Курс лекции по компьютерным сетям

затем удаляет информацию, добавленную к пакету на этом же уровне

отправляющей стороной, и передает пакет следующему уровню. Когда пакет

дойдет до Прикладного уровня, вся управляющая информация будет удалена из

пакета, и данные примут свой первоначальный вид.

[pic]Рис. 2.2 Формирование пакета каждого уровня семиуровневой модели

Каждый уровень модели выполняет свою функцию. Чем выше уровень, тем

более сложную задачу он решает.

Отдельные уровни модели OSI удобно рассматривать как группы программ,

предназначенных для выполнения конкретных функций. Один уровень, к примеру,

отвечает за обеспечение преобразования данных из ASCII в EBCDIC и содержит

программы необходимые для выполнения этой задачи.

Каждый уровень обеспечивает сервис для вышестоящего уровня, запрашивая

в свою очередь, сервис у нижестоящего уровня. Верхние уровни запрашивают

сервис почти одинаково: как правило, это требование маршрутизации каких-то

данных из одной сети в другую. Практическая реализация принципов адресации

данных возложена на нижние уровни.

Рассматриваемая модель определяет взаимодействие открытых систем разных

производителей в одной сети. Поэтому она выполняет для них координирующие

действия по:

- взаимодействию прикладных процессов;

- формам представления данных;

- единообразному хранению данных;

- управлению сетевыми ресурсами;

- безопасности данных и защите информации;

- диагностике программ и технических средств.

На рис. 2.4 приведено краткое описание функций всех уровней.

[pic]

Рис. 2.3 Функции уровней

2 Прикладной уровень (Application layer)

Прикладной уровень обеспечивает прикладным процессам средства доступа

к области взаимодействия, является верхним (седьмым) уровнем и

непосредственно примыкает к прикладным процессам. В действительности

прикладной уровень – это набор разнообразных протоколов, с помощью которых

пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы,

принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою

совместную работу, например с помощью протокола электронной почты [30].

Специальные элементы прикладного сервиса обеспечивают сервис для конкретных

прикладных программ, таких как программы пересылки файлов и эмуляции

терминалов. Если, например программе необходимо переслать файлы, то

обязательно будет использован протокол передачи, доступа и управления

файлами FTAM (File Transfer, Access, and Management). В модели OSI

прикладная программа, которой нужно выполнить конкретную задачу (например,

обновить базу данных на компьютере), посылает конкретные данные в виде

Дейтаграммы на прикладной уровень. Одна из основных задач этого уровня -

определить, как следует обрабатывать запрос прикладной программы, другими

словами, какой вид должен принять данный запрос.

Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно

называется сообщением (message).

Прикладной уровень выполняет следующие функции:

Описание форм и методов взаимодействия прикладных процессов.

1. Выполнение различных видов работ.

- передача файлов;

- управление заданиями;

- управление системой и т.д.

2. Идентификация пользователей по их паролям, адресам, электронным

подписям;

3. Определение функционирующих абонентов и возможности доступа к новым

прикладным процессам;

4. Определение достаточности имеющихся ресурсов;

5. Организация запросов на соединение с другими прикладными процессами;

6. Передача заявок представительскому уровню на необходимые методы описания

информации;

7. Выбор процедур планируемого диалога процессов;

8. Управление данными, которыми обмениваются прикладные процессы и

синхронизация взаимодействия прикладных процессов;

9. Определение качества обслуживания (время доставки блоков данных,

допустимой частоты ошибок);

10. Соглашение об исправлении ошибок и определении достоверности данных;

11. Согласование ограничений, накладываемых на синтаксис (наборы символов,

структура данных).

Указанные функции определяют виды сервиса, которые прикладной уровень

предоставляет прикладным процессам. Кроме этого, прикладной уровень

передает прикладным процессам сервис, предоставляемый физическим,

канальным, сетевым, транспортным, сеансовым и представительским уровнями.

На прикладном уровне необходимо предоставить в распоряжение

пользователей уже переработанную информацию. С этим может справиться

системное и пользовательское программное обеспечение.

Прикладной уровень отвечает за доступ приложений в сеть. Задачами

этого уровня является перенос файлов, обмен почтовыми сообщениями и

управление сетью.

К числу наиболее распространенных протоколов верхних трех уровней

относятся:

- FTP (File Transfer Protocol) протокол передачи файлов;

- TFTP (Trivial File Transfer Protocol) простейший протокол пересылки

файлов;

- X.400 электронная почта;

- Telnet работа с удаленным терминалом;

- SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) простой протокол почтового обмена;

- CMIP (Common Management Information Protocol) общий протокол управления

информацией;

- SLIP (Serial Line IP) IP для последовательных линий. Протокол

последовательной посимвольной передачи данных;

- SNMP (Simple Network Management Protocol) простой протокол сетевого

управления;

- FTAM (File Transfer, Access, and Management) протокол передачи, доступа и

управления файлами.

3 Уровень представления данных (Presentation layer)

Уровень представления данных или представительский уровень

представляет данные, передаваемые между прикладными процессами, в нужной

форме данные.

Этот уровень обеспечивает то, что информация, передаваемая прикладным

уровнем, будет понятна прикладному уровню в другой системе. В случаях

необходимости уровень представления в момент передачи информации выполняет

преобразование форматов данных в некоторый общий формат представления, а в

момент приема, соответственно, выполняет обратное преобразование. Таким

образом, прикладные уровни могут преодолеть, например, синтаксические

различия в представлении данных. Такая ситуация может возникнуть в ЛВС с

неоднотипными компьютерами (IBM PC и Macintosh), которым необходимо

обмениваться данными. Так, в полях баз данных информация должна быть

представлена в виде букв и цифр, а зачастую и в виде графического

изображения. Обрабатывать же эти данные нужно, например, как числа с

плавающей запятой.

В основу общего представления данных положена единая для всех уровней

модели система ASN.1. Эта система служит для описания структуры файлов, а

также позволяет решить проблему шифрования данных. На этом уровне может

выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которым секретность

обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных сервисов. Примером

такого протокола является протокол Secure Socket Layer (SSL), который

обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня

стека TCP/IP. Этот уровень обеспечивает преобразование данных (кодирование,

компрессия и т.п.) прикладного уровня в поток информации для транспортного

уровня.

Представительный уровень выполняет следующие основные функции:

1. Генерация запросов на установление сеансов взаимодействия прикладных

процессов.

2. Согласование представления данных между прикладными процессами.

3. Реализация форм представления данных.

4. Представление графического материала (чертежей, рисунков, схем).

5. Засекречивание данных.

6. Передача запросов на прекращение сеансов.

Протоколы уровня представления данных обычно являются составной частью

протоколов трех верхних уровней модели.

4 Сеансовый уровень (Session layer)

Сеансовый уровень – это уровень, определяющий процедуру проведения

сеансов между пользователями или прикладными процессами.

Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом для того, чтобы

фиксировать, какая из сторон является активной в настоящий момент, а также

предоставляет средства синхронизации. Последние позволяют вставлять

контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было

вернуться назад к последней контрольной точке, вместо того чтобы начинать

все сначала. На практике немногие приложения используют сеансовый уровень,

и он редко реализуется.

Сеансовый уровень управляет передачей информации между прикладными

процессами, координирует прием, передачу и выдачу одного сеанса связи.

Кроме того, сеансовый уровень содержит дополнительно функции управления

паролями, управления диалогом, синхронизации и отмены связи в сеансе

передачи после сбоя вследствие ошибок в нижерасположенных уровнях. Функции

этого уровня состоят в координации связи между двумя прикладными

программами, работающими на разных рабочих станциях. Это происходит в виде

хорошо структурированного диалога. В число этих функций входит создание

сеанса, управление передачей и приемом пакетов сообщений во время сеанса и

завершение сеанса.

На сеансовом уровне определяется, какой будет передача между двумя

прикладными процессами:

- полудуплексной (процессы будут передавать и принимать данные по очереди);

- дуплексной (процессы будут передавать данные, и принимать их

одновременно).

В полудуплексном режиме сеансовый уровень выдает тому процессу,

который начинает передачу, маркер данных. Когда второму процессу приходит

время отвечать, маркер данных передается ему. Сеансовый уровень разрешает

передачу только той стороне, которая обладает маркером данных.

Сеансовый уровень обеспечивает выполнение следующих функций:

1. Установление и завершение на сеансовом уровне соединения между

взаимодействующими системами.

2. Выполнение нормального и срочного обмена данными между прикладными

процессами.

3. Управление взаимодействием прикладных процессов.

4. Синхронизация сеансовых соединений.

5. Извещение прикладных процессов об исключительных ситуациях.

6. Установление в прикладном процессе меток, позволяющих после отказа либо

ошибки восстановить его выполнение от ближайшей метки.

7. Прерывание в нужных случаях прикладного процесса и его корректное

возобновление.

8. Прекращение сеанса без потери данных.

9. Передача особых сообщений о ходе проведения сеанса.

Сеансовый уровень отвечает за организацию сеансов обмена данными между

оконечными машинами. Протоколы сеансового уровня обычно являются составной

частью протоколов трех верхних уровней модели.

5 Транспортный уровень (Transport Layer)

Транспортный уровень предназначен для передачи пакетов через

коммуникационную сеть. На транспортном уровне пакеты разбиваются на блоки.

На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть искажены или

утеряны. Хотя некоторые приложения имеют собственные средства обработки

ошибок, существуют и такие, которые предпочитают сразу иметь дело с

надежным соединением. Работа транспортного уровня заключается в том, чтобы

обеспечить приложениям или верхним уровням модели (прикладному и

сеансовому) передачу данных с той степенью надежности, которая им

требуется. Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых

транспортным уровнем. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых

услуг: срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, наличием

средств мультиплексирования нескольких соединений между различными

прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное

способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как

искажение, потеря и дублирование пакетов.

Транспортный уровень определяет адресацию физических устройств

(систем, их частей) в сети. Этот уровень гарантирует доставку блоков

информации адресатам и управляет этой доставкой. Его главной задачей

является обеспечение эффективных, удобных и надежных форм передачи

информации между системами. Когда в процессе обработки находится более

одного пакета, транспортный уровень контролирует очередность прохождения

пакетов. Если проходит дубликат принятого ранее сообщения, то данный

уровень опознает это и игнорирует сообщение.

В функции транспортного уровня входят:

1. Управление передачей по сети и обеспечение целостности блоков данных.

2. Обнаружение ошибок, частичная их ликвидация и сообщение о неисправленных

ошибках.

3. Восстановление передачи после отказов и неисправностей.

4. Укрупнение или разделение блоков данных.

5. Предоставление приоритетов при передаче блоков (нормальная или срочная).

6. Подтверждение передачи.

7. Ликвидация блоков при тупиковых ситуациях в сети.

Начиная с транспортного уровня, все вышележащие протоколы реализуются

программными средствами, обычно включаемыми в состав сетевой операционной

системы.

Наиболее распространенные протоколы транспортного уровня включают в

себя:

- TCP (Transmission Control Protocol) протокол управления передачей стека

TCP/IP;

- UDP (User Datagram Protocol) пользовательский протокол дейтаграмм стека

TCP/IP;

- NCP (NetWare Core Protocol) базовый протокол сетей NetWare;

- SPX (Sequenced Packet eXchange) упорядоченный обмен пакетами стека

Novell;

- TP4 (Transmission Protocol) – протокол передачи класса 4.

6 Сетевой уровень (Network Layer)

Сетевой уровень обеспечивает прокладку каналов, соединяющих

абонентские и административные системы через коммуникационную сеть, выбор

маршрута наиболее быстрого и надежного пути.

Сетевой уровень устанавливает связь в вычислительной сети между двумя

системами и обеспечивает прокладку виртуальных каналов между ними.

Виртуальный или логический канал - это такое функционирование компонентов

сети, которое создает взаимодействующим компонентам иллюзию прокладки между

ними нужного тракта. Кроме этого, сетевой уровень сообщает транспортному

уровню о появляющихся ошибках. Сообщения сетевого уровня принято называть

пакетами (packet). В них помещаются фрагменты данных. Сетевой уровень

отвечает за их адресацию и доставку.

Прокладка наилучшего пути для передачи данных называется

маршрутизацией, и ее решение является главной задачей сетевого уровня. Эта

проблема осложняется тем, что самый короткий путь не всегда самый лучший.

Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных по этому

маршруту; оно зависит от пропускной способности каналов связи и

интенсивности трафика, которая может изменяться с течением времени.

Некоторые алгоритмы маршрутизации пытаются приспособиться к изменению

нагрузки, в то время как другие принимают решения на основе средних

показателей за длительное время. Выбор маршрута может осуществляться и по

другим критериям, например, надежности передачи.

Протокол канального уровня обеспечивает доставку данных между любыми

узлами только в сети с соответствующей типовой топологией. Это очень

жесткое ограничение, которое не позволяет строить сети с развитой

структурой, например, сети, объединяющие несколько сетей предприятия в

единую сеть, или высоконадежные сети, в которых существуют избыточные связи

между узлами.

Таким образом, внутри сети доставка данных регулируется канальным

уровнем, а вот доставкой данных между сетями занимается сетевой уровень.

При организации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие

номер сети. В этом случае адрес получателя состоит из номера сети и номера

компьютера в этой сети.

Сети соединяются между собой специальными устройствами, называемыми

маршрутизаторами. Маршрутизатор это устройство, которое собирает информацию

о топологии межсетевых соединений и на ее основании пересылает пакеты

сетевого уровня в сеть назначения. Для того чтобы передать сообщение от

отправителя, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в другой

сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач (hops) между

сетями, каждый раз, выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут

представляет собой последовательность маршрутизаторов, по которым проходит

пакет.

Сетевой уровень отвечает за деление пользователей на группы и

маршрутизацию пакетов на основе преобразования MAC-адресов в сетевые

адреса. Сетевой уровень обеспечивает также прозрачную передачу пакетов на

транспортный уровень.

Сетевой уровень выполняет функции:

1. Создание сетевых соединений и идентификация их портов.

2. Обнаружение и исправление ошибок, возникающих при передаче через

коммуникационную сеть.

3. Управление потоками пакетов.

4. Организация (упорядочение) последовательностей пакетов.

5. Маршрутизация и коммутация.

6. Сегментирование и объединение пакетов.

На сетевом уровне определяется два вида протоколов. Первый вид

относится к определению правил передачи пакетов с данными конечных узлов от

узла к маршрутизатору и между маршрутизаторами. Именно эти протоколы обычно

имеют в виду, когда говорят о протоколах сетевого уровня. Однако часто к

сетевому уровню относят и другой вид протоколов, называемых протоколами

обмена маршрутной информацией. С помощью этих протоколов маршрутизаторы

собирают информацию о топологии межсетевых соединений.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18