Глава
В этой главе вы найдете ответы на следующие вопросы:
¦ Что такое
эталонная
модель OSI?
¦ Каковы функции
каждого уровня
в модели OSI?
¦ Как определять
уровни модели OSI,
на которых
выполняются
конкретные
сетевые
операции?
¦ Какие возможны
расширения
модели OSI
со стороны IEEE?
В предыдущей главе вы узнали, что такое компьютерные сети, познакомились с основными типами сетей и поняли, как компьютеры (точнее, работающие на них программы) общаются друг с другом в сети. Теперь рассмотрим принципы взаимодействия компьютеров в сети более подробно.
Чтобы общаться, люди чаще всего используют устную речь. Однако такое непосредственное общение возможно, только если собеседники находятся рядом друг с другом и только в воздушной среде. Но представьте себе, что надо передать данные вашему товарищу, который живет в другом городе, а тем более — в другой стране. Здесь уже не обойтись без целого ряда определенных действий: нужно написать текст на листе бумаги, подписать его, вложить в конверт, указать на нем адреса отправителя и получателя, наклеить марку и отдать почтальону (или бросить в почтовый ящик). Дальнейшая судьба этого письма зависит уже не от вас, а от почтовой службы. Каким-либо способом — на поезде, корабле, самолете или как-то иначе, но письмо доходит до страны и города, где живет ваш друг, затем доставляется в его почтовое отделение и, наконец, попадает к нему в почтовый ящик. Только тогда ваш адресат получает возможность открыть конверт и прочитать ваше сообщение. Заметим, что если какая-либо из стадий доставки не сработает, например, из-за отсутствия почтальона или различий в
Как компьютеры взаимодействуют в сети
правилах записи адресов в разных странах, то информация до вашего друга так и не дойдет.
Точно так же поступают и компьютеры при общении в сети. Способов непосредственного общения у них нет — разговаривать друг с другом компьютеры пока еще не научились. Поэтому, чтобы общаться, им приходится прибегать к целому ряду последовательно выполняемых процедур, называемых сетевыми протоколами. Чтобы протоколы работали надежно и согласованно, каждая операция в них строго регламентируется. А чтобы программы и оборудование разных производителей могли взаимодействовать друг с другом, протоколы должны соответствовать определенным промышленным стандартам.
Протокол— набор правил и процедур, регулирующих порядок взаимодействия компьютеров в сети.
За долгие годы существования компьютерных сетей было создано великое множество различных протоколов — как открытых (опубликованных для бесплатного применения), так и закрытых (разработанных коммерческими компаниями и требующих лицензирования для их использования). Однако все эти протоколы принято соотносить с так называемой эталонной моделью взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection Reference Model), или просто моделью OSI. Ее описание было опубликовано в 1984 г. Международной организацией по стандартизации (International Standards Organization, ISO), поэтому для нее часто используется другое название — модель ISO/OSI. Эта модель представляет собой набор спецификаций, описывающих сети с неоднородными устройствами, требования к ним, а также способы их взаимодействия.
Глава 2
Структура модели OSI
Модель OSI имеет вертикальную структуру, в которой все сетевые функции распределены между семью уровнями (рис. 2.1). Каждому такому уровню соответствуют строго определенные операции, оборудование и протоколы.
Реальное взаимодействие уровней, т. е. передача информации внутри одного компьютера, возможно только по вертикали и только с соседними уровнями (выше- и нижележащими).
Логическое взаимодействие (в соответствии с правилами того или иного протокола) осуществляется по горизонтали — с аналогичным уровнем другого компьютера на противоположном конце линии связи. Каждый более высокий уровень пользуется услугами нижележащего уровня, зная, в каком виде и каким способом (т. е. через какой интерфейс) нужно передать ему данные.
| Компьютер А | Компьютер В | |||
| Прикладной | Прикладной | |||
| и | и | |||
| Представительский | Представительский | |||
| Сеансовый | Сеансовый | |||
| Виртуальная связь | ||||
| Транспортный | Транспортный | |||
| п | ||||
| Сетевой | Сетевой | |||
| П | и | |||
| Канальный | Канальный | |||
| Физический | Физический | |||
Рис. 2.1.Взаимосвязи между уровнями модели OSI
Как компьютеры взаимодействуют в сети____________________ 2Л_
Задача более низкого уровня — принять данные, добавить свою информацию (например, форматирующую или адресную, которая необходима для правильного взаимодействия с аналогичным уровнем на другом компьютере) и передать данные дальше. Только дойдя до самого нижнего, физического уровня сетевой модели, информация попадает в среду передачи и достигает компьютера-получателя. В нем она проходит сквозь все слои в обратном порядке, пока не достигнет того же уровня, с которого была послана компьютером-отправителем.
Как видим, все это очень похоже на наш пример с работой почты — программы общаются по сети примерно так же, как вы со своим другом по почте. Ваш лист бумаги с текстом передается с верхнего уровня вниз, проходя множество необходимых стадий. При этом он «обрастает» служебной информацией (конверт определенного вида, адрес на конверте, почтовый индекс) и подвергается определенной обработке (почтальон в отделении забирает письмо, на конверт наклеивают марки, ставят штемпели, а после сортировки письмо попадает в контейнер для перевозки почты в другой город). Так ваша информация доходит до самого нижнего уровня — почтового транспорта, которым она перевозится в пункт назначения. Там происходит обратный процесс: открывается контейнер, письмо извлекается, считывается адрес, после чего почтальон доставляет письмо вашему другу. А затем ваш друг получает информацию в первоначальном виде — когда извлекает лист из конверта, проверяет подпись и читает текст.
Таким образом, вы с вашим другом логически имеете прямую связь, и детали доставки вас мало заботят. Почтальоны также имеют прямую связь: почтальон в чужом городе получит в точности то, что вы передали своему почтальону — конверт с письмом и адресной информацией. Почтальонов при этом не волнуют проблемы, например, железнодорожников, которые в действительности и осуществляли перевозку почтовой корреспонденции.
Глава 2
Теперь познакомимся поближе с уровнями модели OSI и определим сетевые услуги, которые они предоставляют смежным уровням.
Уровни модели OSI
Можно предположить, что контрольная сумма (CRC) как способ контроля правильности передачи данных появилась одновременно с первыми ЭВМ. Но оказывается, что идея «контрольной суммы» была впервые изобретена… церковниками, озабоченными большим количеством расхождений в текстах переписываемых вручную Библий (еще до изобретения книгопечатания): ведь при каждом таком копировании писцы не только повторяли все ошибки своего оригинала, но и добавляли новые.
Уровень 0— не определен в общей схеме (на рис. 2.1), но весьма важен для понимания. Здесь представлены посредники, по которым собственно и происходит передача сигналов: кабели различных типов, радио-, ИК-сигналы и т. д. На этом уровне ничего не описывается, уровень 0 предоставляет физическому уровню 1только среду передачи.
Уровень 1 — Физический (Physical).Здесь осуществляется передача неструктурированного потока битов, полученных от вышележащего канального уровня 2, по физической среде — например, в виде электрических или световых сигналов. Физический уровень отвечает за поддержание связи (link) и детально описывает электрические, оптические, механические и функциональные интерфейсы со средой передачи: напряжения, частоты, длины волн, типы коннекторов, число и функциональность контактов, схемы кодирования сигналов и т. д.
Уровень 2 — Канальный (Data Link).Обеспечивает безошибочную передачу данных, полученных от вышележащего сетевого уровня 3, через физический уровень 1, который сам по себе отсутствия ошибок не гарантирует и может искажать данные. Информация на этом уровне помещается в кадры (frames), где в начале (заголовке кадра) содержатся адреса получателя и отправителя, а также управляющая информация, а в конце — контрольная сумма, позволяющая выявить возникающие при передаче ошибки (рис. 2.2).
Как компьютеры взаимодействуют в сети
Рис 2.2. Структура кадра данных в сети
При получении данных на канальном уровне определяются начало и конец кадра в потоке битов, сам кадр извлекается из потока и проверяется на наличие ошибок. Поврежденные при передаче кадры, а также кадры, для которых не получено подтверждение о приеме, пересылаются заново (ретранслируются). Наконец, на канальном уровне обеспечивается управление доступом к среде передачи.
Канальный уровень довольно сложен, поэтому в соответствии со стандартами IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), выпущенными в феврале 1980 г. в рамках «Проекта 802» (Project 802), его часто разбивают на два подуровня (рис. 2.3): управления доступом к среде (Media Access Control, MAC) и управления логической связью (Logical Link Control, LLC).
Уровень MAC обеспечивает совместный доступ сетевых адаптеров к физическому уровню, определение границ кадров, распознавание адресов назначения кадров (эти адреса часто называют физическими, или МАС-адресами).
Уровень LLC, действующий над уровнем MAC, отвечает за установление канала связи и за безошибочную посылку и прием сообщений с данными.
Глава 2
Канальный уровень
Управление
логической связью
(LLC)
Управление
доступом к среде
(MAC)
Рис 2.3. Разделение канального уровня на подуровни MAC и LLC
Уровень 3 — Сетевой (Network).Отвечает за обеспечение связи между любыми, даже находящимися в разных концах земного шара, точками в сети. Этот уровень осуществляет проводку сообщений по сети, которая может состоять из множества отдельных сетей, соединенных множеством линий связи. Такая доставка требует маршрутизации, т. е. определения пути доставки сообщения, а также решения задач управления потоками данных и обработки ошибок передачи.
Уровень 4 — Транспортный (Transport).Гарантирует доставку информации от одного компьютера другому. На этом уровне компьютера-отправителя большие блоки данных разбиваются на более мелкие пакеты, которые доставляются компьютеру-получателю в нужной последовательности, без потерь и дублирования. На транспортном уровне компьютера-получателя пакеты вновь собираются в исходные блоки данных. Таким образом, транспортный уровень завершает процесс передачи данных, скрывая от более высоких уровней все детали и проблемы, связанные с доставкой информации любого объема между любыми точками во всей сети.
Уровень 5 — Сеансовый (Session).Позволяет двум сетевым приложениям на разных компьютерах устанавливать, поддерживать и завершать соединение,
Как компьютеры взаимодействуют в сети
называемое сетевым сеансом. Этот уровень также отвечает за восстановление аварийно прерванных сеансов связи. Кроме того, на пятом уровне выполняется преобразование удобных для людей имен компьютеров в сетевые адреса (распознавание имен), а также реализуются функции защиты сеанса.
Уровень 6 — Представительский, или Уровень представления данных (Presentation).Определяет форматы передаваемой между компьютерами информации. Здесь решаются такие задачи, как перекодировка (перевод информации в вид, понятный для всех участвующих в обмене компьютеров), сжатие и распаковка данных, шифрование и дешифровка, поддержка сетевых файловых систем и т. д.
Уровень 7 — Прикладной (Application), или Уровень Приложений.Обеспечивает интерфейс взаимодействия программ, работающих на компьютерах в сети. Именно с помощью этих программ пользователь получает доступ к таким сетевым услугам, как обмен файлами, передача электронной почты, удаленный терминальный доступ и т. д.
 |
К моменту появления модели OSI уже существовали и показали высокую эффективность другие наборы (стеки) протоколов, например стек TCP/IP. Поэтому построенный в полном соответствии с описанной выше моделью набор протоколов OSI так и не получил широкого распространения. Большинство современных сетевых архитектур и наборов протоколов соответствуют этой модели лишь до определенной степени. Несмотря на это, сама модель ISO/OSI до сих пор широко используется для описания взаимодействия в сетевых средах.
 |
Вопросы и задания
1. С какой целью разработана модель OSI?
2. Какие задачи решает физический уровень модели OSI?
3. Изобразите структуру кадра данных в сети
4. Для чего в сетевом пакете служит контрольная сумма (CRC)?
5. Что такое ретрансляция потерянных (поврежденных) данных?
6. Что понимается под термином «сетевой протокол » ?
7. Какие сетевые функции осуществляются в моде
ли OSI?
8. Какой уровень, согласно модели OSI, отвечает за
выбор маршрута передачи данных?
9. На каком уровне модели OSI взаимодействуют
программы, обеспечивающие передачу сообщений
электронной почты?
10.Что такое эталонная модель OSI?
11.Каковы функции каждого уровня в модели OSI?
12.Зачем нужны сетевые протоколы
13.Зачем разработана модель ISO/OSI.
14.Прикладной
15.Представительский
16.Сеансовый
17.Транспортный
18.Сетевой
19.Канальный
20.Физический
21.Зачем в сетях необходим параметр контрольная сумма (CRC) как способ контроля правильности передачи данных
22.Поврежденные при передаче кадры, а также кадры, для которых не получено подтверждение о приеме, пересылаются заново (ретранслируются)
23.Структура кадра данных в сети (Заголовок +Трейлер) т.е. Преамбула Адрес получ Адрес отпр Протокол CRC Start Frame синхронизации передатчика Конец кадра
