Модель OSI (Open Systems Interconnection)

 

Міжнародна організація по стандартизації (ISO, International Standardization Organization) запропонувала в 1979 р. еталонну модель взаємодії відкритих систем (ВВС) OSI. На основі цієї моделі був розроблений стек протоколів, який був прийнятий як національний стандарт урядом США в 1990 році. Модель OSI є головною методологічною основою для аналізу і розробки мереж.

Стандартом де-факто для глобальних мереж в наш час став стек протоколів TCP/IP, розроблений на замовлення Міністерства оборони США.

У локальних мережах, разом з TCP/IP, застосовуються стеки IPX/SPX, NetBIOS/SMB, XNS, DECnet та інші.

Розробка моделі OSI була направлена на встановлення механізмів для розподіленої обробки даних в апаратному і програмно різнорідних комп'ютерних середовищах.

Мета розробки протоколів TCP/IP: встановлення порядку з'єднання мереж і надання користувачам цих мереж набору базових комунікаційних послуг. Розробку TCP/IP починали заради вирішення проблеми лавиноподібного зростання кількості підключених комп'ютерів і, відповідно, трафіку, який ними продукується. Протокол IP повинен був надати засоби розділення єдиної мережі, якою була ARPANET, на множину підмереж, що ізолюють внутрішній трафік один від одного. Потрібно було створити мережу мереж замість мережі комп'ютерів.

Модель OSI (рисунок 2.2) визначає сім рівнів: фізичний, канальний, мережевий, транспортний, сеансовий, відображення даних, прикладний.

Фізичний рівень – організовує передачу бітів по каналу передачі, визначає характеристики кабелів і роз'ємів, схеми кодування електричного або оптичного сигналу та ін. Функції фізичного рівня реалізує мережевий адаптер або послідовний порт RS-232C.

 

 

Рисунок 2.2 – Еталонна модель OSI (ВВС)

 

Канальний рівень – забезпечує надійну безпомилкову доставку даних у фізичній мережі. Стандарти цього рівня: підрівень управління логічним каналом (Logical Link Control – LLC) і підрівень управління доступом до середовища (Medium Access Control – MAC). На канальному рівні потік бітів між двома учасниками мережі поділяється на кадри (frame). Канальний рівень вирішує, хто може передавати дані в кожний момент часу, керує потоком даних (буферизацією) і контролює послідовність кадрів.

Мережевий рівень – забезпечує передачу даних між мережами. На цьому рівні знаходяться системи адресації учасників мереж і системи маршрутизації. Мережевий рівень вибирає спосіб передачі даних по мережі: (комутація каналів, комутація пакетів). У мережах з комутацією пакетів мережевий рівень ділить потік даних на пакети, що незалежно маршрутизуються по мережі. Пакети можуть передаватися як по віртуальних каналах, так і у вигляді дейтаграм. Приклади протоколів 3-го рівня: ARP (Address Resolution Protocol), IP (Internet Protocol), IPX (Internetwork Packet Exchange).

Транспортний рівень – організовує інтерфейс системи, призначеної для користувача, з мережею передачі даних, відповідає за надійну передачу даних і розподіл обов'язків між учасниками мережі: SPX (Sequenced Packet Exchange), UDP (User Datagramm Protocol), TCP (Transmission Control Protocol)

Сеансовий рівень – призначений для організації діалогу між процесами. Основні функції рівня – обробка підключень (login) і відключень (logout), автентифікація, синхронізація. Приклад: NETBIOS (Network Basic Input/Output System), NETBEUI (Network Basic Extended User Interface).

Презентаційний рівень – керує представленням інформації в мережі. Гарантує, що дані, якими обмінюються учасники, записані у форматі, який розуміють обидві сторони. Рівень має справу з наборами символів (character sets), форматами даних, кодуванням і упаковкою даних. Приклад: перекодування з KOI8-P в Windows 1251, SSL (Secure Socket Layer).

Прикладний рівень – інтерфейс між мережею і користувачем. Типові послуги, що надаються прикладним рівнем, – електронна пошта (X.400), передача файлів (FTP), веб-сервер (HTTP), управління мережею не в ISO (SNMP).

Модель ТСР/IР

 

Ця еталонна модель використана в комп'ютерній мережі ARPANET (а також її спадкоємиці, всесвітній мережі Інтернет), яка є попередником нинішніх мереж. ARPANET була дослідницькою мережею Міністерства оборони США. Вона об'єднала сотні університетів і урядових будинків за допомогою виділених телефонних ліній. Коли згодом з'явилися супутникові мережі і радіомережі, виникли великі проблеми при об'єднанні з ними інших мереж за допомогою наявних протоколів. Знадобилася нова еталонна архітектура. Таким чином, можливість об'єднувати різні мережі в єдине ціле була головною метою. Пізніше архітектура отримала назву еталонної моделі TCP/IP відповідно до своїх двох основних протоколів.

У цій моделі мережі з комутацією пакетів в основі є міжмережевий рівень (інтернет-рівень), що не має з'єднань. Його завдання полягає в забезпеченні можливості для кожного хоста посилати в будь-яку мережу пакети, які незалежно рухатимуться до пункту призначення (наприклад, в іншій мережі). Вони можуть прибувати не в тому порядку, в якому були відправлені. Якщо потрібне дотримання порядку відправлення, тоді це завдання виконують більш верхні рівні.

Міжмережевий рівень визначає офіційний формат пакету і протокол, названий IP (Internet Protocol). Завданням міжмережного протоколу є доставка IP-пакетів до пунктів призначення. Основними аспектами тут є вибір маршруту пакету і недопущення закупорки транспортних артерій. Міжмережевий рівень моделі TCP/IP функціонально близький мережевому рівню моделі OSI. Ця відповідність показана на рисунку 2.3.

Транспортний рівень – рівень, розташований над міжмережевим рівнем моделі TCP/IP. На цьому рівні описано два різні протоколи. Перший, TCP (Transmission Control Protocol – протокол управління передачею), є надійним протоколом зі встановленням з'єднань, що дозволяє без помилок доправити байтовий потік з однієї машини на будь-яку іншу машину об'єднаної мережі. Він розбиває вхідний потік байтів на окремі повідомлення і передає їх міжмережевому рівню.

 

Рисунок 2.3 – Еталонна модель ТСР/ІР

У пункті призначення одержуючий TCP-процес збирає з отриманих повідомлень вихідний потік. Крім того, TCP здійснює управління потоком, щоб швидкий відправник не «завалив» інформацією повільного одержувача.

Другий протокол цього рівня, UDP (User Data Protocol – призначений для користувача протокол даних), є ненадійним протоколом без встановлення з'єднання, що не використовує послідовне управління потоком протоколу TCP, а надає власне. Він також широко використовується в одноразових клієнт-серверних запитах і додатках, в яких оперативність важливіша за акуратність, наприклад, при передачі мови і відео.

Прикладний рівень. У моделі TCP/IP немає сеансового рівня і рівня відображення. У цих рівнях просто не було необхідності, тому вони не були включені в модель. Над транспортним рівнем розташовується прикладний рівень. Він містить всі протоколи високого рівня. До старих протоколів відносяться протокол віртуального терміналу (TELNET), протокол перенесення файлів (FTP) і протокол електронної пошти (SMTP). Протокол віртуального терміналу дозволяє користувачеві реєструватися на віддаленому сервері і працювати на ньому. Протокол перенесення файлів надає ефективний спосіб переміщення інформації з машини на машину. Електронна пошта спочатку була різновидом перенесення файлів, проте пізніше для неї був розроблений спеціальний протокол. З роками було додано багато інших протоколів, таких як DNS (Domain Name Service – служба імен доменів), яка дозволяє перетворювати імена хостів в мережеві адреси, NNTP (Network News Transfer Protocol – мережевий протокол передачі новин), HTTP - протокол, використовуваний для створення сторінок на World Wide Web, і багато інших.

Мережевий рівень. У еталонній моделі TCP/IP не описується детально, що знаходиться нижче міжмережного рівня. Повідомляється тільки, що хост з'єднується з мережею за допомогою будь-якого протоколу, це дозволяє йому посилати до мережі IP-пакети. Цей протокол ніяк не визначається і може змінюватись від хоста до хосту і від мережі до мережі.

Порівняння моделей OSI та TCP/IP. Еталонна модель OSI була розроблена раніше, ніжбули винайдені протоколи для неї. Така послідовність подій зробила її універсальною. Зворотною стороною такого порядку дій є те, що у розробників було мало досвіду в цій сфері і не було чіткого уявлення про функції, які повинен виконувати кожен рівень.

З моделлю TCP/IP було все навпаки: спочатку з'явилися протоколи, а вже потім була створена модель, що описує існуючі протоколи. Таким чином, не було проблеми з відповідністю протоколів моделі. Єдиною проблемою було те, що модельне відповідала ніяким іншим стекам протоколів. В результаті вона не використовувалася для опису мереж, відмінних від TCP/IP.

У моделі OSI сім рівнів, в моделі TCP/IP – чотири. В обох моделях є міжмережевий, транспортний і прикладний рівні, а решта рівнів різна.

Ще одна відмінність між моделями полягає у можливості використання зв'язку на основі з'єднань і зв'язку без встановлення з'єднання. Модель OSI на мережевому рівні підтримує обидва типи зв'язку, а на транспортному рівні – тільки зв'язок на основі з'єднань (оскільки транспортні служби є видимими для користувача). У моделі TCP/IP на мережевому рівні є тільки один режим зв'язку (без встановлення з'єднання), але на транспортному рівні він підтримує обидва режими, надаючи користувачам вибір. Цей вибір особливо важливий для простих протоколів «запит – відповідь».

Стандарти IEEE 802.х

 

Група стандартів 802.х стосується нижніх рівнів мережної моделі OSI.

802.1 - управління мережевимиі пристроями на апаратному рівні і забезпечення міжмережної взаємодії (internetworking): 802.1d – логіка роботи моста/комутатора; 802.1h – транслюючий міст; 802.1р – доповнення до логіки МАС-мостів, забезпечуючи пріоритетність; 802.1Q – побудова віртуальних локальних мереж (VLAN) за допомогою мостів.

802.2описує роботу підрівня LLC, під яким об'єднуються технології локальних мереж;

802.3 – технології з методом доступу CSMA/CD: Ethernet, Fast Ethernet (802.3u), Gigabit Ethernet (802.3z і 802.3ab), 10 Gigabit Ethernet, управління потоком для повного дуплексу (802.3х);

802.4 – технології з шинною топологією і передачею маркера доступу (token passing);

802.5 – технології з кільцевою топологією і передачею маркера доступу Token Ring;

802.6 – мережі міського масштабу MAN (Metropolitan-Area Network);

802.7 – стандарти широкосмугової (broadband) передачі;

802.8 – оптоволоконна техніка, яка застосована в мережах 802.3-802.6;

802.9 – інтегрована передача голосу і даних Технології ISDN;

802.10 – безпека (конфіденційність) мереж: шифрування даних, мережне управління для архітектури, сумісної з OSI;

802.11 – безпровідні (wireless) технології передачі Wі-Fі;

802.12–100VG-AnyLAN / метод доступу Demand Priority;

802.15 – безпровідні персональні мережі (WPAN) – IrDA, Bluetooth, WUSB;

802.16 – широкосмугові безпровідні мережі BWA /WMAN/ WI-MAX;

802.20 – Mobile BWA – мобільна безпровідна широкосмугова мережа.