Модель взаимодействия открытых систем OSI

Модель взаимодействия открытых систем OSI - стандартизированная ISO абстрактная модель построения протоколов сетевого взаимодействия. В модели OSI (Open Systems Interconnection) каждый уровень выполняет часть сетевых функций, используя сервис нижележащего уровня и предоставляя свои услуги вышележащему.

Состоит из 7 уровней:

1.Физический

2.Канальный

3.Сетевой

4.Транспортный

5.Сеансовый

6.Представления

7.Прикладной

Понятие протокола и интерфейса

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколом.

Модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами и с помощью стандартизованных форматов сообщений. Эти правила принято называть интерфейсом. Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему уровню. В сущности, протокол и интерфейс выражают одно и то же понятие, но традиционно в сетях за ними закрепили разные области действия: протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы — правила взаимодействия модулей соседних уровней в одном узле.

Уровни эталонной модели и их функции

В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней:

-прикладной – прикладные сетевые программы, обслуживающие файлы и выполняющие вычислительные, информационно-поисковые работы, логические преобразования инфы, главная задача: обеспечить удобство интерфейса для пользователя;

- представительный – управляет представлением данных, осуществляет генерацию и интерпретацию взаимодействия процессов, осуществляет кодирование и декодирование данных, основная задача: преобразование данных при передаче информации в формат, который используется в информационной системе;

-сеансовый – осуществляет управление сеансами связи между двумя пользователями, добавляет в передаваемую инфу точки синхронизации;

-транспортный – связывает нижние уровни с верхними уровнями, которые реализуются программными средствами, цель: разделение инфы по определённой длине и обеспечение её доставки;

-сетевой – определяет маршрут передачи инфы между сетями, обеспечивает обработку ошибок, задаёт сетевой адрес. Основная задача: передача данных между сетями;

- канальный - осуществляет обрамление передаваемых массивов информации вспомогательными символами и контроль передаваемых данных, определяет метод доступа к среде передачи, обеспечивает надёжный транзит данных через канал, решает вопросы физической адресации, топологии сети, уведомление об ошибках, упорядоченной доставки кадров, управление потоком данных;

-физический – осуществляет соединение и управление каналом, определяет электротехнические, механические, функциональные характеристики активизации, деактивизации и поддержания физического канала между конечными системами.

Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств.

Стек протоколов

Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов.

Уровень: Протокол:

Прикладной HTTP,FTP, протокол электронной почты

Транспортный TCP, UDP

Сетевой IP,ICMP,ARP,RARP,RIP,OSPF

Канальный драйверы устройств

Физический витая-пара,оптоволокно,радиоволны

Сетевая технология: определение

Сетевая технология — это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети. Эпитет «достаточный» подчеркивает то обстоятельство, что этот набор представляет собой минимальный набор средств, с помощью которых можно построить работоспособную сеть.

Структура стандарта IEEE для локальных сетей

Эти стандарты описывают функционирование локальных сетей на физическом и канальном уровнях.

Специфика локальных сетей также нашла свое отражение в разделении канального уровня (Data Link Layer) на два подуровня, которые часто также называют уровнями:

□ управление логическим каналом (Logical Link Control, LLC);

□ управление доступом к среде (Media Access Control, MAC).

Уровень логического управления каналом

После того как доступ к среде получен, ею может пользоваться более высокий уровень — уровень LLC, организующий передачу логических единиц данных, кадров информации, с различным уровнем качества транспортных услуг.

Уровень LLC отвечает за передачу с различной степенью надежности кадров данных между узлами, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. Именно уровень LLC принимает запрос от сетевого протокола на выполнение транспортной операции канального уровня с тем или иным качеством. Протокол LLC поддерживает несколько режимов работы, отличающихся наличием или отсутствием процедур восстановления кадров в случае их потери или искажения, то есть отличающихся качеством транспортных услуг.

Уровень управления доступом к среде передачи

Уровень MAC появился из-за существования в локальных сетях разделяемой среды передачи данных. Именно этот уровень обеспечивает корректное совме-стное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом в распоряжение того или иного узла сети. В современных локальных сетях получили распространение несколько протоколов уровня MAC, реализующих различные алгоритмы доступа к разделяемой среде. Эти протоколы полностью определяют специфику таких технологий, как Ethernet, Fast Ethernet, Giga-bit Ethernet, Token Ring, FDDI, lOOVG-AnyLAN.

История развития Ethernet

Классическая 10-мегабитная сеть Ethernet устраивала большинство пользователей на протяжении около 15 лет. Однако в начале 90-х годов начала ощущаться ее недостаточная пропускная способность. Для компьютеров на процессорах Intel 80286 или 80386 с шинами ISA (8 Мбайт/с) или EISA (32 Мбайт/с) пропускная способность сегмента Ethernet составляла 1/8 или 1/32 канала «память-диск», и это хорошо согласовывалось с соотношением объемов данных, обрабатываемых локально, и данных, передаваемых по сети. Для более мощных клиентских станций с шиной PCI (133 Мбайт/с) эта доля упала до 1/133, что было явно недостаточно. Поэтому многие сегменты 10-мегабитной сети Ethernet стали перегруженными, реакция серверов в них значительно упала, а частота возникновения коллизий существенно возросла, еще более снижая полезную пропускную способность.

Назрела необходимость в разработке «новой» технологии Ethernet, то есть технологии, которая была бы такой же эффективной по соотношению цена/качество при производительности 100 Мбит/с, в результате поисков и исследований специалисты разделились на два лагеря, что, в конце концов, привело к появлению двух новых технологий — Fast Ethernet и 100VG-AnyLAN. Они отличаются степенью преемственности с классической технологией Ethernet.

Локальные сети Ethernet: характери-стики

Среда передачи – экранированная и неэкранированная витая пара, оптоволокно, радиоволны.

Физическая топология – шина, звезда.

Логическая топология – шина.

Кодирование информации на физическом уровне, униполярный сигнал среднего напряжения, широковещательная система, станция может передавать в любой момент, конкуренция за среду передачи.

Скорость:

10 Мбит/с – 10 Base

100 Мбит/с – Fast Ethernet(100 Base)

1000 Мбит/с – Gigabit Ethernet

10000 Мбит/с – 10 Gigabit Ethernet

Стандарты Ethernet

Стандартом DIX Ethernet, опубликованным в 1980 г., определяются сети на коаксиальном кабеле со скоростью передачи данных 10 Мбит/сек и топологией шина. Этот стандарт называют также толстым Ethernet, ThickNet или 10Base5. В стандарте DIX Ethernet II, опубликованном в 1982 г., появилась возможность использования в качестве сетевой среды коаксиального кабеля RG58. Этот стандарт называется тонким Ethernet, ThinNet, Cheapernet или 10Base2. Примерно в это же время Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) принял решение о создании международного стандарта для сетей этого типа, который, в отличие от Ethernet DIX, не был бы собственностью частной компании. В 1980 г. IEEE создал рабочую группу IEEE 802.3, которая начала разработку Ethernet-подобного стандарта ЛВС. Назвать его Ethernet было нельзя, так как фирма Xerox зарегистрировала это название в качестве своего товарного знака, но в 1985 г. группа IEEE 802.3 опубликовала документ IEEE 802.3 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications, в который помимо спецификаций для двух видов коаксиальных кабелей, что имелись в DIX Ethernet, была включена спецификация 10BaseT для кабеля неэкранированная витая пара (UTP). В последующие годы рабочая группа IEEE 802.3 опубликовала также документы IEEE 802.3u со стандартом Fast Ethernet для сетей со скоростью 100 Мбит/сек, а также IEEE 802.3z и IEEE 802.ЗаЬ со стандартом Gigabit Ethernet для сетей со скоростью 1000 Мбит/сек.

Форматы кадров Ethenet

Как и на производстве, кадры в сети Ethernet решают все. Они служат вместилищем для всех высокоуровневых пакетов, поэтому, чтобы понять друг друга, отправитель и получатель должны использовать один и тот же тип кадров Ethernet. К счастью (или к сожалению), кадры могут быть всего четырех разных форматов, и к тому же не сильно отличающихся друг от друга. Более того, базовых форматов кадров существует всего два (в английской терминологии их называют "raw formats") - Ethernet_II и Ethernet_802.3, причем они отличаются назначением всего одного поля. Современные компьютерные сети гетерогенны по своей природе, а сетевые протоколы третьего уровня используют зачастую разные типы кадров Ethernet. Так, в старых версиях NetWare 3.х компании Novell базовым форматом по умолчанию является Ethernet_802.3, а не 802.2 или SNAP, как это предусмотрено стандартами IEEE, причем, кроме нее, этот формат больше никто не применяет. С выходом NetWare 4.х протоколы IPX/SPX используют по умолчанию стандартные кадры Ethernet_802.2, а с планируемым переводом IntranetWare на протоколы TCP/IP эта сетевая ОС будет, возможно, работать по умолчанию с кадрами Ethernet_SNAP, так как именно этот формат применяется в новейших реализациях TCP/IP.

Типы МАС-адресов

MAC-адрес (от англ. Media Access Control — управление доступом к носителю) — это уникальный идентификатор, сопоставляемый с различными типами оборудования для компьютерных сетей. Большинство сетевых протоколов канального уровня используют одно из трёх пространств MAC-адресов, управляемых IEEE: MAC-48, EUI-48 и EUI-64. Адреса в каждом из пространств теоретически должны быть глобально уникальными. Не все протоколы используют MAC-адреса, и не все протоколы, использующие MAC-адреса, нуждаются в подобной уникальности этих адресов.

В широковещательных сетях (таких, как сети на основе канальном уровне, которую используют протоколы более высокого (сетевого) уровня. Для преобразования MAC-адресов в адреса сетевого уровня и обратно применяются специальные протоколы (например, RARP в сетях TCP/IP).

Адреса типа MAC-48 наиболее распространены; они используются в таких технологиях, как Token ring, бит, таким образом, адресное пространство MAC-48 насчитывает 248 (или 281 474 976 710 656) адресов. Согласно подсчётам IEEE, этого запаса адресов хватит по меньшей мере до 2100 года.

EUI-48 от MAC-48 отличается лишь семантически: в то время как MAC-48 используется для сетевого оборудования, EUI-48 применяется для других типов аппаратного и программного обеспечения.

Обозначения сетей Ethernet

В зависимости от скорости передачи данных и передающей среды существует несколько вариантов технологии. Независимо от способа передачи стек сетевого протокола и программы работают одинаково практически во всех нижеперечисленных вариантах.

Ранние модификации Ethernet: Xerox Ethernet, 10BROAD36, 1BASE5 (StarLAN).

10 Мбит/с Ethernet: 10BASE5, IEEE 802.3 («Толстый Ethernet»); 10BASE2, IEEE 802.3a (называемый «Тонкий Ethernet»); StarLAN 10; 10BASE-T, IEEE 802.3i; FOIRL;семейство 10BASE-F, IEEE 802.3j: 10BASE-FL (Fiber Link), 10BASE-FB (Fiber Backbone), 10BASE-FP (Fiber Passive).

Быстрый Ethernet (Fast Ethernet, 100 Мбит/с): 100BASE-T включает в себя стандарты 100BASE-TX(IEEE 802.3) u 100BASE-T4 и 100BASE-T2. 100BASE-FX, 100BASE-LX, 100BASE-LX WDM.

Гигабит Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Гбит/с)

1000BASE-T, IEEE 802.3ab, 1000BASE-TX, 1000BASE-X, 1000BASE-SX, IEEE 802.3z, 1000BASE-LX, IEEE 802.3z, 1000BASE-CX, 1000BASE-LH (Long Haul)

10 Гигабит Ethernet: 10GBASE-CX4; 10GBASE-SR; 10GBASE-LX4; 10GBASE-LR и 10GBASE-ER;

10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW; 10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006.