Вопрос 19. Модель OSI

Дата добавления: 2014-11-24 | Просмотров: 1557

1. Идея и построение модели.

2. Уровни модели и их функции.

3. Открытая система.

4. Инкапсуляция пакетов и промежуточные узлы.

5. Модель и четыре уровня стека протоколов ТСР/IP.

1. В начале 1980-х гг. ряд международных организаций по стан­дартизации — ISO, ITU-T и некоторые другие - разработали модель, которая сыграла значительную роль, в развитии сетей. Эта модель называется моделью взаимодействия открытых систем

(Open System Interconnection, OSI), илимоделью OSI. Модель OSI определяет различные уровни взаимодействия систем в сетях с ком­мутацией пакетов, дает им стандартные имена и указывает, ка­кие функции должен выполнять каждый уровень. Модель пред­ставляет собой универсальный стандарт на взаимодействие двух систем (компьютеров) через вычислительную сеть.

Главная идеяданной модели состоит в том, что вся сложная процедура сетевого взаимодействия может быть разбита па не­которое количество стандартных шагов, последовательно вы­полняющихся программным и аппаратным обеспечением ком­пьютера для передачи пользовательских данных в сеть или при приеме данных из сети. Для описания действий, выполняемых на каждом таком шаге, вводится понятие уровня.

Модель OSI описывает функции семи иерархических уровней и ин­терфейсы взаимодействия между ними. Каждый уровень опреде­ляется сервисом, который он предоставляет вышестоящему уров­ню, и протоколом — набором правил и форматов данных для взаимодействия объектов одного уровня, работающих на раз­ных компьютерах.

Объекты, выполняющие функции уровней, могут быть реализованы в:

• программном;

• программно-аппаратном;

• аппаратном виде.

Как правило, чем ниже (ближе к физической среде передачи) уровень, тем больше доля аппаратной части в его реализации.

Модель построена так, что объекты одного уровня двух взаимо­действующих компьютеров сообщаются непосредственно друг с другом с помощью соответствующих протоколов, не зная, какие уровни лежат под ними и какие функции они выполняют. Задача объектов — предоставить через стандартизованный интерфейс определенный сервис вышестоящему уровню, воспользовав­шись, если нужно, сервисом, который предоставляет данному объекту нижележащий уровень.

2. В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уров­ней (перечислены в направлении сверху вниз):

• прикладной уровень (application layer) обеспечивает работу сетевых приложений, с которыми имеют дело пользователи, например электронную почту, передачу файлов, регистрацию и т. п.;

• представительный уровень (presentation layer) содержит общие структуры данных (на этом уровне происходит согласование пред­ставления данных прикладных процессов);

• сеансовый уровень (session layer) осуществляет аутентификацию и проверку полномочий, а также обеспечивает постоянное со­единение между сетевыми приложениями;

• транспортный уровень (transport layer) обеспечивает получение данных точно в том виде, в каком они были посланы;

• сетевой уровень (network layer) обеспечивает фрагментацию (сбор­ку) данных, маршрутизацию и продвижение их в сети; на нем определяются адреса машин;

• канальный уровень (data link layer) обеспечивает корректный прием ипередачу пакетов в пределах однородной физической сети;

• физический уровень (physical layer) задает физические параметры сети, например уровни напряжения, типы кабелей, контакты интерфейсов.

Модель OSI описывает только системные средства взаимодейст­вия,реализуемые операционной системой, системными утили­тами, системными аппаратными средствами. Модель не включает средства взаимодействия приложений конечных пользователей. Свои собственные протоколы взаимодействия приложения реа­лизуют, обращаясь к системным средствам.

3. Открытой системойможет быть названа любая система (ком­пьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), которая построена в со­ответствии с открытыми спецификациями.

Спецификация(в вычислительной технике) — формализованное описание аппаратных (или программных компонентов); способов их функционирования, взаимодействия с другими компонен­тами; условий эксплуатации, ограничений и особых характери­стик. Не всякая спецификация является стандартом.

Под открытыми спецификациямипонимаются опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и при­нятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.

4. При продвижении пакета с данными прикладного процесса по уровням сверху вниз каждый новый уровень добавляет к пакету свою служебную информацию в виде заголовка и, возможно, окончания (трейлера) — информации, помещаемой в конец сообще­ния. Эта операция называется инкапсуляциейданных верхнего уровня в пакет нижнего уровня. Служебная информация пред­назначается для объекта того же уровня на удаленном компью­тере, ее формат и интерпретация определяются протоколом данного уровня.

Данные, приходящие с верхнего уровня, могут представлять со­бой пакеты с уже инкапсулированными данными еще более верх­него уровня.

При получении пакета от нижнего уровня он разделяется на заголовок, трейлер и данные. Служебная информация из заго­ловка и трейлера анализируется, и в соответствии с ней при­нимается решение, что делать с данными, содержащимися в по­лученном пакете.

Одним из вариантов является направление данных одному из объ­ектов верхнего уровня (какому именно — должно быть указано в проанализированной служебной информации). Тот, в свою оче­редь, рассматривает эти данные как пакет со своей служебной ин­формацией и данными для еще более верхнего уровня, и процеду­ра повторяется, пока пользовательские данные, очищенные от всей служебной информации, не достигнут прикладного процесса.

Но есть возможность, что пакет не будет проведен до самого верхнего уровня (например, если данный компьютер представ­ляет собой промежуточную станцию на пути между отправителем и получателем). В этом случае объект соответствующего уровня при анализе служебной информации заметит, что пакет на этом уровне адресован не ему. Тогда объект выполнит необхо­димые действия для перенаправления пакета к месту назначения или возврата отправителю с сообщением об ошибке, но в лю­бом случае не будет продвигать данные на верхний уровень.

Протоколы, основанные на модели OSI, используются редко:

• в силу своей не всегда оправданной сложности;

• из-за существования хорошо зарекомендовавших себя стеков протоколов TCP/IP.

Поэтому модель OSI ~ опорная база для классификации и сопос­тавления протокольных стеков.

5. TCP/IP— собирательное название для стека сетевых протоколов разных уровней, используемых в Internet. Особенности TCP/IP.

• открытые стандарты протоколов, разрабатываемые независимо от программного и аппаратного обеспечения;

• независимость от физической среды передачи;

• система уникальной адресации;

• стандартизованные протоколы высокого уровня для распространенных пользовательских сервисов.

• Стек протоколов TCP/IP делится на четыре уровня:

• прикладной (application). Приложения, работающие со стеком TCP/IP,могут также выполнять функции уровней представления и частично сеансового модели OSI. Распространенными приме­рами приложений являются программы telnet, ftp, WWW-серверы и клиенты (Интернет-браузеры), программы работы с элек­тронной почтой. Для пересылки данных через сеть другому приложению оно обращается к тому или иному модулю транс­портного уровня;

• транспортный (transport). Протоколы данного уровня обеспечивают прозрачную (сквозную) доставку данных между двумя приклад­ными процессами. Для передачи и получения данных, отправляемых друг другу, они используют межсетевой уровень. На транс­портном уровне работают два основных протокола:

• TCP {Transmission Control Protocol) — надежный протокол с установлением соединения: он управляет логическим сеансом связи (устанавливает, поддерживает и закрывает соедине­ние) между процессами и обеспечивает надежную (безоши­бочную и гарантированную) доставку прикладных данных от процесса к процессу;

• UDP (User Datagram Protocol) — протокол дейтаграмм пользо­вателя — является ненадежным протоколом без установле­ния соединения: это значит, что ни логический сеанс связи, ни надежная доставка прикладных данных этим протоколом не обеспечиваются. Фактически UDP не предоставляет ни­каких услуг, кроме мультиплексирования пакетов с при­кладными данными — то есть направления данных тому или иному приложению в зависимости от номера порта. Услу­гами UDP пользуются, например, доменная система имен (DNS), сетевая файловая система NFS;

• сетевой (межсетевой, или Internet). Основным протоколом это­го, уровня является протокол IP (Internet Protocol). Этот протокол является центром, вокруг которого строится весь стек TCP/IP.

Протокол IP доставляет блоки данных, называемые дейтаграм­мами, от одного IP-адреса к другому через компьютерную сеть. IP-адрес является уникальным 32-битным идентификатором компьютера (точнее, его сетевого интерфейса). Данными для дейтаграммы является блок данных, передаваемых IP-модулю транспортным уровнем. IP-модуль предваряет эти данные за­головком, содержащим IP-адреса отправителя и получателя и другую служебную информацию, и сформированная таким об­разом дейтаграмма передается на уровень доступа к сети для отправки по каналу передачи данных;

• уровень доступа к сети (network access), который выполняет сле­дующие функции:

• отображение IP-адресов в физические адреса сети. Эту функ­цию выполняет протокол разрешения адресов АКР (Ad­dress Resolution Protocol);

• инкапсуляция IP-дейтаграмм в кадры для передачи по физи­ческому каналу и извлечение дейтаграмм из кадров. При этом не требуется какого-либо контроля безошибочности переда­чи, поскольку в стеке TCP/IP такой контроль возложен на транспортный уровень или на само приложение; определение метода доступа к среде передачи, то есть спо­соба, с помощью которого компьютер устанавливает свое право на произведение передачи данных;

• определение представления (кодирования) данных в физи­ческой среде;

• пересылка и прием кадра.

Часто в качестве уровня доступа к сети выступают целые про­токольные стеки; тогда говорят об IP поверх ATM, IP поверх IPX и т. д.