlează accesul la mediul de transmisie a datelor. Luați în considerare o rețea în care toate dispozitivele au voie să funcționeze fără reguli pentru obținerea accesului la mediul de transmisie. Toate dispozitivele dintr-o astfel de rețea transmit informații de îndată ce datele sunt gata; aceste transmisii se pot suprapune uneori în timp. Ca urmare a suprapunerii, semnalele sunt distorsionate, iar datele transmise se pierd. Această situație se numește coliziune. Coliziunile nu vă permit să organizați transferul de informații fiabil și eficient între obiectele din rețea.

Coliziunile într-o rețea afectează segmentele fizice ale rețelei la care sunt conectate obiectele din rețea. Astfel de conexiuni formează un singur spațiu de coliziune, în care influența coliziunilor se extinde asupra tuturor. Pentru a reduce dimensiunea spațiilor de coliziune prin segmentarea rețelei fizice, pot fi utilizate poduri și alte dispozitive de rețea care au funcții de filtrare a stratului de legătură.

Rețeaua nu poate funcționa normal până când toate obiectele din rețea nu pot controla, gestiona sau elimina coliziunile. În rețele, este necesară o anumită metodă pentru a reduce numărul de coliziuni, interferența (suprapunerea) semnalelor simultane.

Există metode standard de acces media care descriu regulile care guvernează permisiunea de a transmite informații pentru dispozitivele din rețea: dispută, transmitere de simboluri și interogare.

Înainte de a alege un protocol care implementează una dintre aceste metode de accesare a mediului de transmisie a datelor, ar trebui să acordați o atenție deosebită următorilor factori:

• natura transmisiilor - continue sau impulsive;
• numărul de transferuri de date;
• necesitatea transferului de date la intervale strict definite;
• numărul de dispozitive active din rețea.

Fiecare dintre acești factori, combinați cu avantaje și dezavantaje, va ajuta la determinarea metodei de acces media este cea mai potrivită.

Concurență. Sistemele bazate pe dispute presupun că media este accesată pe principiul primul venit, primul servit. Cu alte cuvinte, fiecare dispozitiv de rețea luptă pentru controlul asupra mediului de transmisie. Sistemele de curse sunt proiectate astfel încât toate dispozitivele din rețea să poată transmite date numai după cum este necesar. Această practică duce în cele din urmă la pierderea parțială sau completă a datelor, deoarece ciocnirile apar de fapt. Pe măsură ce fiecare dispozitiv nou este adăugat în rețea, numărul de coliziuni poate crește exponențial. Creșterea numărului de coliziuni reduce performanța rețelei, iar în cazul saturării complete a mediului de transmitere a informațiilor, reduce performanța rețelei la zero.

Pentru reducerea numărului de coliziuni au fost dezvoltate protocoale speciale, în care funcția de ascultare a mediului de transmitere a informațiilor este implementată înainte ca stația să înceapă transmiterea datelor. Dacă stația de ascultare detectează o transmisie de semnal (de la o altă stație), atunci se abține de la transmiterea informațiilor și va încerca să o repete mai târziu. Aceste protocoale se numesc protocoale Carrier Sense Multiple Access (CSMA). Protocoalele CSMA reduc semnificativ numărul de coliziuni, dar nu le elimină complet. Cu toate acestea, coliziunile apar atunci când două stații interogează cablul: nu detectează niciun semnal, decid că mediul de transmisie a datelor este liber și apoi încep simultan să transmită date.

Exemple de astfel de protocoale contradictorii sunt:

• Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection (CSMA / CD);
• Acces multiplu de detectare a transportatorului / Evitare a coliziunilor (CSMA / CA).

Protocoale CSMA/CD. Protocoalele CSMA / CD nu numai că ascultă pe cablu înainte de a transmite, dar detectează și coliziunile și inițiază retransmisii. Când este detectată o coliziune, stațiile care transmit date inițializează cronometre interne speciale cu valori aleatorii. Cronometrele încep numărătoarea inversă, iar când ajung la zero, stațiile ar trebui să încerce să retransmită datele. Deoarece cronometrele au fost inițializate cu valori aleatorii, una dintre stații va încerca să reîncerce transmiterea datelor înaintea celeilalte. În consecință, a doua stație va stabili că mediul de transmisie a datelor este deja ocupat și va aștepta până când devine liber.

Exemple de protocoale CSMA/CD sunt Ethernet versiunea 2 (Ethernet II de la DEC Corporation) și IEEE802.3.

Protocoale CSMA/CA. CSMA / CA folosește scheme precum accesul de tăiere în timp sau trimiterea unei cereri de acces media. Când utilizați time slicing, fiecare stație poate transmite informații numai la momente strict definite pentru această stație. În acest caz, rețeaua ar trebui să implementeze un mecanism de gestionare a intervalelor de timp. Fiecare stație nouă conectată la rețea își anunță apariția, inițiind astfel procesul de realocare a intervalelor de timp pentru transmiterea informațiilor. În cazul utilizării controlului centralizat al accesului la mediul de transmisie, fiecare stație generează o cerere specială de transmisie, care este adresată stației de control. Stația centrală reglează accesul la mediul de transmisie pentru toate obiectele din rețea.

Un exemplu de CSMA / CA este protocolul LocalTalk de la Apple Computer.

Sistemele bazate pe curse sunt cele mai potrivite pentru trafic intens (transferuri mari de fișiere) pe rețele cu relativ puțini utilizatori.

Sisteme de transfer marker.În sistemele de trecere a simbolurilor, un cadru mic (token) este trecut într-o anumită ordine de la un dispozitiv la altul. Un token este un mesaj special care transferă controlul temporar asupra media către dispozitivul care deține jetonul. Transmiterea jetoanelor distribuie controlul accesului între dispozitivele din rețea.

Fiecare dispozitiv știe de la ce dispozitiv primește jetonul și la ce dispozitiv ar trebui să-l trimită. De obicei, aceste dispozitive sunt cei mai apropiați vecini ai proprietarului token-ului. Fiecare dispozitiv preia periodic controlul asupra jetonului, își efectuează acțiunile (transferă informații) și apoi transmite jetonul pentru utilizare către următorul dispozitiv. Protocoalele limitează timpul în care jetonul este monitorizat de fiecare dispozitiv.

Există mai multe protocoale de transfer de simboluri. Cele două standarde de rețea care utilizează transmiterea de simboluri sunt IEEE 802.4 Token Bus și IEEE 802.5 Token Ring. Token Bus folosește controlul accesului prin trecere de simboluri și o topologie de magistrală fizică sau logică, în timp ce Token Ring folosește controlul accesului prin trecerea simbolurilor și topologia inelului fizic sau logic.

Rețelele de transmitere a jetoanelor ar trebui utilizate atunci când există trafic prioritar în funcție de timp, cum ar fi datele audio digitale sau video, sau când există un număr foarte mare de utilizatori.

Studiu. Sondajul este o metodă de acces care alocă un singur dispozitiv (numit controler, dispozitiv primar sau „master”) ca arbitru al accesului media. Acest dispozitiv interogează toate celelalte dispozitive (secundar) într-o ordine predeterminată pentru a vedea dacă au informații de transmis. Pentru a primi date de la un dispozitiv secundar, dispozitivul principal îi trimite o solicitare, apoi primește date de la dispozitivul secundar și le transmite către dispozitivul de primire. Apoi, dispozitivul principal interogează celălalt dispozitiv secundar, primește date de la acesta și așa mai departe. Protocolul limitează cantitatea de date pe care o poate transmite fiecare dispozitiv secundar după sondaj. Sistemele de sondare sunt ideale pentru dispozitivele de rețea sensibile la timp, cum ar fi automatizarea echipamentelor.

Acest strat oferă, de asemenea, serviciul de conectare. Există trei tipuri de servicii de conectare:

• serviciu fără conexiune neconfirmat - trimite și primește cadre fără control al fluxului și fără control de eroare sau secvență de pachete;
• serviciu orientat pe conexiune - asigură controlul fluxului, controlul erorilor și controlul secvenței pachetelor prin emiterea de chitanțe (acknowledgements);
• service with acknowledged connectionless (acknowledged connectionless) - folosește chitanțe pentru controlul fluxului și controlul erorilor în timpul transmisiilor între două noduri de rețea.

Substratul LLC din stratul de legătură oferă posibilitatea de a utiliza simultan mai multe protocoale de rețea (din stive de protocoale diferite) atunci când se lucrează printr-o singură interfață de rețea. Cu alte cuvinte, dacă computerul are o singură placă de rețea, dar este nevoie de a lucra cu diferite servicii de rețea de la diferiți producători, atunci software-ul de rețea client exact la sub-nivelul LLC oferă posibilitatea unei astfel de lucrări.

Stratul de rețea

Stratul de rețea definește regulile de livrare a datelor între rețelele logice, formarea adreselor logice ale dispozitivelor de rețea, definirea, selectarea și întreținerea informațiilor de rutare, funcționarea gateway-urilor.

Scopul principal al stratului de rețea este de a rezolva problema deplasării (livrării) datelor către punctele specificate din rețea. Livrarea datelor la nivelul de rețea este în general similară cu livrarea de date la nivelul de legătură de date al modelului OSI, unde adresarea fizică a dispozitivelor este utilizată pentru a transfera date. Cu toate acestea, adresarea la nivelul de legătură se referă la o singură rețea logică, este valabilă numai în cadrul acestei rețele. Stratul de rețea descrie metode și mijloace de transfer de informații între multe rețele logice independente (și adesea eterogene) care, atunci când sunt conectate împreună, formează o singură rețea mare. O astfel de rețea se numește internetwork, iar transferul de informații între rețele se numește internetworking.

Cu ajutorul adresei fizice la nivelul de legătură de date, datele sunt livrate către toate dispozitivele incluse în aceeași rețea logică. Fiecare dispozitiv de rețea, fiecare computer determină scopul datelor primite. Dacă datele sunt destinate computerului, atunci le prelucrează; dacă nu, le ignoră.

Spre deosebire de stratul de legătură de date, stratul de rețea poate alege o rută specifică în internetwork și poate evita trimiterea de date către acele rețele logice cărora nu le sunt adresate datele. Stratul de rețea face acest lucru prin comutare, adresarea stratului de rețea și algoritmi de rutare. Stratul de rețea este, de asemenea, responsabil pentru furnizarea rutelor corecte pentru date printr-o rețea interconectată de rețele eterogene.

Elementele și metodele de implementare a stratului de rețea sunt definite după cum urmează:

• toate rețelele separate logic trebuie să aibă adrese de rețea unice;
• comutarea determină modul în care sunt stabilite conexiunile prin internetwork;
• capacitatea de a implementa rutarea astfel încât computerele și routerele să determine cea mai bună cale pentru ca datele să treacă prin rețeaua interconectată;
• rețeaua va efectua diferite niveluri de serviciu de conectare în funcție de numărul așteptat de erori în cadrul rețelei interconectate.

La acest nivel al modelului OSI funcționează routerele și unele dintre comutatoare.

Stratul de rețea definește regulile pentru formarea adreselor de rețea logice pentru obiectele de rețea. În cadrul unei rețele mari interconectate, fiecare entitate de rețea trebuie să aibă o adresă logică unică. Două componente sunt implicate în formarea unei adrese logice: adresa logică de rețea, care este comună tuturor obiectelor de rețea, și adresa logică a obiectului de rețea, care este unică pentru acest obiect. Când se formează adresa logică a unui obiect de rețea, poate fi utilizată fie adresa fizică a obiectului, fie poate fi determinată o adresă logică arbitrară. Utilizarea adresei logice vă permite să organizați transferul de date între diferite rețele logice.

Fiecare obiect de rețea, fiecare computer poate îndeplini mai multe funcții de rețea în același timp, oferind funcționarea diferitelor servicii. Pentru a accesa servicii, se folosește un identificator de serviciu special, care se numește port (port) sau socket (socket). La accesarea unui serviciu, identificatorul serviciului urmează imediat adresa logică a computerului care furnizează serviciul.

În multe rețele, grupuri de adrese logice și identificatori de servicii sunt rezervate în scopul efectuării unor acțiuni specifice predefinite și binecunoscute. De exemplu, dacă este necesar să se trimită date către toate obiectele din rețea, acestea vor fi trimise la o adresă de difuzare specială.

Stratul de rețea definește regulile de transfer de date între două obiecte de rețea. Această transmisie se poate face folosind comutare sau rutare.

Există trei metode de comutare a transferului de date: comutarea circuitelor, comutarea mesajelor și comutarea pachetelor.

Când se utilizează comutarea circuitelor, se stabilește un canal de transmisie a datelor între emițător și receptor. Acest canal va fi activ pe toată durata sesiunii de comunicare. Când se utilizează această metodă, sunt posibile întârzieri mari în alocarea canalelor din cauza lipsei de lățime de bandă suficientă, a congestionării echipamentelor de comutare sau a ocupației destinatarului.

Comutarea mesajelor vă permite să transferați un mesaj întreg (neîntrerupt) pe bază de stocare și redirecționare. Fiecare dispozitiv intermediar primește un mesaj, îl stochează local și, atunci când canalul de comunicație prin care urmează să fie transmis acest mesaj este eliberat, îl trimite. Această metodă este potrivită pentru trimiterea de mesaje de e-mail și pentru organizarea gestionării electronice a documentelor.

Comutarea de pachete combină avantajele celor două metode anterioare. Fiecare mesaj mare este împărțit în pachete mici, fiecare dintre acestea fiind trimis secvenţial destinatarului. La trecerea prin rețeaua interconectată, pentru fiecare dintre pachete, se determină cea mai bună cale în acest moment. Se pare că părți ale unui mesaj pot ajunge la destinatar în momente diferite și numai după ce toate părțile sunt puse împreună, destinatarul va putea lucra cu datele primite.

De fiecare dată când determinați o altă cale pentru date, trebuie să alegeți cea mai bună rută. Sarcina de a determina cea mai bună cale se numește rutare. Această sarcină este efectuată de routere. Sarcina routerelor este de a determina căile posibile pentru transmiterea datelor, de a menține informațiile de rutare și de a alege cele mai bune rute. Rutarea se poate face într-un mod static sau dinamic. Când se specifică rutarea statică, toate relațiile dintre rețelele logice trebuie să fie specificate și să rămână neschimbate. Rutarea dinamică presupune că routerul poate defini singur căi noi sau poate modifica informații despre cele vechi. Rutarea dinamică utilizează algoritmi speciali de rutare, dintre care cei mai obișnuiți sunt vectorul distanță și starea legăturii. În primul caz, routerul folosește informații second-hand despre structura rețelei de la routerele vecine. În al doilea caz, routerul operează cu informații despre propriile canale de comunicație și interacționează cu un router reprezentativ special pentru a construi o hartă completă a rețelei.

Alegerea celei mai bune rute este influențată cel mai adesea de factori precum numărul de hop prin routere (număr de hop) și numărul de tick (unități de timp) necesare pentru a ajunge la rețeaua de destinație (tick count).

Serviciul de conexiune la nivel de rețea funcționează atunci când serviciul de conexiune la nivelul substratului OSI link layer LLC nu este utilizat.

Atunci când se construiește o rețea interconectată, este necesar să se conecteze rețele logice construite folosind diferite tehnologii și oferind o varietate de servicii. Pentru ca o rețea să funcționeze, rețelele logice trebuie să fie capabile să interpreteze corect datele și să controleze informațiile. Această sarcină este realizată cu ajutorul unui gateway, care este un dispozitiv sau un program de aplicație care traduce și interpretează regulile unei rețele logice în regulile alteia. În general, gateway-urile pot fi implementate la orice nivel al modelului OSI, cu toate acestea, cel mai adesea sunt implementate la nivelurile superioare ale modelului.

Stratul de transport

Stratul de transport vă permite să ascundeți structurile fizice și logice ale rețelei de aplicațiile straturilor superioare ale modelului OSI. Aplicațiile funcționează numai cu funcții de serviciu, care sunt destul de universale și nu depind de topologiile rețelei fizice și logice. Caracteristicile rețelelor logice și fizice sunt implementate la straturile anterioare, unde stratul de transport transferă date.

Stratul de transport compensează adesea lipsa unui serviciu de conexiune fiabil sau orientat spre conexiune la straturile inferioare. Termenul „de încredere” nu înseamnă că toate datele vor fi livrate în toate cazurile. Cu toate acestea, implementările de încredere ale protocoalelor stratului de transport pot, de obicei, să recunoască sau să respingă livrarea datelor. Dacă datele nu sunt livrate corect către dispozitivul de recepție, stratul de transport poate retransmite sau poate informa straturile superioare că nu pot fi livrate. Nivelurile superioare pot lua apoi acțiunile corective necesare sau pot oferi utilizatorului o alegere.

Multe protocoale din rețelele de calculatoare oferă utilizatorilor posibilitatea de a lucra cu nume simple în limbaj natural în loc de adrese alfanumerice complexe și greu de reținut. Rezoluția adresei/numelor este o funcție de identificare sau mapare a numelor și adreselor alfanumerice între ele. Această funcție poate fi îndeplinită de fiecare entitate din rețea sau de către furnizori de servicii speciali denumiți servere de directoare, servere de nume și așa mai departe. Următoarele definiții clasifică metodele de traducere a adresei/numelor:

• inițierea consumatorului de servicii;
• iniţierea de către furnizorul de servicii.

În primul caz, un utilizator de rețea se referă la un serviciu prin numele său logic, fără a cunoaște locația exactă a serviciului. Utilizatorul nu știe dacă acest serviciu este disponibil în prezent. La accesare, numele logic se potrivește cu numele fizic, iar stația de lucru a utilizatorului inițiază un apel direct către serviciu. În al doilea caz, fiecare serviciu notifică periodic toți clienții rețelei despre sine. Fiecare dintre clienți la un moment dat știe dacă serviciul este disponibil și știe cum să contacteze direct serviciul.

Metode de adresare

Adresele de servicii identifică procesele software specifice care rulează pe dispozitivele din rețea. Pe lângă aceste adrese, furnizorii de servicii țin evidența diferitelor conversații pe care le au cu dispozitivele care solicită servicii. Două metode diferite de dialog folosesc următoarele adrese:

• identificatorul conexiunii;
• identificatorul tranzacției.

Un identificator de conexiune, numit și ID de conexiune, port sau soclu, identifică fiecare conversație. Un furnizor de conexiune poate comunica cu mai mult de un client folosind un identificator de conexiune. Furnizorul de servicii se referă la fiecare entitate de comutare prin numărul său și se bazează pe stratul de transport pentru a coordona alte adrese de nivel inferior. Identificatorul conexiunii este asociat cu o anumită conversație.

ID-urile tranzacției sunt similare cu ID-urile conexiunii, dar funcționează în unități mai mici decât dialogul. O tranzacție este compusă dintr-o cerere și un răspuns. Furnizorii de servicii și consumatorii urmăresc plecarea și sosirea fiecărei tranzacții, nu întreaga conversație.

Nivel de sesiune

Stratul de sesiune facilitează comunicarea între dispozitivele care solicită și furnizează servicii. Sesiunile de comunicare sunt controlate de mecanisme care stabilesc, mențin, sincronizează și gestionează dialogul dintre entitățile care comunică. Acest strat ajută, de asemenea, straturile superioare să identifice și să se conecteze la serviciul de rețea disponibil.

Stratul de sesiune folosește informațiile de adresă logică furnizate de straturile inferioare pentru a identifica numele și adresele serverelor cerute de straturile superioare.

Stratul de sesiune inițiază, de asemenea, dialoguri între furnizorul de servicii și dispozitivele consumatorilor. În îndeplinirea acestei funcții, stratul de sesiune impune adesea sau identifică fiecare obiect și coordonează drepturile de acces la acesta.

Stratul de sesiune implementează controlul dialogului folosind una dintre cele trei metode de comunicare - simplex, half duplex și full duplex.

Comunicarea simplex implică doar transmisia unidirecțională de la sursă la receptorul informațiilor. Această metodă de comunicare nu oferă niciun feedback (de la receptor la sursă). Half-duplex permite utilizarea unui singur mediu de transmisie a datelor pentru transmiterea bidirecțională a informațiilor, cu toate acestea, informațiile pot fi transmise doar într-o direcție la un moment dat. Full duplex asigură transmiterea simultană a informațiilor în ambele direcții pe mediul de transmisie a datelor.

Administrarea unei sesiuni de comunicare între două obiecte de rețea, constând în stabilirea unei conexiuni, transferul de date, terminarea unei conexiuni, se realizează și la acest nivel al modelului OSI. După stabilirea sesiunii, software-ul care implementează funcțiile acestui nivel poate verifica operabilitatea (mentine) conexiunea până la terminarea acesteia.

Stratul de prezentare

Sarcina principală a stratului de prezentare a datelor este de a transforma datele în formate convenite de comun acord (sintaxă de schimb) care sunt înțelese de toate aplicațiile de rețea și computerele pe care rulează aplicațiile. La acest nivel sunt rezolvate și problemele de compresie și decompresie a datelor și de criptare a acestora.

Conversia se referă la schimbarea ordinii biților în octeți, a ordinii octeților într-un cuvânt, a codurilor de caractere și a sintaxei numelor fișierelor.

Necesitatea de a schimba ordinea biților și octeților se datorează prezenței unui număr mare de diferite procesoare, computere, complexe și sisteme. Procesoarele de la diferiți producători pot interpreta în mod diferit biții zero și al șaptelea dintr-un octet (fie bitul zero este cel mai semnificativ, fie al șaptelea). Octeții care alcătuiesc unități mari de informații - cuvinte - sunt tratați într-un mod similar.

Pentru ca utilizatorii diferitelor sisteme de operare să primească informații sub formă de fișiere cu nume și conținut corect, acest nivel asigură conversia corectă a sintaxei fișierelor. Diferite sisteme de operare funcționează diferit cu sistemele lor de fișiere și implementează diferite moduri de a genera nume de fișiere. Informațiile din fișiere sunt, de asemenea, stocate într-o anumită codificare de caractere. Când două obiecte de rețea interacționează, este important ca fiecare dintre ele să poată interpreta informațiile fișierului în felul său, dar sensul informațiilor nu ar trebui să se schimbe.

Stratul de prezentare convertește datele într-un format reciproc consistent (sintaxă de schimb) care este înțeles de toate aplicațiile din rețea și de computerele care rulează aplicațiile. De asemenea, poate comprima și extinde, precum și cripta și decripta datele.

Calculatoarele folosesc reguli diferite pentru reprezentarea datelor folosind zerouri și unuri binare. În timp ce toate aceste reguli încearcă să atingă un obiectiv comun de a prezenta date care pot fi citite de om, producătorii de computere și organizațiile de standardizare au creat reguli contradictorii. Când două computere care folosesc seturi de reguli diferite încearcă să comunice între ele, adesea trebuie să efectueze unele transformări.

Sistemele de operare locale și de rețea criptează adesea datele pentru a le proteja împotriva utilizării neautorizate. Criptarea este un termen general care descrie mai multe metode de protejare a datelor. Protecția se realizează adesea folosind codificarea datelor, care utilizează una sau mai multe dintre cele trei metode: permutare, substituție, metoda algebrică.

Fiecare dintre aceste metode este pur și simplu o modalitate specială de a proteja datele în așa fel încât să poată fi înțelese doar de cei care cunosc algoritmul de criptare. Criptarea datelor poate fi efectuată atât în ​​hardware cât și în software. Cu toate acestea, criptarea datelor end-to-end se face de obicei în software și este considerată parte a funcționalității stratului de prezentare. Pentru a notifica obiectele despre metoda de criptare folosită, se folosesc de obicei 2 metode - chei private și chei publice.

Metodele de criptare a cheilor secrete folosesc o singură cheie. Entitățile de rețea care dețin cheia pot cripta și decripta fiecare mesaj. Prin urmare, cheia trebuie ținută secretă. Cheia poate fi încorporată în cipurile hardware sau instalată de administratorul de rețea. De fiecare dată când se schimbă cheia, toate dispozitivele trebuie modificate (este indicat să nu folosești rețeaua pentru a transfera valoarea noii chei).

Entitățile de rețea care utilizează tehnici de criptare cu cheie publică sunt susținute de o cheie secretă și de o valoare cunoscută. Un obiect creează o cheie publică prin manipularea unei valori cunoscute cu o cheie secretă. Entitatea care inițiază comunicarea își trimite cheia publică către receptor. Cealaltă entitate combină apoi matematic propria sa cheie privată cu cheia publică care i-a fost transmisă pentru a seta o valoare de criptare reciproc acceptabilă.

A avea doar cheia publică este de puțin folos utilizatorilor neautorizați. Complexitatea cheii de criptare rezultată este suficient de mare pentru a fi calculată într-o perioadă rezonabilă de timp. Chiar și cunoașterea propriei chei private și a cheii publice a altcuiva nu va ajuta prea mult la determinarea unui alt secret - din cauza complexității calculelor logaritmice pentru numere mari.

Nivel de aplicare

Stratul de aplicație conține toate elementele și funcțiile specifice fiecărui tip de serviciu de rețea. Cele șase straturi inferioare combină sarcinile și tehnologiile care oferă suport general pentru servicii de rețea, în timp ce stratul de aplicație oferă protocoalele necesare pentru a îndeplini funcții specifice serviciului de rețea.

Serverele prezintă clienților din rețea informații despre tipurile de servicii pe care le furnizează. Mecanismele de bază de identificare a serviciilor oferite oferă elemente precum adresele serviciilor. În plus, serverele folosesc metode pentru a-și reprezenta serviciul, cum ar fi reprezentările de servicii active și pasive.

La implementarea unei reclame de serviciu Active, fiecare server trimite periodic mesaje (inclusiv adresele de servicii) care anunță disponibilitatea acestuia. Clienții pot sonda, de asemenea, dispozitivele de rețea în căutarea unui anumit tip de serviciu. Clienții din rețea colectează vizualizările realizate de servere și generează tabele cu serviciile disponibile în prezent. Majoritatea rețelelor care utilizează metoda de prezentare activă definesc și o perioadă specifică de valabilitate pentru reprezentările serviciului. De exemplu, dacă protocolul de rețea specifică că reprezentările serviciului trebuie trimise la fiecare cinci minute, atunci clienții vor expira acele servicii care nu au fost prezentate în ultimele cinci minute. Când expiră timpul de expirare, clientul elimină serviciul din tabelele sale.

Serverele implementează un anunț de serviciu pasiv prin înregistrarea serviciului și a adresei lor în director. Atunci când clienții doresc să determine tipurile de servicii disponibile, pur și simplu solicită directorului locația serviciului dorit și adresa acestuia.

Înainte ca un serviciu de rețea să poată fi utilizat, acesta trebuie să fie disponibil pentru sistemul de operare local al computerului. Există mai multe metode pentru rezolvarea acestei probleme, totuși, fiecare astfel de metodă poate fi determinată de poziția sau nivelul la care sistemul de operare local recunoaște sistemul de operare al rețelei. Serviciile oferite pot fi împărțite în trei categorii:

• interceptarea apelurilor către sistemul de operare;
• modul la distanță;
• prelucrarea în comun a datelor.

Când utilizați OC Call Interception, sistemul de operare local nu este complet conștient de existența serviciului de rețea. De exemplu, atunci când o aplicație DOS încearcă să citească un fișier de pe un server de fișiere din rețea, presupune că fișierul se află pe stocarea locală. În realitate, un program special interceptează cererea de citire a fișierului înainte ca acesta să ajungă în sistemul de operare local (DOS) și transmite cererea către serviciul de fișiere din rețea.

În cealaltă extremă, cu Remote Operation, sistemul de operare local este conștient de rețea și este responsabil pentru trimiterea cererilor către serviciul de rețea. Cu toate acestea, serverul nu știe nimic despre client. Pentru sistemul de operare server, toate solicitările de servicii arată la fel, indiferent dacă sunt interne sau trimise prin rețea.

În cele din urmă, există sisteme de operare care sunt conștiente de existența rețelei. Atât consumatorul de servicii, cât și furnizorul de servicii își recunosc reciproc existența și lucrează împreună pentru a coordona utilizarea serviciului. Acest tip de utilizare a serviciului este de obicei necesar pentru procesarea colaborativă peer-to-peer. Procesarea în colaborare a datelor implică separarea capacităţilor de prelucrare a datelor pentru a îndeplini o singură sarcină. Aceasta înseamnă că sistemul de operare trebuie să fie conștient de existența și capacitățile celorlalți și să poată coopera cu aceștia pentru a îndeplini sarcina dorită.

ComputerPress 6 "1999

Acest material este dedicat referinței 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 niveluri 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 despre niciun model, nici măcar nu mă gândeam la el, dar un specialist mai experimentat m-a sfătuit să studiez, sau mai bine zis, pur și simplu 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 rețele și alte probleme". Eu, desigur, l-am ascultat și am început să lupt cu lopată cărți, internet și alte surse de informații, verificând în același timp pe rețeaua existentă dacă acest lucru este adevărat în realitate.

În lumea modernă, dezvoltarea infrastructurii de rețea a atins un nivel atât de înalt încât fără a construi, chiar și o rețea mică, o întreprindere ( incl. si mici) nu va putea pur și simplu să existe în mod normal pe orice, așa că administratorii de sistem devin din ce în ce mai solicitați. Și pentru o construcție și o configurare de înaltă calitate a oricărei rețele, un administrator de sistem trebuie să înțeleagă principiile modelului de referință OSI, doar pentru ca tu să înveți să înțelegi interacțiunea aplicațiilor de rețea și, într-adevăr, principiile transmisiei de date în rețea, Voi încerca să prezint acest material disponibil 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 ISO ( Organizația Internațională pentru Standardizare) a dezvoltat un standard pentru funcționarea rețelei, astfel încât toată lumea să se poată baza pe el și a existat compatibilitatea tuturor rețelelor și interacțiunea dintre ele. Unul dintre cele mai populare protocoale de comunicare în rețea utilizate în întreaga lume este TCP/IP și se bazează pe modelul de referință.

Ei bine, să trecem direct la nivelurile acestui model și să ne familiarizăm mai întâi 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 sunt primite de jos în sus, adică datele parcurg fiecare nivel secvenţial.

Descrierea nivelurilor modelului de rețea

Strat de aplicare (7) (strat de aplicație) Este punctul de început și de sfârșit al datelor pe care doriți să le transferați prin rețea. Acest strat este responsabil pentru interacțiunea aplicațiilor prin rețea, adică la acest nivel, aplicațiile comunică. Acesta este cel mai înalt nivel și trebuie să vă amintiți acest lucru atunci când rezolvați problemele care apar.

HTTP, POP3, SMTP, FTP, TELNET alte. 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, protocolul fiind responsabil de această comunicare .

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

La acest nivel, astfel de protocoale funcționează ca: RDP, LPP, NDR alte.

Nivel de sesiune (5)- este responsabil pentru menținerea sesiunii dintre transmisiile de date, i.e. durata sesiunii difera in functie de datele transmise, de aceea trebuie mentinuta sau terminata.

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

Strat de transport (4)- este responsabil pentru fiabilitatea transmiterii datelor. De asemenea, împarte datele în segmente și le colectează înapoi, deoarece datele vin în diferite dimensiuni. Există două protocoale binecunoscute ale acestui strat - acestea sunt TCP și UDP... Protocolul TCP garantează 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 meargă datele. La acest nivel funcționează routerele. El este, de asemenea, responsabil pentru: traducerea adreselor și numelor logice în cele fizice, determinarea unei rute scurte, comutarea și rutarea, urmărirea problemelor de rețea. La acest nivel protocol IPși protocoale de rutare precum RIP, OSPF.

Strat de legătură (2)- asigura interactiunea la nivel fizic, la acest nivel sunt determinate adrese MAC dispozitivele de rețea, erorile sunt, de asemenea, monitorizate și corectate aici, de exemplu. trimite o re-cerere pentru cadrul deteriorat.

Strat fizic (1)- aceasta este transformarea directă a tuturor cadrelor în impulsuri electrice și invers. Cu alte cuvinte, transmiterea fizică a datelor. La acest nivel se lucrează butuci.

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, în special modelul TCP/IP, se bazează pe acesta.

Model TCP IP

Model TCP/IP ușor diferit de modelul OSI, mai precis, în acest model, unele niveluri ale modelului OSI au fost combinate și există doar 4 dintre ele:

• 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 într-o rețea pentru o lungă perioadă de timp și în cadrul unui articol nu se va potrivi și va fi puțin neclar, așa că aici am încercat să prezint , așa cum ar fi, 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 merge pur și simplu „ imens»Drumul înainte de a ajunge la utilizatorul final, dar acest lucru se întâmplă atât de repede încât nu îl observi, în mare parte datorită tehnologiilor avansate de rețea.

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

Voi începe prin a defini cum este obișnuit. Modelul OSI este un model teoretic ideal pentru transmiterea datelor printr-o rețea. Acest lucru înseamnă că, în practică, nu veți găsi niciodată o potrivire exactă cu acest model, este punctul de referință pe care dezvoltatorii de software de rețea și producătorii de echipamente de rețea îl respectă pentru a menține interoperabilitatea produselor lor. Puteți compara acest lucru cu ideile oamenilor despre persoana ideală - nu o veți găsi nicăieri, dar toată lumea știe pentru ce să se străduiască.

Vreau să contur imediat o nuanță - ceea ce se transmite prin rețea în cadrul modelului OSI, voi numi date, ceea ce nu este în întregime corect, dar pentru a nu încurca cititorul începător cu termeni, am făcut un compromis cu conștiința mea.

Următoarea este cea mai cunoscută și mai înțeleasă diagramă de model OSI. Vor fi mai multe desene în articol, dar îmi propun să îl considerăm pe primul drept principal:

Tabelul este format din două coloane, la etapa inițială ne interesează doar cea potrivită. Vom citi tabelul de jos în sus (altfel :)). De fapt, acesta nu este capriciul meu, dar o fac pentru comoditatea asimilării informațiilor - de la simplu la complex. Merge!

În partea dreaptă a tabelului de mai sus, de jos în sus, este afișată calea datelor transmise prin rețea (de exemplu, de la routerul de acasă la computer). Clarificare - niveluri OSI de jos în sus, atunci aceasta va fi calea datelor pe partea de recepție, dacă de sus în jos, apoi invers - trimitere. Sper să fie clar până acum. Pentru a înlătura complet îndoielile, iată o altă diagramă pentru claritate:

Pentru a urmări traseul datelor și modificările care au loc cu acestea prin niveluri, este suficient să ne imaginăm cum se deplasează de-a lungul liniei albastre de pe diagramă, deplasându-se mai întâi de sus în jos de-a lungul nivelurilor OSI de la primul computer, apoi de la de jos în sus până la al doilea. Acum să aruncăm o privire mai atentă la fiecare dintre niveluri.

1) fizică(fizic) - se referă la așa-numitul „mediu de transmisie a datelor”, adică. fire, cablu optic, unde radio (în cazul conexiunilor fără fir) și altele asemenea. De exemplu, dacă computerul dvs. este conectat la Internet prin cablu, atunci firele, contactele de la capătul firului, contactele conectorului plăcii de rețea a computerului dvs., precum și circuitele electrice interne de pe plăcile computerului sunt responsabile pentru calitatea transferului de date la primul nivel fizic. Inginerii de rețea au conceptul unei „probleme cu fizica” - asta înseamnă că specialistul a văzut un dispozitiv de strat fizic ca fiind vinovat pentru „netransmiterea” datelor, de exemplu, un cablu de rețea este rupt undeva sau un semnal scăzut nivel.

2) Canalul(link de date) - este mult mai interesant aici. Pentru a înțelege stratul de legătură de date, trebuie mai întâi să înțelegem conceptul de adresă MAC, deoarece el este cel care va fi personajul principal în acest capitol :). Adresa MAC mai este numită „adresă fizică”, „adresă hardware”. Este un set de 12 caractere în hexazecimal sistemul de numere împărțit la 6 octeți liniuță sau două puncte, de exemplu 08: 00: 27: b4: 88: c1. Este necesar pentru a identifica în mod unic un dispozitiv de rețea în rețea. În teorie, adresa MAC este unică la nivel global, adică. oriunde în lume o astfel de adresă nu poate fi și este „cusut” într-un dispozitiv de rețea în faza de producție. Cu toate acestea, există modalități simple de a-l schimba într-una arbitrară și, în plus, unii producători lipsiți de scrupule și puțin cunoscuți nu ezită să nituiască, de exemplu, un lot de 5000 de plăci de rețea cu exact același MAC. În consecință, dacă cel puțin doi astfel de „frați-acrobați” apar pe aceeași rețea locală, vor începe conflictele și problemele.

Deci, la nivelul de legătură de date, datele sunt procesate de dispozitivul de rețea, care este interesat doar de un singur lucru - adresa noastră MAC notorie, adică. este interesat de destinatarul livrării. De exemplu, dispozitivele din stratul de legătură includ comutatoare (sunt și comutatoare) - păstrează în memorie adresele MAC ale dispozitivelor de rețea cu care au o conexiune directă, directă, iar atunci când primesc date pe portul lor de primire, verifică adresele MAC din date cu adresele MAC disponibile în memorie. Dacă există o potrivire, atunci datele sunt trimise către destinatar, restul sunt pur și simplu ignorate.

3) Rețea(rețea) - nivel „sacru”, înțelegerea principiului de funcționare care, în cea mai mare parte, face ca inginerul de rețea să fie astfel. Aici „adresa IP” reguli cu o mână de fier, aici este baza elementelor de bază. Datorită prezenței unei adrese IP, devine posibilă transferul de date între computere care nu fac parte din aceeași rețea locală. Transferul de date între diferite rețele locale se numește rutare, iar dispozitivele care permit acest lucru sunt routere (sunt și routere, deși în ultimii ani conceptul de router a fost foarte pervertit).

Deci, adresa IP - dacă nu intrați în detalii, atunci acesta este un set de 12 cifre în sistemul numeric zecimal ("normal"), împărțit în 4 octeți, separați printr-un punct, care este atribuit unei rețele dispozitiv atunci când este conectat la o rețea. Aici trebuie să mergeți puțin mai adânc: de exemplu, mulți oameni cunosc o adresă din seria 192.168.1.23. Este destul de evident că aici nu există 12 cifre. Cu toate acestea, dacă scrieți adresa în format complet, totul se încadrează la loc - 192.168.001.023. Nu vom săpa nici mai profund în această etapă, deoarece adresarea IP este un subiect separat pentru poveste și afișare.

4) Stratul de transport(transport) - după cum sugerează și numele, este necesar tocmai pentru livrarea și transmiterea datelor către destinatar. Făcând o analogie cu corespondența noastră îndelungată, adresa IP este de fapt adresa de livrare sau de primire, iar protocolul de transport este poștașul care poate citi și știe să livreze scrisoarea. Există protocoale diferite pentru scopuri diferite, dar au același sens - livrare.

Ultimul strat de transport, care este în mare parte de interes pentru inginerii de rețea, administratorii de sistem. Dacă toate cele 4 niveluri inferioare au funcționat așa cum ar trebui, dar datele nu au ajuns la destinație, atunci problema trebuie căutată în software-ul unui anumit computer. Protocoalele așa-numitelor niveluri superioare sunt de mare preocupare pentru programatori și, uneori, încă pentru administratorii de sistem (dacă el este angajat în întreținerea serverului, de exemplu). Prin urmare, voi descrie în continuare scopul acestor niveluri în treacăt. În plus, dacă priviți în mod obiectiv situația, cel mai adesea, în practică, funcțiile mai multor straturi superioare ale modelului OSI sunt preluate de o aplicație sau serviciu și este imposibil să spuneți fără echivoc unde să-l atribuiți.

5) Sesiune(sesiune) - gestionează deschiderea și închiderea unei sesiuni de transfer de date, verifică drepturile de acces, controlează sincronizarea începutului și sfârșitului transferului. De exemplu, dacă descărcați un fișier de pe Internet, atunci browserul dvs. (sau prin ceea ce descărcați acolo) trimite o solicitare către serverul pe care se află fișierul. În acest moment sunt activate protocoalele de sesiune, care asigură descărcarea cu succes a fișierului, după care, teoretic, sunt dezactivate automat, deși există opțiuni.

6) Executiv(prezentare) - pregătește datele pentru prelucrare de către aplicația finală. De exemplu, dacă acesta este un fișier text, atunci trebuie să verificați codarea (pentru ca să nu funcționeze „kryakozyabrov”), este posibil să-l despachetați din arhivă .... dar aici puteți vedea clar ce Am scris despre mai devreme - este foarte dificil să separă unde se termină reprezentantul la nivel și unde începe următorul:

7) Aplicat(Aplicații) - după cum sugerează și numele, stratul de aplicații care utilizează datele primite și vedem rezultatul muncii tuturor straturilor modelului OSI. De exemplu, citiți acest text deoarece l-ați deschis în codificarea corectă, fontul corect etc. browser-ul dvs.

Și acum, când avem cel puțin o înțelegere generală a tehnologiei procesului, consider că este necesar să vorbim despre biți, cadre, pachete, blocuri și date. Dacă vă amintiți, la începutul acestui articol v-am rugat să nu fiți atenți la coloana din stânga din tabelul principal. Deci, a sosit timpul ei! Acum vom trece din nou prin toate straturile modelului OSI și vom vedea cum biți simpli (zerouri și uni) sunt convertiți în date. Vom merge pe aceeași cale de jos în sus, pentru a nu perturba succesiunea de stăpânire a materialului.

Pe fizic nivel avem un semnal. Poate fi electrică, optică, unde radio etc. Până acum, aceștia nu sunt nici măcar biți, dar dispozitivul de rețea analizează semnalul primit și îl convertește în zerouri și unu. Acest proces se numește „conversie hardware”. Mai mult, deja în interiorul dispozitivului de rețea, biții sunt combinați în (opt biți într-un octet), procesați și transmisi la stratul de legătură de date.

Pe canal nivel avem așa-numitul cadru.În linii mari, acesta este o grămadă de octeți, de la 64 la 1518 într-un singur lot, din care comutatorul citește antetul, care conține adresele MAC ale destinatarului și expeditorului, precum și informații tehnice. Vederea adresei MAC se potrivește în antet și în dvs masa de comutare(memorie), comutatorul redirecționează cadrele cu astfel de potriviri către dispozitivul de destinație

Pe reţea nivel, la toate aceste bunătăți se adaugă și adresele IP ale destinatarului și ale expeditorului, care sunt toate extrase din același antet și asta se numește pachet.

Pe prin transport La nivel, pachetul este adresat protocolului corespunzător, al cărui cod este indicat în informațiile de serviciu din antet și este dat serviciilor protocoalelor de nivel superior, pentru care acestea sunt deja date cu drepturi depline, adică. informații într-o formă digerabilă, utilizabilă pentru aplicații.

În diagrama de mai jos, acest lucru se va vedea mai clar:

Model de rețea OSI(model de referință de bază pentru interconectarea sistemelor deschise - model de referință de bază pentru interconectarea sistemelor deschise, abr. EMVOS; 1978) - un model de rețea al stivei de protocol de rețea OSI / ISO (GOST R ISO / IEC 7498-1-99).

Caracteristicile generale ale modelului OSI

Datorită dezvoltării prelungite a protocoalelor OSI, în prezent principala stivă de protocoale utilizată este TCP/IP, dezvoltat chiar înainte de adoptarea modelului OSI și dincolo de legătura acestuia cu acesta.

Până la sfârșitul anilor 70, în lume exista deja un număr mare de stive de protocoale de comunicație proprietare, printre care se pot numi, de exemplu, stive populare precum DECnet, TCP / IP și SNA. Această diversitate a mijloacelor de interfuncționare a scos în prim-plan problema incompatibilității între dispozitivele care utilizează protocoale diferite. Una dintre modalitățile de a rezolva această problemă la acea vreme a fost văzută ca o tranziție generală către o singură stivă de protocol comun tuturor sistemelor, creată ținând cont de deficiențele stivelor existente. Această abordare academică a creării unei noi stive a început odată cu dezvoltarea modelului OSI și a durat șapte ani (1977-1984). Scopul modelului OSI este de a oferi o reprezentare generalizată a instrumentelor de rețea. A fost dezvoltat ca un fel de limbaj universal pentru specialiștii în rețea, motiv pentru care se numește model de referință.În modelul OSI, instrumentele de comunicare sunt împărțite în șapte straturi: aplicație, prezentare, sesiune, transport, rețea, canal și fizic... Fiecare strat se ocupă de un aspect foarte specific al interacțiunii dispozitivelor din rețea.

Aplicațiile își pot implementa propriile protocoale de comunicare folosind un set de instrumente de sistem pe mai multe niveluri în acest scop. Acesta este motivul pentru care programatorii sunt furnizați cu o interfață de program de aplicație (API). În conformitate cu schema ideală a modelului OSI, o aplicație poate face cereri doar la nivelul superior - nivelul aplicației, dar, în practică, multe stive de protocoale de comunicație permit programatorilor să acceseze direct serviciile sau serviciile de sub straturi. De exemplu, unele SGBD-uri au facilități de acces la fișiere de la distanță încorporate. În acest caz, aplicația nu folosește serviciul de fișiere de sistem atunci când accesează resursele de la distanță; ocolește straturile superioare ale modelului OSI și vorbește direct cu instrumentele de sistem responsabile cu transportul mesajelor prin rețea, care sunt situate la straturile inferioare ale modelului OSI. Deci, să presupunem că aplicația nodului A dorește să interacționeze cu aplicația nodului B. Pentru a face acest lucru, aplicația A face o solicitare la nivelul aplicației, de exemplu, la serviciul de fișiere. Pe baza acestei solicitări, aplicația software generează un mesaj într-un format standard. Dar pentru a livra aceste informații la destinație, mai sunt încă multe sarcini de rezolvat, a căror responsabilitate este suportată de nivelurile inferioare. După ce mesajul este generat, stratul de aplicație îl direcționează în josul stivei către stratul de prezentare. Protocolul stratului de prezentare, bazat pe informațiile obținute din antetul mesajului stratului de aplicație, efectuează acțiunile necesare și adaugă propriile informații de serviciu la mesaj - antetul stratului de prezentare, care conține instrucțiuni pentru protocolul stratului de prezentare al mașinii destinație . Mesajul rezultat este transmis în stratul de sesiune, care, la rândul său, adaugă propriul antet etc. (Unele implementări de protocol pun informațiile de serviciu nu numai la începutul mesajului ca antet, ci și la sfârșit ca un astfel de -numit remorcă.) În cele din urmă, mesajul ajunge la stratul inferior, fizic, care, de fapt, îl transmite prin liniile de comunicație către mașina de destinație. În acest moment, mesajul este „încărcat” cu anteturi de toate nivelurile.

Stratul fizic plasează un mesaj pe interfața fizică de ieșire a computerului 1 și își începe „călătoria” prin rețea (până în acest punct, mesajul a fost transmis de la un strat la altul în computerul 1). Când un mesaj ajunge prin rețea la interfața de intrare a computerului 2, acesta este recepționat de stratul său fizic și se mută secvenţial de la un strat la altul. Fiecare nivel analizează și procesează antetul nivelului său, realizând funcțiile corespunzătoare, apoi elimină acest antet și transmite mesajul la nivelul superior. După cum se poate observa din descriere, entitățile de protocol de un nivel nu comunică direct între ele, intermediarii sunt întotdeauna implicați în această comunicare - mijloace de protocoale de niveluri inferioare. Și doar nivelurile fizice ale diferitelor noduri interacționează direct.

Straturi model OSI

În literatura de specialitate, este cel mai obișnuit să începem descrierea straturilor modelului OSI la nivelul al 7-lea, numit strat de aplicație, în care aplicațiile utilizatorului accesează rețeaua. Modelul OSI se termină cu primul strat - cel fizic, care definește standardele cerute de producătorii independenți pentru mediile de transmisie a datelor:

• tipul de mediu de transmisie (cablu de cupru, fibră optică, radio etc.),
• tipul de modulație a semnalului,
• nivelurile de semnal ale stărilor logice discrete (zero și unu).

Orice protocol al modelului OSI trebuie să interacționeze fie cu protocoalele nivelului său, fie cu protocoalele cu o unitate deasupra și/sau sub nivelul său. Interacțiunile cu protocoale de nivel propriu se numesc orizontale, iar cu nivelurile unul mai mare sau mai jos, se numesc verticale. Orice protocol al modelului OSI poate îndeplini doar funcțiile stratului său și nu poate îndeplini funcțiile altui strat, ceea ce nu este realizat în protocoalele modelelor alternative.

Fiecare nivel, cu un anumit grad de convenționalitate, are propriul său operand - un element de date logic indivizibil care poate fi operat la un nivel separat în cadrul modelului și al protocoalelor utilizate: la nivel fizic, cea mai mică unitate este un pic, la nivelul legăturii de date informațiile sunt combinate în cadre, la nivel de rețea - în pachete (datagrame), la transport - în segmente. Orice bucată de date combinată logic pentru transmisie - un cadru, pachet, datagramă - este considerată un mesaj. Mesajele în general sunt operanzii nivelurilor de sesiune, prezentare și aplicație.

Tehnologiile de bază ale rețelei includ straturile fizice și de legătură de date.

Nivel de aplicare

Stratul de aplicație (stratul de aplicație) - nivelul superior al modelului care asigură interacțiunea aplicațiilor utilizatorului cu rețeaua:

• Permite aplicațiilor să consume servicii de rețea:
  • acces de la distanță la fișiere și baze de date,
  • redirecționarea e-mailului;
• este responsabil pentru transferul informațiilor despre servicii;
• furnizează aplicațiilor informații despre erori;
• generează cereri către nivelul de prezentare.

Protocoale de aplicație: RDP, HTTP, SMTP, SNMP, POP3, FTP, XMPP, OSCAR, Modbus, SIP, TELNET și altele.

Stratul de prezentare

Stratul de prezentare asigură conversia protocolului și codificarea/decodarea datelor. Solicitările de aplicație primite de la nivelul de aplicație sunt convertite într-un format pentru transmisie prin rețea la nivelul de prezentare, iar datele primite din rețea sunt convertite în format de aplicație. La acest nivel se poate efectua compresia/decompresia sau criptarea/decriptarea, precum și redirecționarea cererilor către o altă resursă de rețea dacă acestea nu pot fi procesate local.

Stratul de prezentare este de obicei un protocol intermediar pentru transformarea informațiilor din straturile adiacente. Acest lucru permite ca aplicațiile să fie schimbate pe sisteme computerizate eterogene într-o manieră transparentă pentru aplicații. Stratul de prezentare oferă formatare și transformare de cod. Formatarea codului este utilizată pentru a se asigura că aplicația primește informații de prelucrat 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 se ocupă și de structurile de date care sunt utilizate de programe. Astfel, Stratul 6 asigură că datele sunt organizate în tranzit.

Pentru a înțelege cum funcționează, imaginați-vă că există două sisteme. Unul folosește codul binar extins EBCDIC pentru a reprezenta datele, de exemplu, ar putea fi un mainframe IBM, iar celălalt folosește Codul American Standard Information Interchange (ASCII) (utilizat de majoritatea celorlalți producători de computere). Dacă cele două sisteme trebuie să facă schimb de informații, atunci este necesar un strat de prezentare care va efectua conversia și traducerea între cele două formate diferite.

O altă funcție îndeplinită la nivel de prezentare este criptarea datelor, care este utilizată atunci când este necesar să se protejeze informațiile transmise împotriva accesului de către destinatari neautorizați. Pentru a rezolva această problemă, procesele și codurile de la nivel de prezentare trebuie să efectueze transformări de date. La acest nivel, există și alte rutine 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 aceste scopuri, poate fi folosit formatul PICT - un format de imagine utilizat pentru transferul graficelor QuickDraw între programe.

Un alt format de reprezentare este formatul de fișier imagine TIFF etichetat, care este utilizat în mod obișnuit pentru hărți de biți de înaltă rezoluție. Următorul standard de nivel de prezentare care poate fi utilizat pentru grafică este standardul dezvoltat de Joint Photographic Expert Group; în utilizarea de zi cu zi, acest standard este pur și simplu denumit JPEG.

Există un alt grup de standarde la nivel de prezentare care definesc prezentarea sunetului și a filmului. Aceasta include o interfață digitală pentru instrumente muzicale (MIDI) pentru prezentarea digitală a muzicii, un standard MPEG dezvoltat de Cinematography Expert Group, utilizat pentru comprimarea și codificarea clipurilor video pe CD-uri, digitizarea stocării și transferul la viteze de până la 1,5 Mbps și QuickTime. este un standard care descrie elemente audio și video pentru programe care rulează pe computere Macintosh și PowerPC.

Protocoale de nivel de prezentare: 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 Asser / Disassembler Protocol ...

Nivel de sesiune

Stratul de sesiune al modelului asigură întreținerea sesiunii de comunicare, permițând aplicațiilor să interacționeze între ele pentru o perioadă lungă de timp. Stratul controlează crearea/încheierea sesiunii, schimbul de informații, sincronizarea sarcinilor, determinarea dreptului de a transfera date și menținerea unei sesiuni în perioadele de inactivitate a aplicațiilor.

Protocoale de nivel de sesiune: 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)), iSNS (Internet Storage Name Service), L2F (Layer 2 Forwarding Protocol), L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol), NetBIOS (Network Basic Input Output System), PAP (Password Authentication Protocol), PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol), RPC (Remote Procedure Call Protocol), RTCP (Real-time Transport Control Protocol), SMPP (Short Message Peer-to-Peer), SCP (Session Control Protocol), ZIP (Zone Information Protocol), SDP (Sockets Direct Protoco) ...

Stratul de transport

Stratul de transport al modelului este conceput pentru a oferi transfer de date fiabil de la expeditor la receptor. În același timp, nivelul de fiabilitate poate varia foarte mult. Există multe clase de protocoale de nivel de transport, variind de la protocoale care oferă doar funcții de transport de bază (de exemplu, funcții pentru transmiterea datelor fără confirmare de primire) și terminând cu protocoale care asigură că pachetele de date multiple sunt livrate la destinație în mod corect. secvență, multiplexarea fluxurilor de date multiple, furnizarea unui mecanism de control al fluxului de date și garantarea validității datelor primite. De exemplu, UDP se limitează la monitorizarea integrității datelor într-o singură datagramă și nu exclude posibilitatea de a pierde un întreg pachet, sau de a duplica pachete, încălcarea ordinii în care sunt primite pachetele de date; TCP asigură o transmisie continuă de date fiabilă, eliminând pierderea de date sau neordinea sau duplicarea, poate redistribui datele, rupând bucăți mari de date în fragmente și invers, lipind fragmentele într-un singur pachet.

Protocoale de nivel de transport: ATP (AppleTalk Transaction Protocol), CUDP (Cyclic UDP), DCCP (Datagram Congestion Control Protocol), FCP (Fibre Channel | Fibre Channel Protocol), IL (IL Protocol), NBF (NetBIOS Frames protocol), NCP ( NetWare Core Protocol), SCTP (Stream Control Transmission Protocol), SPX (Sequenced Packet Exchange), SST (Structured Stream Transport), TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol).

Stratul de rețea

Stratul de rețea (lang-en | stratul de rețea) al modelului este utilizat pentru a defini calea de transmisie a datelor. Responsabil cu traducerea adreselor și numelor logice în cele fizice, determinarea celor mai scurte rute, comutarea și rutarea, urmărirea problemelor și „aglomerarea” în rețea.

Protocoalele stratului de rețea direcționează datele de la sursă la destinație. Dispozitivele (routerele) care funcționează la acest nivel sunt denumite în mod convențional dispozitive de nivel al treilea (în funcție de numărul de nivel din modelul OSI).

Protocoale de nivel de rețea: IP / IPv4 / IPv6 (Internet Protocol), IPX (Internetwork Packet Exchange), X.25 (implementat parțial la nivelul 2), CLNP (protocol de rețea fără conexiune), IPsec (Internet Protocol Security). Protocoale de rutare - RIP (Routing Information Protocol), OSPF (Open Shortest Path First).

Strat de legătură

Stratul de legătură de date este conceput pentru a asigura interacțiunea rețelelor la nivelul fizic și pentru a controla erorile care pot apărea. Datele primite de la nivelul fizic, prezentate în biți, le împachetează în cadre, le verifică integritatea și, dacă este necesar, corectează erorile (generează o solicitare repetată pentru un cadru deteriorat) și le trimite la stratul de rețea. Stratul de legătură poate interacționa cu unul sau mai multe straturi fizice, controlând și gestionând această interacțiune.

Specificația IEEE 802 împarte acest strat în două sub-straturi: MAC (Media Access Control) reglementează accesul la mediul fizic partajat, LLC (logical link control) oferă serviciul de nivel de rețea.

Comutatoarele, podurile și alte dispozitive funcționează la acest nivel. Se spune că aceste dispozitive utilizează adresarea de nivel 2 (după numărul de strat în modelul OSI).

Protocoale de nivel de legătură: ARCnet, ATM (Mod de transfer asincron), Controller Area Network (CAN), Econet, IEEE 802.3 (Ethernet), Ethernet Automatic Protection Switching (EAPS), Fibre Distributed Data Interface (FDDI), Frame Relay, High-Level Data Link Control (HDLC), IEEE 802.2 (oferă funcții LLC straturilor IEEE 802 MAC), Link Access Procedures, canal D (LAPD), LAN fără fir IEEE 802.11, LocalTalk, Multiprotocol Label Switching (MPLS), Protocol Point-to-Point (PPP), Point-to-Point Protocol over Ethernet (PPPoE), StarLan, Token Ring, Unidirectional Link Detection (UDLD), x.25]], ARP.

În programare, acest strat reprezintă driverul plăcii de rețea; în sistemele de operare, există o interfață software pentru interacțiunea straturilor de canal și de rețea între ele. Acesta nu este un nivel nou, ci pur și simplu o implementare a modelului specific sistemului de operare. Exemple de astfel de interfețe: ODI, NDIS, UDI.

Strat fizic

Stratul fizic - stratul inferior al modelului, care definește metoda de transfer a datelor, reprezentate în formă binară, de la un dispozitiv (calculator) la altul. Diverse organizații sunt implicate în compilarea unor astfel de metode, inclusiv: Institutul de Ingineri Electrici și Electronici, Alianța Industriei Electronice, Institutul European pentru Standarde de Telecomunicații și altele. Ele transferă semnale electrice sau optice către un cablu sau radio aer și, în consecință, le primesc și le convertesc în biți de date în conformitate cu metodele de codificare a semnalelor digitale.

Hub-urile]], repetitoarele de semnal și convertoarele media funcționează și ele la acest nivel.

Funcțiile stratului fizic sunt implementate pe toate dispozitivele conectate la rețea. Pe partea computerului, funcțiile stratului fizic sunt realizate de un adaptor de rețea sau de un port serial. Stratul fizic include interfețele fizice, electrice și mecanice dintre două sisteme. Stratul fizic definește astfel de tipuri de medii de transmisie a datelor, cum ar fi fibră optică, pereche torsadată, cablu coaxial, canal de transmisie de date prin satelit, etc. Tipurile standard de interfețe de rețea legate de stratul fizic sunt :)