Виробляються моделі, що підключаються до системи. Теорія: Мережева модель OSI. Функції прикладного рівня моделі osi

Розроблена ця модель була в далекому 1984 Міжнародною організацією зі стандартизації (International Standard Organization, ISO), і в оригіналі називається Open Systems Interconnection, OSI.
Модель взаємодії відкритих систем(За фактом - модель мережевої взаємодії) є стандартом для проектування мережевих комунікацій та передбачає рівневий підхід до побудови мереж.
Кожен рівень моделі обслуговує різні етапи процесу взаємодії. За допомогою поділу на рівні мережева модель OSI полегшує спільну роботу обладнання та програмного забезпечення. Модель OSI поділяє мережеві функції на сім рівнів: прикладний, рівень подання, сесійний, транспортний, мережевий, канальний та фізичний.

• Фізичний рівень(Physical layer) - визначає спосіб фізичного з'єднання комп'ютерів у мережі. Функціями засобів, що належать до даного рівня, є побітове перетворення цифрових даних на сигнали, що передаються по фізичному середовищу (наприклад, по кабелю), а також передача сигналів.
• Канальний рівень(Data Link layer) - відповідає за організацію передачі даних між абонентами через фізичний рівень, тому на даному рівні передбачені засоби адресації, що дозволяють однозначно ідентифікувати відправника та одержувача у всій множині абонентів, підключених до загальної лінії зв'язку. До функцій даного рівня також входить упорядкування передачі з метою паралельного використання однієї лінії зв'язку кількома парами абонентів. Крім того, засоби канального рівня забезпечують перевірку помилок, які можуть виникати під час передачі даних фізичним рівнем.
• Мережевий рівень(Network layer) - забезпечує доставку даних між комп'ютерами мережі, що є об'єднанням різних фізичних мереж. Цей рівень передбачає наявність засобів логічної адресації, що дозволяють однозначно ідентифікувати комп'ютер об'єднаної мережі. Однією з основних функцій, виконуваних засобами цього рівня, є цілеспрямована передача даних конкретного одержувача.
• Транспортний рівень(Transport layer) - реалізує передачу даних між двома програмами, що функціонують на різних комп'ютерах, забезпечуючи при цьому відсутність втрат та дублювання інформації, які можуть виникати внаслідок помилок передачі нижніх рівнів. Якщо дані, що передаються через транспортний рівень, піддаються фрагментації, то кошти даного рівня гарантують складання фрагментів у правильному порядку.
• Сесійний (або сеансовий) рівень(Session layer) – дозволяє двом програмам підтримувати тривалу взаємодію по мережі, яка називається сесією (session) або сеансом. Цей рівень керує встановленням сеансу, обміном інформацією та завершенням сеансу. Він також відповідає за ідентифікацію, дозволяючи цим лише певним абонентам брати участь у сеансі, та забезпечує роботу служб безпеки з метою упорядкування доступу до інформації сесії.
• Рівень вистави(Presentation layer) - здійснює проміжне перетворення даних вихідного повідомлення на загальний формат, передбачений засобами нижніх рівнів, і навіть зворотне перетворення вхідних даних із загального формату на формат, зрозумілий одержує програмі.
• Прикладний рівень(Application layer) - надає високорівневі функції мережевої взаємодії, такі як передача файлів, відправлення повідомлень електронною поштою тощо.

Модель OSI простою мовою

Мережеві моделі. Частина 1. OSI.

Еталонна мережева модель OSI

Як говорилося вище, мережева модель – це модель взаємодії мережевих протоколів (стандартів), на кожному рівні присутні свої протоколи. Перераховувати їх нудний процес (та й нема до чого), тому краще розберемо все на прикладі, адже засвоюваність матеріалу на прикладах набагато вища;)

Прикладний рівень

Представницький рівень

Сеансовий рівень

Транспортний рівень

Мережевий рівень

Канальний рівень

Фізичний рівень

Висновок

І знову привіт дорогі друзі, сьогодні ми з вами розберемося в тому, що ж таке мережева модель OSI, навіщо вона, власне кажучи, призначена.

Як ви вже мабуть розумієте, сучасні мережі влаштовані дуже і дуже складно, в них протікає безліч різних процесів, виконуються сотні дій. Для того щоб спростити процес опису даного різноманіття функцій мережі (а що ще важливіше спростити процес подальшої розробки даних функцій) були спроби їх структурування. В результаті структурування всі функції виконуються комп'ютерною мережею, Поділяються на кілька рівнів, кожен з яких відповідає тільки за певне, вузькоспеціалізоване коло завдань. Тут мережну модель можна порівняти із структурою компанії. Компанія поділена на відділи. Кожен відділ виконує свої функції, але під час роботи контактує з іншими відділами.

Поділ функцій за допомогою мережевої моделі

Взаємодія між рівнями мережі OSI

Робота на деяких рівнях мережної моделі OSI

Спілкування двох систем із позиції моделі OSI

Демонстрація принципу інкапсуляції

Рівні моделі взаємодії відкритих систем

Прикладний рівень є точкою, якою програми спілкуються з мережею (точка входу до моделі OSI). За допомогою цього рівня моделі OSI виконуються такі завдання: керування мережею, керування зайнятістю системи, керування передачею файлів, ідентифікація користувачів за їхніми паролями. Прикладами протоколів цього рівня є: HTTP, SMTP, RDP та ін. Дуже часто протоколи прикладного рівня виконують одночасно функції протоколів представницького та сеансового рівнів.

Цей рівень відповідає за формат представлення даних. Грубо кажучи, він перетворює дані отримані від рівня додатків до формату придатного для передачі через мережу (ну і відповідно виконує зворотну операцію перетворюючи інформацію, отриману з мережі, до формату придатного для обробки додатками).

На цьому рівні відбувається встановлення, підтримка та управління сеансом зв'язку між двома системами. Саме цей рівень відповідає за підтримку зв'язку між системами на весь проміжок часу, протягом якого відбувається їх взаємодія.

Протоколи цього рівня мережевої моделі OSI відповідають за передачу даних від однієї системи іншій. На цьому рівні великі блоки даних поділяються на дрібніші блоки, придатні для обробки мережевим рівнем (дуже дрібні блоки даних об'єднуються в більші), дані блоки відповідним чином маркуються для їхнього подальшого відновлення на стороні, що приймає. Також при використанні відповідних протоколів даний рівень здатний забезпечити контроль доставки пакетів мережного рівня. Блок даних, яким оперують цей рівень, зазвичай називається сегментом. Прикладами протоколів цього рівня є: TCP, UDP, SPX, ATP та ін.

Цей рівень відповідає за маршрутизацію (визначення оптимальних маршрутів від однієї системи до іншої) блоків даних цього рівня. Блок даних цього рівня зазвичай називається пакетом. Також цей рівень відповідає за логічну адресацію систем (ті самі IP адреси), на основі якої якраз і відбувається маршрутизація. До протоколів цього рівня можна віднести: IP, IPX та інших, до пристроїв чинним цьому рівні – маршрутизатори.

Цей рівень відповідає за фізичну адресацію пристроїв мережі (MAC адреси), управління доступом до середовища, а також корекцію помилок допущених фізичним рівнем. Блок даних, що використовується на канальному рівніприйнято називати кадром. До цього рівня належать такі пристрої: комутатори (не всі), мости та д.р. Типовою технологією, що використовує даний рівень є Ethernet.

Здійснює передачу оптичних або електричних імпульсів обраного середовища передачі. До пристроїв цього рівня можна віднести всілякі повторювачі та концентратори.

Еталонна модель OSI

Для наочності процес роботи мережі в еталонній моделі OSI поділено на сім рівнів. Ця теоретична конструкція полегшує вивчення та розуміння досить складних концепцій. У верхній частині моделі OSI розташовується додаток, якому потрібен доступ до ресурсів мережі, в нижній - саме мережеве середовище. У міру того як дані просуваються від рівня до рівня вниз, протоколи, що діють на цих рівнях, поступово готують їх для передачі по мережі. Діставшись цільової системи, дані просуваються за рівнями вгору, причому самі протоколи виконують самі дії, лише у зворотному порядку. У 1983 р. Міжнародна організація зі стандартизації(International Organization for Standardization, ISO) та Сектор стандартизаціїтелекомунікацій Міжнародної телекомунікаційної спілки(Telecommunication Standardization Sector of International Telecommunication Union, ITU-T) опублікували документ "The Basic Reference Model for Open Systems Interconnection", де було описано модель розподілу мережевих функцій між 7 різними рівнями (рис. 1.7). Передбачалося, що ця семирівнева структура стане основою для нового стека протоколів, але у комерційній формі він не був реалізований. Натомість модель OSI використовується з існуючими стеками протоколів як навчальний та довідковий посібник. Більшість популярних в наші дні протоколів з'явилася до розробки моделі OSI, тому в точності з її семирівневою структурою вони не узгоджуються. Найчастіше в одному протоколі поєднані функції двох або навіть кількох рівнів моделі, та й межі протоколів часто не відповідають межам рівнів OSI. Проте модель OSI залишається чудовим наочним посібником для дослідження мережевих процесів, і професіонали часто пов'язують функції та протоколи з певними рівнями.

Інкапсуляція даних

По суті, взаємодія протоколів, що працюють на різних рівнях моделі OSI, проявляється в тому, що кожний протокол додає Заголовок(header) або (в одному випадку) трейлер(Footer) до інформації, яку він отримав від рівня, розташованого вище. Наприклад, програма генерує запит до мережного ресурсу. Цей запит просувається стеком протоколів вниз. Коли він досягає транспортного рівня, протоколи цього рівня додають до запиту власний заголовок, що складається з полів з інформацією, специфічною для функцій цього протоколу. Сам вихідний запит стає протоколу транспортного рівня полем даних (корисним навантаженням). Додавши свій заголовок, протокол транспортного рівня передає запит мережному рівню. Протокол мережного рівня додає до заголовка протоколу транспортного рівня свій власний заголовок. Таким чином, для протоколу мережного рівня корисним навантаженням стають вихідний запит та заголовок протоколу транспортного рівня. Вся ця конструкція стає корисним навантаженням для протоколу канального рівня, який додає до неї заголовок та трейлер. Підсумком цієї діяльності є пакет(Packet), готовий для передачі по мережі. Коли пакет досягає місця призначення, процес повторюється у зворотному порядку. Протокол кожного наступного рівня стека (тепер знизу нагору) обробляє і видаляє заголовок еквівалентного протоколу передавальної системи. Коли процес завершено, вихідний запит досягає додатку якому він призначений, у тому вигляді, в якому він був згенерований. Процес додавання заголовків до запиту (рис. 1.8), згенерованого додатком, називається інкапсуляцією даних(Data encapsulation). По суті, ця процедура нагадує процес підготовки листа для відправки поштою. Запит - це сам лист, а додавання заголовків аналогічне вкладанню листа в конверт, написання адреси, штемпелювання та власне відправлення.

Фізичний рівень

На найнижчому рівні моделі OSI - фізичному(physical) - визначаються характеристики елементів обладнання мережі - мережне середовище, спосіб встановлення, тип сигналів, що використовуються передачі по мережі двійкових даних. Крім того, фізично визначається, який тип мережного адаптера потрібно встановити на кожному комп'ютері і який використовувати концентратор (якщо це потрібно). Фізично ми маємо справу з мідним або оптоволоконним кабелем або з яким-небудь бездротовим з'єднанням. У ЛОМ специфікації фізичного рівня безпосередньо пов'язані з протоколом канального рівня, що використовується в мережі. Вибравши протокол канального рівня, Ви повинні використовувати одну зі специфікацій фізичного рівня, яку підтримує цей протокол. Наприклад, протокол канального рівня Ethernet підтримує декілька різних варіантівфізичного рівня - один із двох типів коаксіального кабелю, будь-який кабель типу «вита пара», оптоволоконний кабель. Параметри кожного з цих варіантів формуються з численних відомостей про вимоги фізичного рівня, наприклад, до типу кабелю та роз'ємів, допустимої довжини кабелів, кількості концентраторів та ін Дотримання цих вимог необхідне для нормальної роботи протоколів. Наприклад, в надто довгому кабелі система Ethernet може не помітити колізію пакетів, а якщо система не в змозі виявити помилки, вона не може виправити їх, результат - втрата даних. Стандартом протоколу канального рівня визначаються в повному обсязі аспекти фізичного рівня. Деякі їх визначаються окремо. Одна з найбільш часто використовуваних специфікацій фізичного рівня описана в документі Commercial Building Telecommunications Cabling Standard, відомому як EIA/TIA 568A. Він опублікований спільно Американським національним інститутом стандартів(American National Standards Institute, ANSI), Асоціації відраслей електронної промисловості(Electronics Industry Association, EIA) та Асоціацією промисловості засобів зв'язку(Telecommunications Industry Association, TIA). У цей документ включено докладний опискабелів для мереж передачі даних у промислових умовах, у тому числі мінімальна відстань від джерел електромагнітних перешкод та інші правила прокладання кабелю. Сьогодні кладку кабелю у великих мережах найчастіше доручають спеціалізованим фірмам. Найнятий підрядник повинен бути добре знайомий з EIA/TIA 568A та іншими подібними документами, а також правилами експлуатації будівель у місті. Інший комунікаційний елемент, який визначається фізично, - тип сигналу передачі даних по мережному середовищі. Для кабелів із мідною основою таким сигналом є електричний заряд, для оптоволоконного кабелю – світловий імпульс. У мережевих середовищах інших типів можуть використовуватися радіохвилі, інфрачервоні імпульси та інші сигнали. Крім природи сигналів, фізично встановлюється схема їх передачі, тобто комбінація електричних зарядівабо світлових імпульсів, що використовується для кодування двійкової інформації, яка згенерована вищими рівнями. У системах Ethernet застосовується схема передачі сигналів, відома як манчестерське кодування(Manchester encoding), а системах Token Ring використовується диференційнаманчестерська(Differential Manchester) схема.

Канальний рівень

Протокол канального(data-link) рівня забезпечує обмін інформацією між апаратною частиною включеного в мережу комп'ютера та мережним програмним забезпеченням. Він готує для відправки до мережі дані, передані йому протоколом мережного рівня, і передає на мережевий рівень дані, отримані системою з мережі. При проектуванні та створенні ЛОМ використовуваний протокол канального рівня - найважливіший чинник вибору обладнання та способу його установки. Для реалізації протоколу канального рівня необхідно наступне апаратне та програмне забезпечення: адаптери мережного інтерфейсу (якщо адаптер є окремим пристроєм, що підключається до шини, його називають платою мережевого інтерфейсу або просто мережевою платою); драйвери мережевого адаптера; мережеві кабелі (або інше мережеве середовище) та допоміжне сполучне обладнання; мережеві концентратори (у деяких випадках). Як мережеві адаптери, і концентратори розробляються для певних протоколів канального рівня. Деякі мережеві кабелі також пристосовані для конкретних протоколів, але є й кабелі, які підходять для різних протоколів. Безумовно, сьогодні (як і завжди) найпопулярніший протокол канального рівня – Ethernet. Далеко відстав від нього Token Ring, за яким йдуть інші протоколи, наприклад, FDDI (Fiber Distributed Data Interface). У специфікацію протоколу канального рівня зазвичай включаються три основні елементи: формат кадру (тобто заголовок і трейлер, що додаються до даних мережного рівня перед передачею до мережі); механізм контролю доступу до мережного середовища; одна або кілька специфікацій фізичного рівня, які застосовуються з цим протоколом.

Формат кадру

Протокол канального рівня додає до даних, отриманих від протоколу мережного рівня, заголовок і трейлер, перетворюючи їх на кадр(Frame) (рис. 1.9). Якщо знову вдатися до аналогії з поштою, заголовок та трейлер – це конверт для надсилання листа. Вони містяться адреси системи-відправника і системи-одержувача пакета. Для протоколів ЛОМ, подібних до Ethernet і Token Ring, ці адреси являють собою 6-байтні шістнадцяткові рядки, присвоєні мережним адаптерам на заводі-виробнику. Вони, на відміну від адрес, які використовуються на інших рівнях моделі OSI, називаються апа ратними адресами(hardware address) або МАС-адресами (див. нижче).

ПриміткаПротоколи різних рівнів моделі OSI по-різному називають структури, які вони створюють шляхом додавання заголовка до даних, що прийшли від вищестоящого протоколу. Наприклад, те, що протокол канального рівня називає кадром, для мережного рівня буде дейтаграмою. Найбільш загальною назвою для структурної одиниці даних на будь-якому рівні є пакет.

Важливо розуміти, що протоколи канального рівня забезпечують зв'язок лише між комп'ютерами однієї й тієї ЛВС. Апаратна адреса в заголовку завжди належить комп'ютеру в тій же мережі, навіть якщо цільова система знаходиться в іншій мережі. Інші важливі функції кадру канального рівня - ідентифікація протоколу мережного рівня, що згенерував дані в пакеті, та інформація для виявлення помилок. На мережному рівні можуть використовуватися різні протоколи, і тому кадр протоколу канального рівня зазвичай включається код, з допомогою якого можна встановити, який саме протокол мережного рівня згенерував дані у цьому пакеті. Керуючись цим кодом, протокол канального рівня комп'ютера-отримувача пересилає дані відповідного протоколу мережного рівня. Для виявлення помилок передавальна система обчислює циклічні кий надлишковий код(Cyclical redundancy check, CRC) корисного навантаження і записує його в трейлер кадру. Отримавши пакет, цільовий комп'ютер виконує ті самі обчислення та порівнює результат із вмістом трейлера. Якщо результати збігаються, інформація надана без помилок. В іншому випадку одержувач припускає, що пакет зіпсований, і не приймає його.

Управління доступом до середовища

Комп'ютери в ЛОМ зазвичай використовують загальне напівдуплексне мережеве середовище. При цьому цілком можливо, що передавати дані почнуть одночасно два комп'ютери. У таких випадках відбувається свого роду зіткнення пакетів, колізія(collision), при якому дані в обох пакетах губляться. Одна з головних функцій протоколу канального рівня - керування доступом до мережного середовища (media access control, MAC), тобто контроль за передачею даних кожним з комп'ютерів та мінімізація випадків зіткнення пакетів. Механізм управління доступом до середовища - одна з найважливіших характеристик протоколу канального рівня. В Ethernet для керування доступом до середовища використовується механізм з контролем несучої та виявлення колізій (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD). У деяких інших протоколах, наприклад, Token Ring, використовується передача маркера (token passing).

Специфікації фізичного рівня

Протоколи канального рівня, що використовуються в ЛОМ, часто підтримують більше одного мережевого середовища, і стандарт протоколу включені одна або кілька специфікацій фізичного рівня. Канальний і фізичний рівні тісно пов'язані, тому що властивості мережного середовища істотно впливають на те, як протокол управляє доступом до середовища. Тому можна сказати, що в локальних мережахпротоколи канального рівня здійснюють також функції фізичного рівня. У глобальних мережахвикористовуються протоколи канального рівня, які інформація фізичного рівня не включається, наприклад, SLIP (Serial Line Internet Protocol) і РРР (Point-to-Point Protocol).

Мережевий рівень

На перший погляд може здатися, що мережевий(Network) рівень дублює деякі функції канального рівня. Але це не так: протоколи мережевого рівня «відповідають» за наскрізні(end-to-end) зв'язку, тоді як протоколи канального рівня функціонують лише межах ЛВС. Інакше кажучи, протоколи мережного рівня повністю забезпечують передачу пакета від вихідної до цільової системи. Залежно від типу мережі, відправник і одержувач можуть знаходитися в одній ЛОМ, в різних ЛОМ в межах однієї будівлі або ЛВС, розділених тисячами кілометрів. Наприклад, коли ви зв'язуєтеся з сервером в Інтернеті, на шляху до нього пакети, створені вашим комп'ютером, проходять через десятки мереж. Підлаштовуючись під ці мережі, протокол канального рівня неодноразово зміниться, але протокол мережного рівня по всьому шляху залишиться тим самим. Наріжним каменем набору протоколів TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) і найчастіше використовуваним протоколом мережного рівня є протокол IP (Internet Protocol). Novell NetWare має власний мережевий протокол IPX (Internetwork Packet Exchange), а в невеликих мережах Microsoft Windowsзазвичай використовується протокол NetBEUI (NetBIOS Enhanced User Interface). Більшість функцій, що приписуються мережному рівню, визначаються можливостями протоколу IP. Подібно до протоколу канального рівня, протокол мережного рівня додає заголовок до даних, які він отримав від вищого рівня (рис. 1.10). Елемент даних, створений протоколом мережного рівня, складається з даних транспортного рівня та заголовка мережевого рівня і називається дейтаграмою(Datagram).

Адресація

Заголовок протоколу мережного рівня, як і заголовок протоколу канального рівня, містить поля з адресами вихідної та цільової систем. Однак в даному випадку адреса цільової системи належить кінцевому призначенню пакета і може відрізнятися від адреси одержувача заголовку протоколу канального рівня. Наприклад, коли Ви вводите в адресному рядку браузера адресу Web-вузла, в пакеті, згенерованому Вашим комп'ютером, як адреса цільової системи мережного рівня вказана адреса Web-сервера, тоді як на канальному рівні на цільову систему вказує адресу маршрутизатора у Вашій ЛОМ, що забезпечує вихід в Інтернет. В IP використовується власна система адресації, яка не залежить від адрес канального рівня. Кожному комп'ютеру в мережі з протоколом IP вручну або автоматично призначається 32-бітовий IP-адреса, що ідентифікує як сам комп'ютер, і мережу, де він перебуває. У IPX для ідентифікації самого комп'ютера використовується апаратний адресу, крім того, спеціальна адреса використовується для ідентифікації мережі, в якій знаходиться комп'ютер. У NetBEUI комп'ютери розрізняються за NetBIOS-іменами, що присвоюються кожній системі під час її встановлення.

Фрагментація

Дейтаграм мережного рівня на шляху до місця призначення доводиться проходити через безліч мереж, стикаючись при цьому зі специфічними властивостями та обмеженнями різних протоколів канального рівня. Одне з таких обмежень – максимальний розмір пакета, дозволений протоколом. Наприклад, розмір кадру Token Ring може досягати 4500 байт, тоді як розмір кадру Ethernet не може перевищувати 1500 байтів. Коли велика дейтаграма, сформована у мережі Token Ring, передається в мережу Ethernet, протокол мережного рівня повинен розбити її кілька фрагментів розміром трохи більше 1500 байт. Цей процес називається фрагментацією(frag mentation). У процесі фрагментації протокол мережного рівня розбиває дейтаграму на фрагменти, розмір яких відповідає можливостям протоколу канального рівня. Кожен фрагмент стає самостійним пакетом і продовжує шлях до цільової системи мережного рівня. Вихідна дейтаграма формується лише після того, як місця призначення досягнуть усі фрагменти. Іноді шляху до цільової системі фрагменти, куди розбита дейтаграмма, доводиться фрагментувати повторно.

Маршрутизація

Маршрутизацією(routing) називається процес вибору в інтермережі найефективнішого маршруту для передачі дейтаграм від системи-відправника до системи-одержувача. У складних інтермережах, наприклад, в Інтернеті чи великих корпоративних мережах, часто від одного комп'ютера до іншого можна дістатись кількома шляхами. Проектувальники мереж спеціально створюють надлишкові зв'язки, щоб трафік знайшов дорогу до місця призначення навіть у разі збою одного з маршрутизаторів. За допомогою маршрутизаторів з'єднують окремі ЛОМ, що входять до мережі. Призначення маршрутизатора – приймати вхідний трафік від однієї мережі та передавати його конкретній системі до іншої. В інтермерті розрізняють системи двох видів: кінцеві(end systems) та проміжні(Intermediate systems). Кінцеві системи є відправниками та одержувачами пакетів. Маршрутизатор – проміжна система. В кінцевих системах використовуються всі сім рівнів моделі OSI, тоді як пакети, що надходять у проміжні системи, не піднімаються вище за мережний рівень. Там маршрутизатор обробляє пакет і відправляє його вниз по стеку передачі наступній цільової системі (рис. 1.11).

Щоб правильно спрямувати пакет до мети, маршрутизатори зберігають у пам'яті таблиці з інформацією про мережу. Ця інформація може бути внесена адміністратором вручну або зібрана автоматично з інших маршрутизаторів за допомогою спеціалізованих протоколів. До складу типового елемента таблиці маршрутизації входять адреса іншої мережі та адреса маршрутизатора, через який пакети повинні діставатися цієї мережі. Крім того, в елементі таблиці маршрутизації міститься метрика маршруту -умовна оцінка його ефективності. Якщо до певної системи є кілька маршрутів, маршрутизатор вибирає їх найефективніший і відправляє дейтаграму на канальний рівень передачі маршрутизатору, зазначеному елементі таблиці з найкращою метрикою. У великих мережах маршрутизація може бути надзвичайно складним процесом, але найчастіше вона здійснюється автоматично та непомітно для користувача.

Ідентифікація протоколу транспортного рівня

Так само, як у заголовку канального рівня вказаний протокол мережного рівня, що згенерував і передав дані, у заголовку мережного рівня міститься інформація про протокол транспортного рівня, від якого ці дані були отримані. Відповідно до цієї інформації, система-одержувач передає вхідні дейтаграми відповідному протоколу транспортного рівня.

Транспортний рівень

Функції, що виконуються протоколами транспортного(Transport) рівня, доповнюють функції протоколів мережного рівня. Часто протоколи цих рівнів, що використовуються для передачі даних, утворюють взаємопов'язану пару, що видно на прикладі TCP/IP: протокол TCP функціонує на транспортному рівні, IP - на мережному. У більшості наборів протоколів є два або кілька протоколів транспортного рівня, які виконують різні функції. Альтернативою TCP є протокол UDP (User Datagram Protocol). До набору протоколів IPX також включено кілька протоколів транспортного рівня, у тому числі NCP (NetWare Core Protocol) та SPX (Sequenced Packet Exchange). Різниця між протоколами транспортного рівня з певного набору у тому, деякі з них орієнтовані з'єднання, інші - немає. Системи, що використовують протокол, орієнтований на з'єднання(connection-oriented), перед передачею даних обмінюються повідомленнями, щоб встановити зв'язок друг з одним. Це гарантує, що системи включені та готові до роботи. Протокол TCP, наприклад, орієнтовано з'єднання. Коли Ви за допомогою браузера підключаєтеся до Інтернет-сервера, браузер і сервер для встановлення зв'язку спочатку виконують так зване трикроковий рукостискання(three-way handshake). Лише після цього браузер передає серверу адресу потрібної веб-сторінки. Коли передача даних завершена, системи виконують той самий рукостискання для припинення зв'язку. Крім того, протоколи, орієнтовані на з'єднання, виконують додаткові дії, наприклад, відправляють сигнал підтвердження прийому пакета, сегментують дані, керують потоком, а також виявляють та виправляють помилки. Як правило, протоколи цього типу використовуються для передачі великих обсягів інформації, в яких не повинно бути жодного помилкового біта, наприклад, файлів даних або програм. Додаткові функції протоколів з орієнтацією на з'єднання гарантують правильну передачу даних. Ось чому ці протоколи часто називають надійними(Reliable). Надійність у цьому випадку є технічним терміном і означає, що кожен пакет, що передається, перевіряється на наявність помилок, крім того, система-відправник повідомляється про доставку кожного пакета. Недолік протоколів цього полягає у значному обсязі управляючих даних, якими обмінюються дві системи. По-перше, додаткові повідомлення надсилаються при встановленні та завершенні зв'язку. По-друге, заголовок, що додається до пакета протоколом з орієнтацією на з'єднання, значно перевищує за розміром заголовок протоколу, не орієнтованого на з'єднання. Наприклад, заголовок протоколу TCP/IP займає 20 байтів, а заголовок UDP – 8 байтів. Протокол, не орієнтований на з'єднання(connectionless), не встановлює з'єднання між двома системами до передачі. Відправник просто передає інформацію цільовій системі, не турбуючись про те, чи готова вона прийняти дані і чи існує ця система взагалі. Зазвичай системи вдаються до протоколів, не орієнтованих на з'єднання, наприклад, UDP, для коротких транзакцій, що складаються тільки з запитів і сигналів у відповідь. Сигнал у відповідь від одержувача неявно виконує функцію сигналу підтвердження про передачу.

ПриміткаОрієнтовані та не орієнтовані на з'єднання протоколи є не лише на транспортному рівні. Наприклад, протоколи мережного рівня зазвичай не орієнтовані на з'єднання, оскільки забезпечення надійності зв'язку вони покладають на транспортний рівень.

Протоколи транспортного рівня (як і мережевого та канального рівнів) зазвичай містять інформацію з вищих рівнів. Наприклад, у заголовки TCP і UDP включаються номери портів, що ідентифікують додаток, що породив пакет, і додаток, якому він призначений. на сеансовому(session) рівні починається суттєва розбіжність між реально застосовуваними протоколами та моделлю OSI. На відміну від нижчестоящих рівнів, виділених протоколів сеансового рівня немає. Функції цього рівня інтегровані в протоколи, які виконують також функції представницького та прикладного рівнів. Транспортний, мережевий, канальний та фізичний рівні займаються власне передачею даних через мережу. Протоколи сеансового та вищих рівнів до процесу зв'язку відношення не мають. До сеансового рівня належать 22 служби, багато з яких задають способи обміну інформацією між системами, включеними до мережі. Найбільш важливі служби управління діалогом та поділу діалогу. Обмін інформацією між двома системами у мережі називається діалогом(Діалог). Управління діалогом(dialog control) полягає у виборі режиму, в якому системи обмінюватимуться повідомленнями. Таких режимів два: напівдуплексний(two-way alternate, TWA) та дуплексний(Two-way simultaneous, TWS). У напівдуплексному режимі дві системи разом із даними передають також маркери. Передавати інформацію можна лише комп'ютеру, у якого Наразізнаходиться маркер. Так вдається уникнути зіткнення повідомлень у дорозі. Дуплексна модель складніша. Маркерів у ній немає; обидві системи можуть передавати дані будь-якої миті, навіть одночасно. Поділ діалогу(dialog separation) полягає у включенні до потоку даних контрольних точок(checkpoints), що дозволяють синхронізувати роботу двох систем. Ступінь складності поділу діалогу залежить від цього, в якому режимі він здійснюється. У напівдуплексному режимі системи виконують малу синхронізацію, яка полягає в обміні повідомленнями про контрольні точки. У дуплексному режимі системи виконують повну синхронізацію за допомогою головного/активного маркера.

Представницький рівень

на представницькому(Presentation) рівні виконується єдина функція: трансляція синтаксису між різними системами. Іноді комп'ютери в мережі використовують різні синтаксиси. Представницький рівень дозволяє їм домовитися про загальний синтаксис для обміну даними. Встановлюючи з'єднання на представницькому рівні, системи обмінюються повідомленнями з інформацією про те, які синтаксиси в них є, і вибирають той, який вони будуть використовувати під час сеансу. Обидві системи, що беруть участь у з'єднанні, мають абстрактнийсинтаксис(abstract syntax) - їхня «рідна» форма зв'язку. Абстрактні синтаксиси різних комп'ютерних платформ можуть відрізнятися. У процесі узгодження системи обирають загальний синтаксис передачіданих(Transfer syntax). Передавальна система перетворює свій абстрактний синтаксис на синтаксис передачі, а система-одержувач по завершенню передачі - навпаки. При необхідності система може вибрати синтаксис передачі даних з додатковими функціяминаприклад, стисненням або шифруванням даних.

Прикладний рівень

Прикладний рівень – це точка входу, через яку програми отримують доступ до моделі OSI та мережевих ресурсів. Більшість протоколів прикладного рівня надає послуги доступу до мережі. Наприклад, протоколом SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) більшість програм електронної поштикористується для надсилання повідомлень. Інші протоколи прикладного рівня, наприклад FTP (File Transfer Protocol), самі є програмами. У протоколи прикладного рівня часто включають функції сеансового та представницького рівня. В результаті типовий стек протоколів містить чотири окремі протоколи, які працюють на прикладному, транспортному, мережевому та канальному рівнях.

Даний матеріал присвячений еталонній мережевої семирівневої моделі OSI. Тут Ви знайдете відповідь на питання для чого системним адміністраторам необхідно розуміти цю мережеву модель, будуть розглянуті всі 7 рівнів моделі, а також Ви дізнаєтесь про основу моделі TCP/IP, яка і була побудована на основі еталонної моделі OSI.

Коли я почав захоплюватися різними IT технологіями, почав працювати в цій сфері, я, звичайно ж, не знав не про яку модель, навіть не замислювався про це, але мені досвідченіший фахівець порадив вивчити, точніше, просто зрозуміти цю модель, додавши що « якщо розумітимеш всі принципи взаємодії, то буде набагато простіше керувати, конфігурувати мережу та вирішувати всілякі мережеві та інші проблеми». Я його, звичайно ж, послухався і став лопатити книги, Інтернет та інші джерела інформації, водночас перевіряти на існуючої мережі, чи це все так насправді.

У сучасному світірозвиток мережевої інфраструктури досяг такого високого рівня, що без побудови, навіть маленької мережі, підприємство ( в т.ч. і маленьке) не зможе просто всього нормально існувати, тому системні адміністратори стають, все більш затребувані. А для якісної побудови та конфігурування будь-якої мережі, системний адміністраторповинен розуміти принципи еталонної моделі OSI, саме для того, щоб Ви навчилися розуміти взаємодію мережевих додатків, та й взагалі принципи мережевої передачі даних, я спробую викласти цей матеріал доступно навіть для адмінів-початківців.

Мережева модель OSI (open systems interconnection basic reference model) – це абстрактна модель взаємодії комп'ютерів, додатків та інших пристроїв у мережі. Якщо стисло, суть даної моделі полягає в тому, що організація ISO ( International Organization for Standardization) розробила стандарт роботи мережі, щоб всі змогли спиратися на нього, і відбувалося сумісність всіх мереж та взаємодія між ними. Один з найпопулярніших протоколів взаємодії мережі, який застосовується у всьому світі, це TCP/IP і побудований на базі еталонної моделі.

Ну, давайте перейдемо безпосередньо до самих рівнів цієї моделі, і для початку ознайомтеся із загальною картиною цієї моделі у розрізі її рівнів.

Тепер поговоримо детальніше про кожному рівні, прийнято описувати рівні еталонної моделі зверху донизу, саме цим шляхом, і відбувається взаємодія, одному комп'ютері зверху донизу, але в комп'ютері де йде прийом даних знизу нагору, тобто. дані проходять кожний рівень послідовно.

Опис рівнів мережевої моделі

Рівень додатків (7) (прикладний рівень) – це відправна та водночас кінцева точка даних, які Ви хочете передати по мережі. Цей рівень відповідає за взаємодію програм по мережі, тобто. на цьому рівні спілкуються програми. Це найвищий рівень і необхідно пам'ятати це, при вирішенні проблем, що виникають.

HTTP, POP3, SMTP, FTP, TELNETта інші. Іншими словами додаток 1 посилає запит додатку 2 за коштами цих протоколів, і для того щоб дізнатися, що додаток 1 надіслав запит саме додатку 2, між ними має бути зв'язок, саме протокол і відповідає за цей зв'язок.

Рівень вистави (6)– цей рівень відповідає за кодування даних, щоб їх потім можна було передати по мережі і відповідно перетворює їх назад, щоб додаток розуміло ці дані. Після цього рівня дані інших рівнів стають однаковими, тобто. без різниці, що це за дані, будь то документ wordабо повідомлення електронної пошти.

На цьому рівні працюють такі протоколи як: RDP, LPP, NDRта інші.

Сеансовий рівень (5)- Відповідає за підтримку сеансу між передачею даних, тобто. тривалість сеансу відрізняється, залежно від даних, що передаються, тому його необхідно підтримувати або припиняти.

На цьому рівні працюють такі протоколи: ASP, L2TP, PPTPта інші.

Транспортний рівень (4)- Відповідає за надійність передачі даних. Він також розбиває дані на сегменти та збирає їх назад, оскільки дані бувають різного розміру. Існує два відомі протоколи цього рівня — це TCP та UDP. TCP протокол дає гарантію на те, що дані будуть доставлені в повному обсязі, а протокол UDP цього не гарантує, тому їх використовують для різних цілей.

Мережевий рівень (3)- Він призначений для визначення шляху, яким повинні пройти дані. На цьому рівні працюють маршрутизатори. Також він відповідає за: трансляцію логічних адрес та імен у фізичні, визначення короткого маршруту, комутацію та маршрутизацію, відстеження неполадок у мережі. Саме на цьому рівні працює протокол IPта протоколи маршрутизації, наприклад RIP, OSPF.

Канальний рівень (2)– він забезпечує взаємодію фізично, цьому рівні визначаються MAC адресимережевих пристроїв, також тут ведеться контроль помилок та його виправлення, тобто. надсилає повторний запит пошкодженого кадру.

Фізичний рівень (1)- Це вже безпосередньо перетворення всіх кадрів в електричні імпульси і назад. Іншими словами фізична передачаданих. На цьому рівні працюють концентратори.

Ось так виглядає весь процес передачі даних із погляду цієї моделі. Вона є еталонною та стандартизованою і тому на ній засновані інші мережеві технологіїта моделі зокрема модель TCP/IP.

Модель TCP IP

Модель TCP/IPтрохи відрізняється від моделі OSI, якщо говорити конкретніше в даній моделі об'єднали деякі рівні моделі OSI і їх тут лише 4:

• Прикладний;
• Транспортний;
• Мережевий;
• Канальний.

На зображенні представлено відмінність двох моделей, а також ще раз показано на яких рівнях працюють усім відомі протоколи.

Говорити про мережну модель OSI і безпосередньо про взаємодію комп'ютерів у мережі можна довго і в рамках однієї статті це не вмістити, та й буде трохи не зрозуміло, тому тут я спробував уявити основу цієї моделі та опис усіх рівнів. Головне розуміти, що все це дійсно так і файл, який Ви відправили по мережі, проходить просто. величезний» шлях перед тим як потрапити до кінцевого користувача, але це відбувається на стільки швидко, що Ви цього не помічаєте, багато в чому завдяки розвиненим мережевим технологіям.

Сподіваюся все це Вам допоможе розуміти взаємодію мереж.

Сучасний світ ІТ - величезна складна для розуміння структура, що гілкується. Щоб спростити розуміння та покращити налагодження ще на етапі проектування протоколів та систем було використано архітектуру модульності. Нам набагато простіше з'ясувати, що проблема у відеочіпі, коли відеокарта йде окремим від решти обладнання пристроєм. Або помітити проблему в окремій ділянці мережі, ніж перелопачувати всю мережу.

Окремо взятий пласт ІТ – мережа – теж побудована модульно. Модель функціонування мережі називається мережева модель базової еталонної моделі взаємодії відкритих систем ISO/OSI. Коротко – модель OSI.

Модель OSI складається із 7 рівнів. Кожен рівень абстрагований від інших і нічого не знає про їхнє існування. Модель OSI можна порівняти з пристроєм автомобіля: двигун виконує свою роботу, створюючи момент, що крутить, і віддаючи його коробці передач. Двигуну абсолютно не має значення що далі відбуватиметься з цим крутним моментом. Він крутитиме колесо, гусеницю чи пропелер. Так само як і колесу немає ніякої справи, звідки до нього прийшов цей момент, що крутить - від двигуна або рукоятки, яку крутить механік.

Тут потрібно додати поняття корисного навантаження. Кожен рівень несе у собі якусь кількість інформації. Частина цієї інформації є службовою для цього рівня, наприклад адресу. IP-адреса сайту не несе для нас жодної корисної інформації. Нам важливі лише котики, яких нам показує сайт. Так ось це корисне навантаження переноситься в тій частині рівня, який називається protocol data unit (PDU).

Моделі OSI

Розглянемо кожен рівень моделі OSI докладніше.

1 рівень.Фізичний ( physical). Одиницею навантаження ( PDU) тут є біт. Крім одиниць та нулів фізичний рівень не знає нічого. На цьому рівні працюють дроти, патч панелі, мережеві концентратори (хаби, які зараз вже складно знайти у звичних нам мережах), мережеві адаптери. Саме мережеві адаптери і нічого більше з комп'ютера. Сам мережевий адаптерприймає послідовність біт і передає далі.

2 рівень.Канальний ( data link). PDU - кадр ( frame). На цьому рівні з'являється адресація. Адреса MAC адреса. Канальний рівень відповідальний за доставку кадрів адресату та їхню цілісність. У звичних мережах на канальному рівні працює протокол ARP. Адресація другого рівня працює тільки в межах одного мережевого сегмента і нічого не знає про маршрутизацію - цим займається вищий рівень. Відповідно, пристрої, що працюють на L2 – комутатори, мости та драйвер мережевого адаптера.

3 рівень.Мережевий ( network). PDU пакет ( packet). Найбільш поширеним протоколом (далі не говоритиму про "найпоширеніший" - стаття для новачків і з екзотикою вони, як правило, не стикаються) тут є IP. Адресація відбувається за IP-адресами, які складаються з 32 бітів. Протокол маршрутизований, тобто пакет здатний потрапити до будь-якої частини мережі через якусь кількість маршрутизаторів. На L3 працюють маршрутизатори.

4 рівень.Транспортний ( transport). PDU сегмент ( segment)/датаграма ( datagram). На цьому рівні виникають поняття портів. Тут працюють TCP і UDP. Протоколи цього рівня відповідають за прямий зв'язок між додатками та за надійність доставки інформації. Наприклад, TCP вміє запитувати повтор передачі у разі, якщо дані прийняті неправильно чи все. Так само TCP може змінювати швидкість передачі, якщо сторона прийому не встигає прийняти все (TCP Window Size).

Наступні рівні “правильно” реалізовані лише RFC. Насправді ж, протоколи описані наступних рівнях працюють одночасно кількох рівнях моделі OSI, тому немає чіткого поділу на сеансовий і представницький рівні. У зв'язку з цим в даний час основним стеком, що використовується, є TCP / IP, про який поговоримо трохи нижче.

5 рівень.Сеансовий ( session). PDU дані ( data). Керує сеансом зв'язку, обміном інформацією, правами. Протоколи – L2TP, PPTP.

6 рівень.Представницький ( presentation). PDU дані ( data). Подання та шифрування даних. JPEG, ASCII, MPEG.

7 рівень.Прикладний ( application). PDU дані ( data). Найчисленніший і найрізноманітніший рівень. На ньому виконуються всі високорівневі протоколи. Такі, як POP, SMTP, RDP, HTTP і т.д. Протоколи тут не повинні замислюватися про маршрутизацію або гарантію доставки інформації - цим займаються рівні нижче. На 7 рівні необхідно лише реалізації конкретних дій, наприклад отримання html-коду або email-повідомлення конкретному адресату.

Висновок

Модульність моделі OSI дозволяє проводити швидке перебування проблемних місць. Адже якщо немає пінгу (3-4 рівні) до сайту, немає сенсу копатися у шарах вище (TCP-HTTP), коли не відображається сайт. Абстрагувавшись від інших рівнів, простіше знайти помилку в проблемній частині. За аналогією з автомобілем - адже ми не перевіряємо свічки, коли проткнули колесо.

Модель OSI є еталонною моделлю - таким собі сферичним конем у вакуумі. Розробка її велася дуже довго. Паралельно з нею розроблявся стек протоколів TCP/IP, що активно застосовується в мережах в даний час. Відповідно, можна провести аналогію між TCP/IP та OSI.

Для узгодження роботи пристроїв мережі від різних виробників, забезпечення взаємодії мереж, які використовують різне середовище поширення сигналу, створена еталонна модель взаємодії відкритих систем (ВОС). Еталонна модель побудована за ієрархічним принципом. Кожен рівень забезпечує сервіс вищого рівня та користується послугами нижчого рівня.

Обробка даних починається з прикладного рівня. Після цього дані проходять через всі рівні еталонної моделі, і через фізичний рівень відправляються в канал зв'язку. На прийомі відбувається зворотна обробка даних.

У еталонній моделі OSI вводяться два поняття: протоколі інтерфейс.

Протокол – це набір правил, з урахуванням яких взаємодіють рівні різних відкритих систем.

Інтерфейс – це сукупність засобів та методів взаємодії між елементами відкритої системи.

Протокол визначає правила взаємодії модулів одного рівня різних вузлах, а інтерфейс – модулів сусідніх рівнів одному вузлі.

Усього існує сім рівнів еталонної моделі OSI. Варто зазначити, що у реальних стеках використовується менше рівнів. Наприклад, у популярному TCP/IP використовується лише чотири рівні. Чому так? Пояснимо трохи пізніше. А зараз розглянемо кожен із семи рівнів окремо.

Рівні моделі OSI:

• фізичний рівень. Визначає вид середовища передачі, фізичні та електричні характеристики інтерфейсів, вид сигналу. Цей рівень має справу з бітами інформації. Приклади протоколів фізичного рівня: Ethernet, ISDN, Wi-Fi.
• Канальний рівень. Відповідає за доступ до середовища передачі, виправлення помилок, надійну передачу даних. На прийоміотримані з фізичного рівня дані упаковуються в кадри, після чого перевіряється їх цілісність. Якщо помилок немає, дані передаються на мережевий рівень. Якщо помилки є, кадр відкидається і формується запит на повторну передачу. Канальний рівень поділяється на два підрівні: MAC (Media Access Control) та LLC (Locical Link Control). MAC регулює доступ до фізичного середовища, що розділяється. LLC забезпечує обслуговування мережного рівня. На канальному рівні працюють комутатори. Приклади протоколів: Ethernet, PPP.
• Мережевий рівень. Його основними завданнями є маршрутизація – визначення оптимального шляху передачі, логічна адресація вузлів. Крім того, на цей рівень можуть бути покладені завдання пошуку несправностей в мережі (протокол ICMP). Мережевий рівень працює із пакетами. Приклади протоколів IP, ICMP, IGMP, BGP, OSPF).
• Транспортний рівень. Призначений для доставки даних без помилок, втрат та дублювання у тій послідовності, як вони були передані. Виконує наскрізний контроль передачі від відправника до одержувача. Приклади протоколів TCP, UDP.
• Сеансовий рівень. Керує створенням/підтримкою/завершенням сеансу зв'язку. Приклади протоколів: L2TP, RTCP.
• Представницький рівень. Здійснює перетворення даних у потрібну форму, шифрування/кодування, стиснення.
• Прикладний рівень. Здійснює взаємодію між користувачем та мережею. Взаємодіє з додатками за клієнта. Приклади протоколів: HTTP, FTP, Telnet, SSH, SNMP.

Після знайомства з стандартною моделлю, розглянемо стек протоколів TCP/IP.

У моделі TCP/IP визначено чотири рівні. Як очевидно з малюнка вище – один рівень TCP/IP може відповідати кількох рівнів моделі OSI.

Рівні моделі TCP/IP:

• Рівень мережевих інтерфейсів. Відповідає двом нижнім рівням моделі OSI: канальному та фізичному. Виходячи з цього, зрозуміло, що даний рівень визначає характеристики середовища передачі (кручена пара, оптичне волокно, радіоефір), вид сигналу, спосіб кодування, доступ до середовища передачі, виправлення помилок, фізичну адресацію (MAC-адреси). У моделі TCP/IP цьому рівні працює протокол Ethrnet та її похідні (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet).
• Рівень міжмережевої взаємодії. Відповідає мережевому рівню моделі OSI. Бере він всі його функції: маршрутизацію, логічну адресація (IP-адреси). На цьому рівні працює протокол IP.
• Транспортний рівень. Відповідає транспортному рівню OSI. Відповідає за доставку пакетів від джерела до одержувача. На цьому рівні використовуються два протоколи: TCP і UDP. TCP є більш надійним, ніж UDP за рахунок створення попереднього з'єднання запитів на повторну передачу при виникненні помилок. Однак, в той же час, TCP повільніше, ніж UDP.
• Прикладний рівень. Його головне завдання – взаємодія з додатками та процесами на хостах. Приклади протоколів: HTTP, FTP, POP3, SNMP, NTP, DNS, DHCP.

Інкапсуляція - це метод упаковки пакета даних, при якому незалежні один від одного службові заголовки пакета абстрагуються від заголовків нижчестоящих рівнів шляхом їх включення до вищестоящих рівнів.

Розглянемо на конкретному прикладі. Нехай ми хочемо потрапити із комп'ютера на сайт. Для цього комп'ютер повинен підготувати http-запит на отримання ресурсів веб-сервера, на якому зберігається потрібна нам сторінка сайту. На прикладному рівні до даних браузера додається HTTP-заголовок. Далі на транспортному рівні до нашого пакету додається TCP-заголовок, що містить номери портів відправника та одержувача (80 порт – для HTTP). На мережному рівні формується IP-заголовок, що містить IP-адреси відправника та одержувача. Безпосередньо перед передачею, на канальному рівні додається Ethrnet-заголовок, який містить фізичні (MAC-адреси) відправника та одержувача. Після всіх цих процедур пакет у вигляді біт інформації передається по мережі. На прийомі відбувається зворотна процедура. Web-сервер на кожному рівні перевірятиме відповідний заголовок. Якщо перевірка пройшла вдало, заголовок відкидається і пакет переходить на верхній рівень. В іншому випадку, весь пакет відкидається.