Семиуровневая сетевая модель osi

Аббревиатура OSI (Open Standards Interconnection) — сетевая модель (стандарт) разработана международной организацией по стандартизации.

Сетевая модель OSI — стандарт, который позволяет безошибочно взаимодействовать ЭВМ различной конструкции и с различными операционными системами.

OSI разбивает сетевые функции на семь уровней:

физический уровень (нижний уровень);

канальный уровень;

сетевой уровень;

транспортный уровень;

сеансовый уровень;

уровень представления данных;

прикладной уровень (верхний уровень).

Физический уровень

Физический уровень имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи (коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель, спутниковый канал связи).

На этом уровне физические среды передачи данных описываются следующими характеристиками: полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и др.

На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию: крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения и тока, тип кодирования, скорость передачи сигналов.

Канальный уровень

На этом уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами. Размер кадра от нескольких сот до нескольких тысяч байт.

В начале и в конце кадра размещается специальная последовательность бит (служебная информация), которая служит для выделения кадра. Кадры содержат служебную информацию, которая позволяет проверить целостность принятой информации. Так называемая контрольная сумма характеризует содержимое кадра (всю переданную информацию).

Предположим, что передается слово «Рай».

В соответствии с таблицей СР-1251 в линию будут отправлены десятичные числа: 208 — 224 — 233.

Следует уточнить предыдущее предложение: фактически в линию будут отправлены двоичные числа: 1101 0000 — 1110 0000 — 1110 1001.

Контрольная сумма вычисляется по правилу ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. В данном случае контрольная сумма равна: 1101 1001. Контрольная сумма передается вместе с текстовой информацией. На приемной стороне принятые байты (текст) суммируют по правилу ИКЛАЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Полученный результат сравниваю с контрольной суммой. Если вычисленная контрольная сумма не совпадает с контрольной суммой, то делается запрос на повторную передачу искаженного кадра.

Канальный уровень обеспечивает доставку кадра между любыми двумя узлами (ЭВМ) локальной сети. Но это можно осуществить только в сетях с совершенно определенной структурой (топологией): общая шина, звезда.

Сетевой уровень

Этот уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей. При этом каждая сеть может использовать различные принципы передачи сообщений между конечными узлами (ЭВМ) и обладать произвольной структурой связей.

Внутри ЛВС доставка данных обеспечивается соответствующим канальным уровнем. Доставкой данных между двумя и более ЛВС занимается сетевой уровень, который поддерживает возможность правильного выбора маршрута передачи сообщения.

Сети соединяются между собой специальными устройствами — маршрутизаторами.

Маршрутизатор — это устройство, которое собирает информацию о топологии (структуре, узлах и связях) межсетевых соединений и на её основании пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения. Чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, к получателю, находящемуся в другой сети, пакету нужно совершить некоторое количество транзитных переходов между сетями. Такие передачи называются хопами (от hop — прыжок).

Маршрут представляет собой последовательность (перечень) маршрутизаторов, через которые проходит пакет.

На рисунке показаны четыре ЛВС, связанные маршрутизаторами (1,2 и 3) [3].

Между узлами А и В данной сети существуют два маршрута: первый маршрут проходит через маршрутизаторы 1 и 3, а второй путь — через маршрутизаторы 1, 2 и 3.

При выборе пути передачи пакетов существуют определенные проблемы, которые заключаются в следующем. Порой геометрически самый короткий путь не является лучшим.

Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных по этому маршруту. Оно зависит от пропускной способности каналов связи (полосы пропускания) и интенсивности трафика, которая может изменяться со временем.

Некоторые алгоритмы маршрутизации пытаются приспособиться к изменению нагрузки в сети. Эти алгоритмы выбирают не одни и те же маршруты, а подбирают такой путь передачи пакетов, в котором затраченное на передачу время будет минимальным (они ищут обходные пути).

Другие алгоритмы маршрутизации принимают решения на основании средних показателей за длительное время.

Выбор маршрута может осуществляться и с помощью критерия, который учитывает надежность передачи пакетов.

Сообщения сетевого уровня принято назвать пакетами (packets).

При организации доставки пакетов на сетевом уровне используется также понятие «номер сети». Адрес каждого пакета состоит из старшей части — номера сети и младшей части — номера узла (ЭВМ) в сети.

Все узлы одной сети должны иметь одну и ту же старшую часть адреса.

Термину «сеть» на сетевом уровне можно дать такое определение: сеть — это совокупность компьютеров, сетевой адрес которых содержит один и тот же номер сети.

На сетевом уровне решаются вопросы тарификации (стоимости передачи или приема информации). Этот уровень обеспечивает возможность подсчета числа переданных или принятых пакетов (а значит и подсчет объема информации, выраженного в битах).

Транспортный уровень

На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть искажены или утеряны. Некоторые приложения имеют собственные средства обработки ошибок.

Транспортный уровень обеспечивает приложениям или верхним уровням модели (прикладному, представительному и сеансовому) передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется.

Модель OSI определяет несколько классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг: срочностью; возможностью восстановления прерванной связи; способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.

Примером транспортного протокола является TCP.

Протоколы нижних четырех уровней обобщенно называют сетевым транспортом или транспортной подсистемой. Они полностью решают задачу доставки сообщений.

Остальные три (верхних) уровня решают задачи предоставления прикладных сервисов на основании имеющейся транспортной подсистемы.

Важной функцией транспортного уровня является ранжирование пакетов, которые могли прийти в произвольном порядке (так как в принципе пакеты могут идти разными маршрутами).

Сеансовый уровень

Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент времени. Он предоставляет средства синхронизации работы (поочередная передача и прием информации).

Этот уровень позволяет вставлять контрольные точки в длинные передаваемые файлы.

В случае сбоя этот уровень позволяет вернуться назад к последней контрольной точке, а не начинать передачу файла с самого начала. Наглядным примером действия этого уровня являются программы Flash Get, ReGet, GetRight.

Представительный и прикладной уровни

Он отвечает за способ кодирования данных. Данные преобразуются в необходимый для передачи стандартный формат. Не все компьютерные системы используют одну и ту же схему (таблицу) кодирования данных. На этот уровень возложены обязанности по преобразованию несовместимых схем кодирования данных. Например, ASCII и Unicode, дополнительный и обратный коды и т.д.

Этот уровень используется для выполнения задач шифрования и дешифрования.

Прикладной уровень — набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи получают доступ к разделяемым ресурсам (файлам, принтерам, Web-страницам, электронной почте).

Сетезависимые и сетенезависимые уровни

Функции всех уровней модели OSI могут быть описаны с помощью двух групп уровней:

• группа уровней, которая зависит от технической реализации сети (зависит от «железа», структуры ЛВС и т.д.);

• группа уровней, которая ориентирована лишь на работу с приложениями (прикладными программами, например, с браузером).

Три нижних уровня (физический, канальный и сетевой) являются сетезависимыми. Протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией сети и используемым коммутационным оборудованием.

Три верхних уровня (прикладной, представительный и сеансовый) ориентированы на приложения и мало зависят от конструкционных особенностей данной сети.

Транспортный уровень является промежуточным. Он скрывает все детали функционирования нижних уровней от верхних уровней. Это позволяет разрабатывать приложения, которые не зависят от технических средств транспортировки сообщений. Например, сайт можно разработать и опробовать на локальной ЭВМ. Затем при размещении сайта на сервере (хостинге) можно быть уверенным практически на 100%, что доставка разработанного сайта потребителя будет реализована успешно.

В семиуровневой модели (стандарте) OSI считается, что каждый уровень непосредственно соединяется с одноименным уровнем. Для достижения такой логической связанности каждый уровень передающего компьютера. Добавляет к пакету данных свой заголовок, который распознается и используется одноименным уровнем на принимающем компьютере.