ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.06.2021
Просмотров: 2726
Скачиваний: 2
Средства каждого уровня обрабатывает протокол своего уровня и интерфейсы соседних уровней. Набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия в сети называется стеком коммуникационных протоколов.
Структурной единицей информации, передаваемой между уровнями, является протокольный блок данных.
Блоки информации, передаваемые между уровнями, имеют стандартный формат: заголовок, данные, концевик.
Заголовок и концевик называются обрамлением сообщения (данных) и содержат информацию необходимую для обработки сообщений на соответствующем уровне: указатели типа сообщения, адреса отправителя и получателя, наименование канала, порта и т.д.
Каждый уровень при передаче блока информации нижележащему уровню снабжает его своими заголовками и концевиками.
Рис 3. 4. Структура сообщений на разных уровнях
При получении блока информации от нижележащего уровня заголовки и другая служебная информация текущего уровня отбрасываются. Данные обрабатываются, например, дешифруются.
Например, пусть приложение обращается с запросом к прикладному уровню, скажем к файловой службе. На основании этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение, состоящее из заголовка и поля данных, (возможно и концевика). Некоторые средства уровней помещают служебную информацию не только в начале сообщения в виде заголовка, но и в конце, в виде так называемого "концевика". Заголовок содержит служебную информацию (в нашем примере - информацию о месте нахождения файла и о том, что с ним нужно сделать). Эту информацию необходимо передать через сеть прикладному уровню компьютера-адресата, чтобы сообщить ему, какую работу следует выполнить. Поле данных сообщения может быть или пустым или содержать какие-либо данные, например, какие-то данные, которые нужно записать в удаленный файл.
Прикладной уровень направляет сформированное сообщение (протокольный блок данных) вниз к представительному уровню. Программные средства представительного уровня читают заголовок (концевик) полученной информации из прикладного уровня, выполняют требуемые действия, потом добавляют к сообщению собственную служебную информацию - заголовок (концевик) представительного уровня. В заголовке представительного уровня содержатся указания для представительного уровня компьютера-адресата.
Далее сформированное таким образом сообщение передается вниз сеансовому уровню, который в свою очередь добавляет свой заголовок, и т.д.
Наконец, сообщение достигает нижнего, физического уровня, который собственно и передает его по линиям связи компьютеру-адресату. К этому моменту сообщение "обрастает" заголовками (концевиками) всех уровней.
Сообщение по сети поступает к компьютеру-адресату. Оно принимается его физическим уровнем и последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, выполняет соответствующие данному уровню функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню. В итоге, удаленный компьютер-адресат выполняет какие-то действия, которые были указаны в полученном сообщении, и посылает ответ-результат, и теперь он уже не компьютер-адресат, а компьютер-отправитель и так далее...
Осталось уточнить термины. Термин сообщение (message) имеет много синонимов, которые применяют сетевые специалисты в документации, в описании работы и т.п. для обозначения единиц данных в процедурах обмена. В стандартах ISO для обозначения единиц данных, с которыми имеют дело протоколы разных уровней, используется общее название протокольный блок данных (Protocol Data Unit, PDU). Для обозначения блоков данных определенных уровней часто используются специальные названия: кадр (frame), пакет (packet), дейтаграмма (datagram), сегмент (segment).Эти термины используют при описании работы отдельного уровня модели OSI.
3.4. Функции уровней модели OSI
Рассмотрим основные функции уровней модели OSI.
3.4.1 Физический уровень
Физический (Physical) уровень занимается в буквальном значении этого слова - передачей данных по проводам. На этом уровне модели OSI определяются такие характеристики сетевых компонентов: типы соединений сред передачи данных, физические топологии сети, способы передачи данных (с цифровым или аналоговым кодированием сигналов), виды синхронизации передаваемых данных, разделение каналов связи. Этот уровень предполагает наличие некоторых знаний основ передачи данных.
Физический уровень передает биты по физическим каналам связи, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или цифровой территориальный канал. На этом уровне определяющими являются такие характеристики физических сред передачи данных, как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и др, а также характеристики электрических сигналов, передающих информацию, например, крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов.
С физическим уровнем обычно ассоциируется подключение такого сетевого оборудования как:
-
концентраторы и повторители, которые регенерируют электрические сигналы;
-
соединительные разъемы среды передачи, обеспечивающие механический интерфейс для связи устройства со средой передачи;
-
модемы и различные преобразующие устройства, выполняющие цифровые и аналоговые преобразования.
Этот уровень модели определяет физические топологии в сети, которые строятся с использованием базового набора стандартных топологий (См лекцию 2). Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.
3.4.2 Канальный уровень
Канальный (Data Link) уровень в общем виде выполняет следующие функции: проверяет доступность среды передачи и реализует механизмы обнаружения и коррекции ошибок.
Эти проблемы возникают потому, что на физическом уровне просто пересылаются биты, и не учитывается, кто передает информацию, кому ее нужно передать, когда, и занят ли канал связи или свободен и т.д.
Для работы на канальном уровне биты группируются в наборы. Эти наборы называются кадрами (frame). Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра. Для этого канальный уровень используется метод подсчета контрольной суммы.
Итак, если на физическом уровне единица информации - биты, то на канальном уровне - кадры.
Специальная последовательность бит помещается в начало и конец каждого кадра, для его выделения, а также вычисляется контрольная сумма, все байты обрабатываются определенным способом, и добавляется контрольная сумма к кадру. В таком виде кадр приходит по сети к получателю, он снова вычисляет контрольную сумму полученных данных, сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, то кадр правильный и получатель его принимает. Если же контрольные суммы не совпадают, то о дальнейшей его обработке никакой речи и быть не может - фиксируется ошибка передачи. Вот таким способом обеспечивается контроль на правильность каждого кадра информации, но кроме этого канальный уровень может исправлять эти ошибки за счет повторной передачи кадров. Но надо оговорить, что в принципе исправление ошибок - это не обязательная функция канального уровня.
Если физический уровень определяет физическую структуру сети, то канальный уровень определяет логическую топологию этой же сети. Определяет правила получения доступа к среде передачи данных, решает вопросы, связанные с адресацией физических устройств в рамках логической сети и управлением передачей информации (синхронизация передачи и сервис соединений) между сетевыми устройствами.
Таким образом, канальный уровень определяет:
-
правила организации битов физического уровня (двоичные единицы и нули) в логические группы информации, называемые кадрами или фреймами (frame).
-
правила обнаружения (и иногда исправления) ошибок при передаче;
-
правила управления потоками данных (для устройств, работающих на этом уровне модели OSI, например, мостов);
-
правила идентификации компьютеров в сети по их физическим адресам.
С канальным уровнем обычно связаны следующие сетевые соединительные устройства:
-
мосты;
-
интеллектуальные концентраторы;
-
коммутаторы;
-
сетевые интерфейсные платы (сетевые интерфейсные карты, адаптеры и т.д.).
Информация, которую добавляет в начало пакета данных (заголовок) канальный уровень, может включать адрес источника и адрес назначения (физический или аппаратный), информацию о длине фрейма и информацию, об активных протоколах верхнего уровня.
В локальной сети хоть канальный уровень и обеспечивает доставку кадра между любыми двумя узлами локальной сети, он это делает только в сети с совершенно определенной топологией связей, именно той топологией, для которой он был разработан. К типовым топологиям, которые поддерживает канальный уровень локальных сетей, относятся общая шина, кольцо и звезда, а также структуры, полученные из них с помощью мостов и коммутаторов.
В глобальных сетях, в которых редко встретишь стабильную топологию, канальный уровень часто обеспечивает обмен сообщениями только между двумя соседними компьютерами, соединенными индивидуальной линией связи.
Адреса, используемые на канальном уровне в локальных сетях, называют МАС-адресами.
На канальном уровне выделяют два подуровня:
Верхний (LLC- Logical Link Control) осуществляется управление логической связью, т.е. устанавливает виртуальный канал связи с помощью драйвера сетевого адаптера.
Нижний (MAC – Media Access Control) – осуществляет непосредственный доступ к среде. Эти функции выполняются аппаратурой сети
В целом канальный уровень - очень и очень мощный и законченный набор функций по пересылке сообщений между узлами сети.
Тем не менее, для обеспечения качественной транспортировки сообщений в сетях любых топологий и технологий функций канального уровня оказывается недостаточно, поэтому в модели решение этой задачи возлагается на два следующих уровня - сетевой и транспортный уровни модели OSI.
3.4.3 Сетевой уровень
Сетевой (Network) уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей. При этом эти сети могут использовать абсолютно разные принципы передачи информации и быть организованными совершенно произвольно по структуре.
Как говорилось ранее, канальный уровень обеспечивает доставку данных между узлами сети только с соответствующей типовой топологией, например, только в сети топологии "звезда". Это очень жестокое ограничение, не позволяющее строить сети с развитой структурой, например, сети, объединяющие несколько сетей предприятия в единую сеть, или высоконадежные сети, в которых действуют избыточные связи между узлами.
Существует два пути выхода из сложившейся ситуации. Можно усложнять средства канального уровня, чтобы они могли поддерживать избыточные связи, но модель OSI предлагает другое решение - разделения обязанностей между уровнями. И вводит новый уровень - сетевой.
На этом уровне сам термин сеть наделяют специфическим значением. Здесь под сетью понимается совокупность компьютеров, соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи данных средства канального уровня, строго определенные именно для этой типологии.
Внутри каждой сети доставка данных обеспечивается соответствующим канальным уровнем, а вот доставкой данных между сетями занимается сетевой уровень.
Сети соединяются между собой специальными устройствами, называемыми маршрутизаторами. Маршрутизатор - это устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на ее основании пересылает пакеты уровня в сеть назначения.
Чтобы передать сообщение от отправителя, который находится в одной сети, получателю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач между сетями, каждый раз выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут представляет собой последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет. А выбор наилучшего пути называется маршрутизацией, и ее решение одной из главных задач сетевого уровня.
На сетевом уровне единица информации представляется пакетами.
При организации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие номер сети. В этом случае адрес получателя состоит из старшей части - номера сети и младшей - номера узла в этой сети. Все узлы одной сети должны иметь одну и ту же старшую часть адреса, поэтому термину сеть на сетевом уровне можно дать еще одно, уже более формальное определение:
сеть - это совокупность узлов, сетевой адрес которых содержит один и тот же номер сети.
Сетевой уровень для адресации компьютеров использует составные числовые адреса (IP-адреса). Т.к. канальный уровень для доставки кадров использует физические адреса устройств, то на сетевом уровне осуществляется перевод числовых адресов в физические сетевые адреса и обратно.
Таким образом, сетевой уровень отвечает за деление узлов сети на группы (адресацию) и управление сетью. На этом уровне происходит маршрутизация пакетов на основе преобразования аппаратных адресов в сетевые адреса. При этом сетевой уровень не берет на себя никаких обязательств по надежности передачи данных. Сетевой уровень обеспечивает передачу пакетов на транспортный уровень.
3. 4.4 Транспортный уровень
Транспортный (Transport) уровень обеспечивает доставку пакетов без ошибок и потерь, в нужной последовательности. Здесь производится разбивка передаваемых данных на блоки, которые помещаются в пакеты, и которые восстанавливаемые при приеме
Дело в том, что на пути от отправителя к получателю пакеты информации, которые сформировал сетевой уровень, могут быть искажены или утеряны. Поэтому и не только поэтому, необходимость обеспечения надежности передачи данных образовала еще появление следующего уровня модели OSI.
Транспортный уровень обеспечивает верхним уровням прикладному и сеансовому модели OSI - передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет пять классов сервиса, которые предоставляет транспортный уровень. Все эти виды отличаются качеством своих услуг: срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплексирования нескольких соединений, а главное - способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.
При выборе средства транспортного уровня учитывается, с одной стороны, в какой степени само приложение сможет обеспечить защиту информации, а с другой стороны, насколько надежно обеспечивают передачу данных в сети нижние уровни - сетевой, канальный и физический. Так, например, если качество линий передачи связи очень высокое и вероятность возникновения ошибок, не обнаруженных протоколами более низких уровней, невелика, то пользуются более простым сервисом транспортного уровня, у которого нет всяких сложных и многочисленных проверок. Если же транспортные средства нижних уровней изначально очень ненадежны, то целесообразно обратиться к наиболее сложному сервису транспортного уровня, который работает, используя максимум средств обнаружения и устранения ошибок.