28 — Эталонная модель взаимодействия открытых систем

Содержание:

Также на этом уровне реализуется обнаружение и исправление ошибок при передаче. На канальном уровне пакет помещается в поле данных кадра — инкапсуляция. Обнаружение ошибок возможно с помощью разных методов. К примеру реализация фиксированных границ кадра, или контрольной суммой.

Сетевой уровень

На этом уровне происходит деление пользователей сети на группы. Здесь реализуется маршрутизация пакетов на основе MAC-адресов. Сетевой уровень реализует прозрачную передачу пакетов на транспортный уровень. На этом уровне стираются границы сетей разных технологий. Маршрутизаторы работают на этом уровне. Пример работы сетевого уровня показан на рис.2 Самые частые протоколы:

• ПIP
• IPX
• X 25
• CLNP

Рисунок — 2

Транспортный уровень

На этом уровне потоки информации делятся на пакеты для передачи их на сетевом уровне. Самые распространенные протоколы этого уровня:

• TCP — протокол управления передачей
• NCP
• SPX
• TP4

Сеансовый уровень

На этом уровне происходит организация сеансов обмена информацией между оконечными машинами. На этом уровне идет определение активной стороны и реализуется синхронизация сеанса. На практике многие протоколы других уровней включают функцию сеансового уровня.

Уровень представления

На этом уровне происходит обмен данными между ПО на разных ОС. На этом уровне реализовано преобразование информации (кодирование, сжатие и тд) для передачи потока информации на транспортный уровень. Протоколы уровня используются и те, что используют высшие уровни модели OSI.

Прикладной уровень

Прикладной уровень реализует доступ приложения в сеть. Уровень управляет переносом файлов и управление сетью. Используемые протоколы:

• FTP/TFTP — протокол передачи файлов
• X 400 — электронная почта
• Telnet
• smtp
• CMIP — управление информацией
• SNMP — управление сетью
• NFS — сетевая файловая система
• FTAM — метод доступа для переноса файлов

Данный материал посвящен эталонной сетевой семиуровневой модели OSI. Здесь Вы найдете ответ на вопрос для чего системным администраторам необходимо понимать данную сетевую модель, будут рассмотрены все 7 уровней модели, а также Вы узнаете основы модели TCP/IP, которая и была построена на основе эталонной модели OSI.

Когда я начал увлекаться различными IT технологиями, стал работать в этой сфере, я, конечно же, не знал не о какой модели, даже не задумывался об этом, но мне более опытный специалист посоветовал изучить, точнее, просто понять эту модель, добавив что «если будешь понимать все принципы взаимодействия, то будет намного проще управлять, конфигурировать сеть и решать всевозможные сетевые и другие проблемы». Я его, конечно же, послушался и стал лопатить книги, Интернет и другие источники информации, одновременно с этим проверять на существующей сети, правда ли это все так на самом деле.

В современном мире развитие сетевой инфраструктуры достигло такого высокого уровня, что без построения, даже маленькой сети,  предприятие (в т.ч. и маленькое) не сможет просто на всего нормально существовать, поэтому системные администраторы становятся, все более востребованы. А для качественного построения и конфигурирования любой сети, системный администратор должен понимать принципы эталонной модели OSI, как раз, для того чтобы Вы научились понимать взаимодействие сетевых приложений, да и вообще принципы сетевой передачи данных, я попытаюсь изложить этот материал доступно даже для начинающих админов.

Сетевая модель OSI (open systems interconnection basic reference model) – это абстрактная модель взаимодействия компьютеров, приложений и других устройств в сети. Если вкратце, суть данной модели состоит в том, что организация ISO (International Organization for Standardization) разработала стандарт работы сети, для того чтобы все смогли опираться на него, и происходило совместимость всех сетей и взаимодействие между ними. Один из самых популярных протоколов взаимодействия сети, который применяется во всем мире, это TCP/IP он и построен на базе эталонной модели.

Ну, давайте перейдем непосредственно к самим уровням этой модели, и для начала ознакомитесь с общей картиной этой модели в разрезе ее уровней.

Теперь поговорим поподробней о каждом уровне, принято описывать уровни эталонной модели сверху в низ, именно по этому пути, и происходит взаимодействие, на одном компьютере сверху вниз, а на компьютере где идет прием данных снизу вверх, т.е. данные проходят каждый уровень последовательно.

Описание уровней сетевой модели

Уровень приложений (7) (прикладной уровень) – это отправная и в то же время конечная точка данных, которые Вы хотите передать по сети. Этот уровень отвечает за взаимодействие приложений по сети, т.е. на этом уровне общаются приложения. Это самый верхний уровень и необходимо помнить это, при решении возникающих проблем.

На этом уровне работают такие протоколы как: HTTP, POP3, SMTP, FTP, TELNET и другие. Другими словами приложение 1 посылает запрос приложению 2 по средствам этих протоколов, и для того чтобы узнать, что приложение 1 послало запрос именно приложению 2, между ними должна быть связь, вот именно протокол и отвечает за эту связь.

Уровень представления (6) – этот уровень отвечает за кодирование данных, для того чтобы их потом можно было передать по сети и соответственно преобразует их обратно, для того чтобы приложение понимало эти данные. После этого уровня данные для других уровней становятся одинаковыми, т.е. без разницы, что это за данные, будь то документ word или сообщение электронной почты.

На этом уровне работают такие протоколы как: RDP, LPP, NDR и другие.

Сеансовый уровень (5) – отвечает за поддержание сеанса между передачей данных, т.е. продолжительность сеанса отличается, в зависимости от передаваемых данных, поэтому его необходимо поддерживать или прекращать.

На этом уровне работают следующие протоколы: ASP, L2TP, PPTP и другие.

Транспортный уровень (4) – отвечает за надежность передачи данных. Он также разбивает данные на сегменты и собирает их обратно, так как данные бывают разного размера. Существует два известных протокола этого уровня — это TCP и UDP. TCP протокол дает гарантию на то, что данные будут доставлены в полном объеме, а протокол UDP этого не гарантирует, именно поэтому их используют для разных целей.

Сетевой уровень (3) – он предназначен для  определения пути, по которому должны пройти данные. На этом уровне работают маршрутизаторы. Также он отвечает за: трансляцию логических адресов и имён в физические, определение короткого маршрута, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок в сети. Именно на этом уровне работает протокол IP и протоколы маршрутизации, например RIP, OSPF.

Канальный уровень (2) – он обеспечивает взаимодействие на физическом уровне, на этом уровне определяются MAC адреса сетевых устройств, также здесь ведется контроль ошибок и их исправление, т.е. посылает повторный запрос поврежденного кадра.

Физический уровень (1) – это уже непосредственно преобразование всех кадров в электрические импульсы и обратно. Другими словами физическая передача данных. На этом уровне работают концентраторы.

Вот так выглядит весь процесс передачи данных с точки зрения этой модели. Она является эталонной и стандартизированной и поэтому на ней основаны другие сетевые технологии и модели в частности модель TCP/IP.

Модель TCP IP

Модель TCP/IP немного отличается от модели OSI, если говорить конкретней в данной модели объединили некоторые уровни модели OSI и их здесь всего 4:

• Прикладной;
• Транспортный;
• Сетевой;
• Канальный.

На картинке представлено отличие двух моделей, а также еще раз показано на каких уровнях работают всем известные протоколы.

Говорить о сетевой модели OSI и конкретно про взаимодействие компьютеров в сети можно долго и в рамках одной статьи это не уместить, да и будет немного не понятно, поэтому здесь я попытался представить как бы основу этой модели и описание всех уровней. Главное понимать, что все это действительно так и файл, который Вы отправили по сети проходит просто «огромный» путь, перед тем как попасть к конечному пользователю, но это происходит на столько быстро, что Вы этого не замечаете, во многом благодаря развитым сетевым технологиям.

Надеюсь все это, Вам поможет понимать взаимодействие сетей.

ПО сложных компьютерных систем является многослойным, в которых каждый новый слой обладает своими свойствами и функциями. В случае распределенной обработки данных, уровни программного обеспечения концентрируются вокруг линии связи с целью повышения эффективности их использования, спрятать сложности сетевой обработки от пользователя сети и разнести функции по уровням, что упрощает их разработку.

Для обеспечения объединения в сети различных компьютеров и оборудования, ISO в 77 году опубликовала описание эталонной модели открытых систем.

OSI (Open System Interconnection) – «семиуровневая модель». Модель OSI создает основу для разработки сетевого оборудования и программного обеспечения. Уровни модели OSI должны присутствовать в любой сети и взаимодействовать на строго иерархической основе. Каждый уровень обслуживает уровень, расположенный выше и пользуется услугами нижнего уровня.

Уровни OSI

Эталонная модель определяет протоколы. Протокол определяет набор правил и соглашений, необходимых для создания соединения между компьютерами. С помощью протоколов происходит межмашинный обмен сообщениями, как управляющими, так и содержащими данные пользователя.

Когда определено полное множество протоколов (стек протоколов), любые два устройства могут взаимодействовать, несмотря на различия в конструкциях, производительности, функциональном назначении, внутренних интерфейсах.

0 уровень – Физическая среда. Для реализации любого взаимодействия нужно физическое соединение между компьютерами.Возможные линии связи: витая пара, коаксиальный кабель, оптоволокно, радиоизлучение, инфракрасное излучение.

1 уровень – Физическое управление. Этот уровень определяет механические (кабели и разъемы) и электрические соединения между компьютерами. Здесь описывается:

• Способ передачи информации (основная полоса частот или модуляция несущей);
• Скорость передачи и напряжение сигнала;
• Топология сети (шина, кольцо, звезда и т.д.).

2 уровень – Канальный уровень. Формирует из данных, передаваемых уровнем «1» (биты), формирует специальные кадры и их последовательности. Кадр выглядит так:Адрес получателя | Адрес отправителя | Данные | Контрольные суммыНа уровне «2» так же осуществляется управление доступом к передающей среде, если несколько машин используют один и тот же кабель связи. Возможные решения:

• Последовательный опрос;
• Передача маркера;
• Соперничество.

В настоящее время канальный уровень реализуется с помощью следующих сетевых технологий: Ethernet, ARC net, Token Ring, FDDI – оптоволокно. Их характеристики:

3 уровень – Сетевой уровень. Вводится для обеспечения соединения между несколькими сетями. Для работы в одной сети достаточно уровней «1» и «2». На сетевом уровне формируется виртуальная цепь (логическое соединение), связывающее компьютеры в различных сетях. Сетевой уровень формирует цепь, и выше лежащие уровни могут действовать так, как будто она существует в действительности. На сетевом уровне пользовательские сообщения разбиваются на пакеты определенной длины. На приемном конце из передаваемых пакетов опять собираются сообщения.

4 уровень – Транспортный уровень. Обеспечивает взаимодействие между процессами на удаленных машинах и сквозную транспортировку данных между двумя компьютерами, находящихся в сеансе общения. Здесь осуществляется нумерация пакетов, контроль пропусков и дублирований. В некоторых случаях естественная последовательность в процессе передачи может нарушиться, поэтому правилами транспортного уровня эта последовательность восстанавливается.

Таким образом, первые четыре уровня реализуют функции передачи данных (транспортные услуги). С помощью этих уровней обеспечивается передача битов сообщения от одного пользователя к другому, но не выполняет никаких манипуляций с этими битами. Остальные уровни связаны с обработкой данных.

5 уровень — Сеансовый уровень. На нем устанавливается и поддерживается диалог между процессами пользователей на различных WS. Здесь стандартизируются процессы установления сеанса и его завершения. Если возникает нарушение сеанса связи, уровень «5» возобновляет его без потери данных, а если это невозможно — прекращает его. Существуют разновидности диалога:

• Обмен по очереди;
• Диалог с прерыванием друг друга.

Здесь же устанавливается продолжительность общения в диалоге.

6 уровень – Уровень представления данных. Осуществляет интерпретацию данных, передаваемых во время диалога. Осуществляется перекодировка символов, шифрование, сжатие, редактирование данных.

7 уровень – Прикладной уровень. Определяет работу прикладных программ. Операторские функции над сетью, передача почты (mail), работа с базами данных, FTP, HTTP, TELNET.

В реальных системах, четко определены и выдерживаются, как правило, первые четыре уровня, потому что они основные. Уровни «5»-«7» могут значительно отличатся у разных производителей.

Попытка нарушить изолированность слоев или упустить некоторые из них, с целью повышения производительности, может привести к невозможности дальнейшего развития системы.

Недостатком расслоения является увеличение накладных расходов: увеличивается как длина передаваемого сообщения, так и растет число команд, необходимых для управления передачей.

Используемые источники:

• http://infoprotect.net/protect_network/7-urovnej-modeli-osi-fizicheskij-kanalnyj-setevoj-transportnyj
• https://info-comp.ru/sisadminst/161-modelosi.html
• https://zubolom.ru/lectures/lan/3.shtml