Вопрос 2.

М одель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) – состоит из семи уровней, каждый из которых отвечает за определенный круг задач, осуществляя их с помощью заложенных в этот уровень алгоритмов – стандартов и протоколов. Для связи между уровнями используются процедуры взаимодействия.

Физический уровень

Физический уровень – самый первый, «нижний» уровень. Представляет собой аппаратную часть сети и описывает способ передачи данных, используя для этого любой имеющийся канал – проводной или беспроводной. Исходя из выбранного канала передачи данных, должно использоваться соответствующее сетевое оборудование с определенными параметрами передачи данных, учитывающими всевозможные особенности канала, такие как полосы пропускания, защита от помех, уровень сигнала, кодирование, скорость передачи данных в физической среде и т. п.

Канальный уровень

Главная его задача – удостовериться, что канал свободен и ничто не станет угрожать надежности передачи и целостности пакетов.

Обнаружив, что канал свободен, данные, которые необходимо передать другому компьютеру, делятся на более мелкие части – кадры. Каждый такой кадр снабжается контрольной суммой и отсылается. Приняв этот кадр, получатель проверяет контрольные суммы и, если они совпадают, принимает его и отправляет подтверждение о доставке. В противном случае кадр игнорируется, фиксируется ошибка, которая отправляется получателю, и кадр передается заново.

В случае беспроводной передачи данных используются протоколы CSMA/CA.

Протокол CSMA/CA характеризуется тем, что избегает коллизий при передаче данных, используя явное подтверждение доставки, которое говорит о том, что пакет доставлен и он не поврежден.

Когда один компьютер собирается передать данные другому, то всем станциям сети посылается короткое сообщение (ready to send, RTS), содержащее в себе информацию о получателе и времени, необходимом для передачи данных. Получив такой пакет, все компьютеры прекращают передачу данных на указанное время. Получатель отсылает отправителю сообщение о готовности приема данных (clear to send, CTS). Получив его, компьютер-отправитель высылает первую порцию данных и ждет подтверждения доставки пакета. После подтверждения доставки передача данных продолжается. Если же подтверждение не пришло, компьютер-отправитель повторно передает конкретный пакет. Это гарантирует доставку пакетов данных, но в то же время заметно снижает скорость передачи данных.

Сетевой уровень

Как и канальный, сетевой уровень занимается передачей информации в сетях с различными топологиями. Данные в сетевом уровне делятся на порции, которые называются пакетами. Перед началом передачи данных другому компьютеру, происходит выбор пути, по которому будут передаваться данные – маршрутизация. Нужный путь выбирается по среднему значению всех необходимых параметров: пропускной способности, интенсивности трафика, дальности и скорости передачи, ее надежности и т. п.

При выборе маршрута используются маршрутизаторы. В их таблицах хранится информация о скорости передачи между отдельными отрезками сети, трафике, среднем времени передачи и т. д., основываясь на которой протоколы сетевого уровня могут выбрать оптимальный путь прохождения данных.

Транспортный уровень

Основная задача транспортного уровня – обеспечить требуемую степень надежности при передаче информации между выбранными компьютерами. Транспортный уровень может делать это пятью способами. Каждый из них отличается не только защищенностью данных при пересылке, но и временем их доставки или возможностью исправления возникающих ошибок. Поэтому, начиная с данного уровня, выбор варианта доставки может производить программа, то есть непосредственно пользователь. Транспортным уровнем можно управлять программно, а не только аппаратными средствами.

Сеансовый уровень

Сеансовый уровень контролирует передачу пакетов между компьютерами. Осуществляя синхронизацию принятых и отправленных пакетов, протоколы сеансового уровня отслеживают недостающие и передают их заново.

Уровень представления данных

Представительный уровень отвечает за то, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой для прикладного уровня другой системы, а также согласует синтаксис передачи данных для прикладного уровня.

Прикладной уровень

Этот уровень отвечает за связь с прикладными программами. Он представляет собой обычный набор протоколов, с помощью которых можно осуществлять доступ к любым ресурсам сети.

Таким образом, пройдя все семь уровней, сообщение пользователя пополняется служебной информацией (заголовками) каждого из них. Аналогично, попав к нужному получателю и опять пройдя все семь уровней, информация очищается от всей служебной информации.

Популярные стеки протоколов: стек IPX/SPX, стек TCP/IP, используемый в сети Internet и во многих сетях на основе операционной системы UNIX, стек OSI международной организации по стандартизации и т.д.

Стек OSI – представляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов. Стек OSI полностью соответствует модели OSI, он включает спецификации протоколов для всех семи уровней взаимодействия, определенных в этой модели. На нижних уровнях OSI поддерживает Ethernet, Token Ring, FDDI, а также такие протоколы как LLC, X.25 и ISDN. Сервисы сетевого, транспортного и сеансового уровней этого стека пока мало распространены. Наиболее популярными протоколами стека OSI являются протоколы, реализующие высокоуровневые сервисы по передаче файлов, эмуляции терминала, ведению каталогов имен и по организации электронной почты.

Стек TCP/IP – используется для связи компьютеров всемирной информационной сети Internet. Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных - протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP/PPP, протоколы территориальных сетей X.25 и ISDN. В качесве основного протокола сетевого уровня в стеке используется протокол Internet Protocol (IP), который изначально проектировался как протокол передачи пакетов в сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями.

К протоколам прикладного уровня в стеке TCP/IP относятся такие популярные протоколы как протокол пересылки файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной информации, такие как Mosaic, и многие другие.

Стек IPX/SPX – является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell. IPX (Internetwork Packet Exchange) – отвечает за работу сетевого уровня. Его основные функции – вычисление адресов компьютеров сети и организация маршрутизации между двумя выбранными машинами. Анализируя данные других протоколов, IPX составляет наиболее эффективный путь маршрутизации. После этого пакет данных с добавленной информацией об адресе получателя и отправителя идет по выбранному маршруту. SPX (Sequenced Packet Exchange) – протокол транспортного уровня. Он отвечает за установку соединения между выбранными компьютерами и передает сообщения – датаграммы. SAP (Service Advertising Protocol) – отвечает за работу сразу трех уровней: прикладного, представления и сеансового. Однако одна из основных его функций – рассылка сообщений о доступных сервисах. NCP (NetWare Core Protocol) – протокол верхнего (прикладного) уровня. Он отвечает за взаимодействие сервера операционной системы Novell NetWare и рабочей станции. С его помощью пользователь видит любую нужную информацию о ресурсах сети, открывает, изменяет и сохраняет файлы, меняет их атрибуты, удаляет, копирует и т. д.

Стек NetBIOS/SMB. На физическом и канальном уровнях этого стека используются все наиболее распространенные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и другие. На верхних уровнях работают протоколы NetBEUI и SMB.

NetBEUI содержит много полезных сетевых функций, которые можно отнести к сетевому, транспортному и сеансовому уровням модели OSI, однако с его помощью невозможна маршрутизация пакетов. Это ограничивает применение протокола NetBEUI локальными сетями, не разделенными на подсети, и делает невозможным его использование в составных сетях. Некоторые ограничения NetBEUI снимаются реализацией этого протокола NBF (NetBEUI Frame). Протокол блоков сообщений сервера SMB (Server Message Block) выполняет функции сеансового, представительного и прикладного уровней. SMB реализует файловый сервис, сервис печати и сервис передачи сообщений между приложениями.