11. Функционирование сети. Сетевая модель osi, Расширение модели osi – модель ieee Project 802.

Аппаратное и программное обеспечение, работающие в сети, разрабатываются в разных фирмах. Для того чтобы оно было совместимо между собой, международной организацией по стандартам (ISO) была разработана базовая эталонная модель открытых систем - OSI (Open System Interconnection model ).

Р ис.6.1. Основные уровни ISO OSI.

Эта модель описывает многоуровневую архитектуру сети, при которой все сетевые функции разделены на семь уровней (рис. 6.1). Каждому уровню соответствуют определенные сетевые операции, оборудование и протоколы. Протокол – это четко определенный набор правил и соглашений для взаимодействия одинаковых уровней сети. Интерфейс определяет услуги, которые нижний уровень предоставляет верхнему и способ доступа к ним.

Р ис.6.2. Обмен данными в ISO OSI.

Задача каждого уровня – предоставление услуг вышестоящему уровню, «маскирую» детали реализации этих услуг. Когда два компьютера в сети работают друг с другом, каждый из сетевых уровней обменивается данными с себе подобным (на основе протокола этого уровня). Эта логическая или виртуальная связь изображена на рис. 6.2 пунктирной линией. Однако реальная передача данных происходит на самом нижнем – физическом уровне, где находится физическая среда передачи (сетевой кабель).

То есть, на самом деле данные перемещаются:

- сверху вниз от прикладного уровня к физическому;

- в рамках физического уровня горизонтально по сетевому кабелю к компьютеру – приемнику данных;

- полученные данные затем двигаются вверх по уровням сетевой модели (рис. 6.2).

Сетевая модель ISO/OSI определяет сеть в терминах нескольких функциональных уровней. Каждый сетевой уровень включает строго определенные функции и применяет для этого один или несколько протоколов:

1. физический уровень передает данные по сетевым каналам и включает в себя аппаратные средства, необходимые для этого;

2. канальный - предохраняет данные от повреждения на физическом уровне;

3. сетевой - передает данные от одного сетевого компьютера к другому;

4. транспортный - доставляет пакеты или датаграммы от одного приложения к другому;

5. сеансовый – это сетевой интерфейс пользователя;

6. представительский - занимается проблемами сетевого интерфейса к принтерам, мониторам и преобразованием форматов файлов;

7. прикладной – это набор широко используемых сетевых приложений.

Основные функции уровней модели osi.

Каждый из семи уровней определяет перечень услуг, которые он предоставляет смежным уровням, реализуя определенный набор сетевых функций. Рассмотрим кратко назначение каждого из уровней модели OSI применительно к межсетевому взаимодействию.

1. Физический уровень.

• обеспечивает физический путь для передачи кодированных сигналов;

• устанавливает характеристики этих сигналов (амплитуда, частота, длительность и т.д.);

• определяет способ соединения СА с кабелем, тип разъемов, способ передачи;

• обеспечивает поддержку потока битов, содержание которых на этом уровне не имеет значения;

• отвечает за кодирование данных и синхронизацию битов.

2. Канальный уровень.

• определяет правила совместного использования физического уровня узлами сети;

• передает информацию адресованными порциями – кадрами;

• определяет формат кадра и способ, согласно которому узел сети решает, когда можно передать или принять кадр.

И спользуется два основных типа кадров (рис. 6.3). Кадры данных содержат сообщения верхних уровней. Другие кадры, такие как маркеры или подтверждения приема, используют методы обнаружения и коррекции ошибок.

Рис.6.3. Типы кадров.

Пример. В состав любого пакета входит информация для контроля правильности передачи. Так в трейлер пакета Интернет записывается контрольная сумма (КС) пакета. Она получается путем разбиения пакета на сегменты по 16 бит, которые представляются целыми числами, складываются и записываются в трейлер.

При приеме вычисляется новая КС и сравнивается с принятой. Если они равны, то посылается подтверждение и выдается новый пакет. Если не равны, то посылается сообщение «несовпадение» и передача пакета повторяется.

Если пакет не дошел или не дошел сигнал подтверждения, передающая станция, не получив пакет в течение некоторого времени, посылает пакет еще раз. Реализуется, так называемый, режим "Time-Out". Упращенная иллюстрация процесса пересылки пакетов между двумя сетевыми устройствами представлена на рис. 6.4.

Р ис.6.4. Пример передачи пакетов данных.

Это только иллюстрация подхода к обмену пакетами данных в ЛВС. Существуют более мощные методы защиты от ошибок (циклические коды, коды Хэминга и т.д.), а также алгоритмы переспроса и повторения пакетов, передача пакетов окнами и т.д.

Канальный уровень довольно сложен, поэтому в соответствии со стандартами IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), его часто разбивают на два подуровня (рис 6.5):

• уровень управления доступом к среде (Media Access Control, MAC)

• и уровень управление логической связью (Logical Link Control, LLC).

Рис. 6.5. Разделение канального уровня на два подуровня.

Уровень MAC обеспечивает:

• совместный доступ сетевых адаптеров к физическому уровню,

• определение границ кадров,

• распознавание адресов назначения кадров (эти адреса часто называют физическими, или MAC-адресами).

Уровень LLC действует на уровне MAC и отвечает:

• за установление канала связи,

• за безошибочную посылку и прием сообщений с данными.

Подводя итого рассмотрению двух нижних уровней модели OSI, можно констатировать, что с точки зрения верхних уровней модели OSI, канальный и физический обеспечивают безошибочную передачу пакетов данных.

3. Сетевой уровень.

Этот уровень модели OSI отвечает за буферизацию и маршрутизация в сети. Маршрутизация – существенная функция при работе в глобальных сетях (сетях с коммутацией пакетов), когда необходимо определить маршрут передачи пакета, выполнить перевод логических адресов узлов сети в физические. В ЛВС между любой парой узлов есть прямой путь (маршрут), поэтому основная функция этого уровня сводится к буферизации пакетов (рис. 6.6).

Р ис. 6.6. Буферизация пакетов на сетевом уровне.

4. Транспортный уровень.

• с передающей стороны переупаковывает информационные сообщения: длинные разбиваются на несколько пакетов, короткие объединяются в один;

• с принимающей стороны собирает сообщения из пакетов.

Т ак как сетевой уровень обеспечивает буферизацию, то несколько узлов могли передать свои сообщения в один и тот же узел сети. Моменты прибытия пакетов могут чередоваться. Задача этого уровня – правильная сборка пакетов каждого сообщения без смещения и потерь (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Разбиение и сборка сообщения из пакетов.

Транспортный уровень является границей, выше которой в качестве единицы информации рассматривается только сообщение, ниже – управляемый сетью пакет данных.