Модель взаимодействия открытых систем osi
В начале 80-ых международная организация по стандартизаций ISO и ряд других организаций разработали модель ставшей основой дальнейшего развития сетей, модель получила название «модель взаимодействия открытых систем» (Open System Interconnection). Данная модель определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает какие функции должен выполнять каждый уровень.
Все средства взаимодействия моделей OSI делятся, при этом каждый уровень имеет дело с одним конкретным аспектом сетевых устройств.
Физический
Канальный
Сетевой
Транспортный
Сеансовый
Представительный
прикладной
Многоуровневое представление средств сетевого взаимодействия имеет свою специфику, поскольку участники сетевого обмена должны принимать множество соглашений, например, способы кодирования электрических сигналов, правила определения длинны сообщения, правила контроля достоверности передачи. Причем все эти соглашения должны быть приняты на всех уровнях предоставляющих услуги пользователей.
Формализованные правила определяющие последовательность и формат сообщений (messages), которыми обмениваются сетевые компоненты, расположены на одинаковых уровнях, но в разных узлах, называются протоколы.
Соседние уровни в пределах одного узла так же взаимодействуют на основе предопределенных правил друг с другом, но эти правила уже принято называть интерфейсами.
Таким образом протоколы и интерфейсы в целом одинаковые понятия, однако традиционно в сетях за ними закреплены разные области действия.
Соответственно средства каждого уровня должны во первых отрабатывать свой собственный протокол, а во вторых интерфейсы с соседними уровнями. В связи с чем иерархический набор протоколов достаточный для организации взаимодействия узлов в сети называется стек коммуникационных протоколов.
Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно.
Протоколы нижних уровней чаще всего реализуются комбинацией аппаратных и программных средств, протоколы верхних уровней как правило чисто программными средствами.
Формально протоколы и службы, хотя частично и смешиваются как понятия, являются различными. Служба (сервис) это набор примитивов или операций, который более низкий уровень предоставляет более высокому. Она определяет какие именно операции уровень будет предоставлять и реализовывать от лица своих пользователей, но при этом ни как не оговаривает как должны реализовываться эти операции, т.е. служба описывает интерфейс между двумя уровнями, в котором нижние уровни являются поставщиком сервиса, а верхние его потребителем.
Протокол это набор правил описывающих формат и назначение, кадров, пакетов и сообщения, которыми обмениваются одноранговые сущности внутри уровня. При этом эти сущности используют протокол для реализации определений их служб, т.е. службы и протоколы оказываются практически независимыми, поскольку сущности могут менять протоколы взаимодействия, при условии, что остаются неизменными службы.
Физический уровень.
Physical Layer
Имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи. К этому уровню имеют отношение все физические характеристики среды передачи данных (полоса пропускания, помехозащищенность, сопротивление и так далее). Кроме того на этом уровне определяются электрические характеристики сигнала (величина импульсов, крутизна фронтов, уровень напряжения и так далее). Так же относят тип кодирования и скорость передачи сигналов. Типы конструкции разъемов и назначение отдельных контактов.
Функции физического уровня обязательно реализуются во всех устройствах подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняет сетевой адаптер либо последовательный порт (прямое кабельное соединение).
Канальный уровень.
Data link layer
На физическом уровне при пересылке бит вовсе не учитываются особенности линий связи, которые разделяются попеременно несколькими парами взаимодействующих компьютеров, т.е. физическая среда передачи может быть занята. Поэтому важнейшей задачей канального уровня является проверка доступности среды передачи, кроме того канальный уровень занят реализацией механизмов обнаружения и коррекции ошибок передачи, для этого на канальном уровне биты группируются в наборы получивших названия кадры (frames). Канальный уровень обеспечивает корректность передачи кадров, отделяя их служебными последовательностями бит в начале и конце, кроме того подсчитывает и добавляет контрольные суммы.
В локальных сетях протоколы канального уровня используются компьютерами, мостами, коммутаторами и маршрутизаторами. В компьютерах функции канального уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и соответствующих драйверов.
Сетевой уровень.
Предназначен или служит для формирования единой транспортной системы объединяющих несколько сетей. В то же самое время этим сети могут использовать совершенно разные принципы передачи сообщений между конечными узлами и обладать полностью произвольной структурой связей. Сети соединяются между собой специальными устройствами именуемыми маршрутизаторами.
Маршрутизатор – это устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на основании этой информации пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения, для того что бы такие пакеты передать от отправителя находящегося в одной сети получателю находящемуся в другой сети, необходимо совершить некоторое количество транзитных передач между сетями. В результате маршрут представляет собой последовательность маршрутизаторов, через которые доходит доставляемый пакет.
Решение задачи выбора наилучшего пути доставки пакета называется маршрутизацией. Решение данной задачи является главной задачей сетевого уровня.
Кроме того сетевой уровень призван упростить адресацию в крупных сетях и создать гибкий, но надежный барьер на пути нежелательного трафика между сетями.
Примерами протоколов сетевого уровня являются: протокол межсетевого взаимодействия IP или протокол межсетевого обмена пакетами IPX.
Транспортный.
Transport level.
В определенных ситуациях на пути от отправителя к получателю, пакеты могут быть искажены или утеряны и хотя некоторые приложения имеют собственные средства обработки ошибок, существуют и приложения, которые предпочитают сразу иметь дело с надежными соединениями.
Работа транспортного уровня заключается в том, что бы обеспечить приложениям или верхним уровням стека OSI, прикладному и сеансовому передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется.
Модель OSI определяет пять классов услуг, предоставляемых транспортным уровнем, все они отличаются качеством, срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплексирования нескольких соединений между различными прикладными протоколами, через общий транспортный протокол и самым важными способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажения, потеря и дублирование пакетов.
Как правило большинство протоколов транспортного уровня, реализуются программными средствами конченых узлов сети, соответствующими компонентами сетевых операционных систем.
Примеры транспортным проколов TCP, IDP стека TCP IP, SPX транспортный протокол стека Novell.
Сеансовый уровень модели OSI.
Session level.
Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогами, что бы фиксировать какая из сторон в сети является активной в настоящий момент, а так же предоставляет средства синхронизации, позволяющие вставлять определенные контрольные точки в длинные передачи, что бы в случаях отказа, можно было вернуться назад к последней контрольной точке, вместо того чтобы начинать передачу с самого начала.
На практике очень не многие приложения используют сеансовый уровень и он редко реализуется в виде отдельных протоколов хотя функции этого уровня часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.
Уровень представления
Presentation level
Уровень представления имеет отношение к форме представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом её содержания за счет этого уровня информация передаваемая прикладным уровнем одной системы всегда будет понятна прикладному уровню в другой системе.
С помощью средств прикладного уровня протоколы прикладных уровней могут преодолеть синтаксические различия в представлении данных или же различия кодов символов.
На этом уровне может выполнятся шифрование и дешифрование данных, благодаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных служб.
Примером протокола уровня представления является SSL (Secure Source Level).
Прикладной уровень
Application Level
По существу это просто набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, такие как файлы, периферийные устройства, веб устройства и так далее, а так же организуют свою совместную работу.
Единицей данных которой оперируют протоколы прикладного уровня обычно называют сообщением.
Служб большое разнообразие. В качестве примера можно привести: NCP в Novell, SMB (windows), NFS, FTP, NTP стека TCP IP.