Osi modelové protokoly reláčnej vrstvy a ich účel. Model prepojenia otvorených systémov (OSI). Osi transportné funkcie

V tomto článku pochopíme, čo je sieťový model OSI, z akých vrstiev sa skladá a aké funkcie vykonáva. Predmetom rozhovoru je teda určitý model interakcie medzi štandardmi, ktoré určujú postupnosť výmeny údajov, a programami.

OSI Open Systems Interconnection je skratka pre model Open Systems Interconnection Model. Na vyriešenie problému interoperability rôznych systémov vydala organizácia pre normalizáciu v roku 1983 referenciu na model OSI. Opisuje štruktúru otvorených systémov, ich požiadavky a ich interakcie.

Otvorený systém je systém vyrobený podľa otvorených špecifikácií, ktoré sú k dispozícii všetkým a tiež vyhovujú určitým normám. Napríklad Windows sa považuje za otvorený systém, pretože je založený na otvorených špecifikáciách, ktoré popisujú aktivity Internetu, ale počiatočné systémové kódy sú uzavreté.

Výhodou je, že je možné vybudovať sieť zariadení od rôznych výrobcov, v prípade potreby vymeniť jej jednotlivé komponenty. Je možné bez problémov kombinovať niekoľko sietí do jednej.

Podľa modelu, ktorý zvažujeme, je nevyhnutné, aby počítačové siete pozostávali zo siedmich úrovní. Vzhľadom na to, že model neopisuje protokoly definované jednotlivými štandardmi, nejde o sieťovú architektúru.

Z praktického hľadiska sa, bohužiaľ, model interoperability otvorených systémov neuplatňuje. Jeho zvláštnosť spočíva v osvojení si teoretických otázok sieťovej interakcie. Preto sa tento model používa ako jednoduchý jazyk na opísanie konštrukcie rôznych typov sietí.

Úrovne modeluOSI

Základnou štruktúrou je systém 7 úrovní. Vyvstáva otázka, za čo je zodpovedných sedem etáp a prečo model, toľko úrovní? Všetky sú zodpovedné za určitú fázu procesu odosielania sieťovej správy a obsahujú tiež určité sémantické zaťaženie. Kroky sa vykonávajú navzájom oddelene a nevyžadujú si zvýšenú kontrolu zo strany používateľa. Nie je to pohodlné?

Nižšie stupne systému, jedna až tri, riadia fyzické doručenie údajov po sieti, hovorí sa im mediálne vrstvy.

Zvyšok, vrstvy, pomáhajú zabezpečiť presné dodanie údajov medzi počítačmi v sieti, ktoré sa nazývajú hostiteľské počítače.

Aplikovaná je najbližšia úroveň používateľa. Líši sa od ostatných tým, že neposkytuje služby na iných úrovniach. Poskytuje služby aplikačným procesom, ktoré nespadajú do rozsahu modelu, napríklad prenos databázy, hlas a ďalšie.

Táto fáza je porovnateľne jednoduchšia ako iné, pretože okrem núl a núl nemá žiadne ďalšie meracie systémy, táto úroveň neanalyzuje informácie, a preto je najnižšou z týchto úrovní. Prenáša hlavne informácie. Hlavným parametrom pracovného zaťaženia je bit.

Hlavným účelom fyzickej vrstvy je reprezentovať nulu a jednu ako signály prenášané cez dátové prenosové médium.

Napríklad existuje určitý komunikačný kanál (CC), odosielaná správa, odosielateľ a podľa toho príjemca. KS má svoje vlastné charakteristiky:

• Priepustnosť, meraná v bitoch / s, to znamená, koľko dát môžeme preniesť za jednotku času.
• Oneskorenie je, ako dlho bude trvať, kým sa správa dostane od odosielateľa k príjemcovi.
• Počet chýb, ak sa chyby vyskytujú často, by protokoly mali poskytovať opravu chýb. A ak je to zriedkavé, potom sa dajú opraviť na vyšších úrovniach, napríklad na úrovni dopravy.

Ako komunikačný kanál sa používajú:

• Káble: telefónne, koaxiálne, krútené dvojlinky, optické.
• Bezdrôtové technológie ako rádiové vlny, infračervené žiarenie.
• Satelit CS
• Bezdrôtová optika alebo lasery sa zriedka používajú kvôli ich nízkej rýchlosti a veľkému rušeniu.

Je veľmi zriedkavé, že sa vyskytujú chyby v optických kábloch, pretože je ťažké ovplyvniť šírenie svetla. V medených kábloch sa vyskytujú chyby, ale zriedka a v bezdrôtovom prostredí sa vyskytujú chyby veľmi často.

Nasledujúca stanica navštívená informáciou bude colníkom pripomínať. Konkrétne sa porovná adresa IP z hľadiska kompatibility s prenosovým médiom. Taktiež identifikuje a opravuje chyby systému. Pre uľahčenie ďalších operácií sú bity zoskupené do rámcov - rámcov.

Účelom spojovacej vrstvy je prenos správ cez rámce CC.

Úlohydátový odkaz

• Nájdite, kde v prúde bitov správa začína a končí
• Zistiť a opraviť chyby pri odosielaní informácií
• Pri adresovaní musíte vedieť, do ktorého počítača chcete odoslať informácie, pretože v zásade je niekoľko počítačov pripojených k zdieľanému prostrediu
• Poskytnite konzistentný prístup k zdieľanému prostrediu, aby informácie boli prenášané jedným počítačom súčasne.

Chyby sa zisťujú a opravujú na úrovni odkazu. Ak je takáto detekovaná, skontroluje sa správnosť doručenia dát, ak je nesprávna, rámec sa zahodí.

Oprava chýb si vyžaduje použitie špeciálnych kódov, ktoré k prenášaným údajom pridávajú nadbytočné informácie.

Opätovné odoslanie údajov, ktoré sa používa v spojení s metódou detekcie chýb. Ak sa v rámci zistí chyba, zahodí sa a odosielateľ tento rámec znova pošle ďalej.

Zistiť a opraviť chyby

Prax ukázala účinnosť nasledujúcich metód, ak sa používa spoľahlivé médium na prenos údajov (káblové pripojenie) a chyby sa vyskytujú zriedka, potom je lepšie ich opraviť na vyššej úrovni. Ak sa v CS vyskytujú chyby často, musia sa chyby okamžite opraviť na úrovni odkazu.

Funkcie tejto fázy v počítači sú implementované pomocou sieťových adaptérov a ovládačov vhodných pre ne. Prostredníctvom nich prebieha priama výmena údajov.

Niektoré z protokolov používaných vo vrstve liniek sú HDLC, ktoré používajú topológiu zbernice, a ďalšie.

(NETWORK)

Fáza pripomína proces distribúcie informácií. Napríklad všetci používatelia sú rozdelení do skupín a dátové pakety sa líšia podľa adries IP, ktoré pozostávajú z 32 bitov. Vďaka práci smerovačov v tomto prípade sú odstránené všetky rozdiely v sieťach. Toto je proces, ktorý sa nazýva logické smerovanie.

Hlavnou úlohou je vytvárať kompozitné siete založené na sieťových technológiách rôznych úrovní kanálov: Ethernet, MPLS. Sieťová vrstva je „chrbticou“ internetu.

Priradenie sieťovej vrstvy

Môžeme prenášať informácie z jedného počítača do druhého cez Ethernet a Wi-Fi, tak prečo potrebujeme ďalšiu vrstvu? Technológia odkazovej vrstvy (CS) má dva problémy, po prvé sa technológie CS navzájom líšia a po druhé existuje obmedzenie škálovania.

Aké sú rozdiely v technológiách odkazových vrstiev?

Rôzne úrovne poskytovaných služieb, niektoré úrovne zaručujú doručenie a požadované poradie správ. Wi-Fi iba zaručuje doručenie správy, nie.

Rôzne adresovanie, veľkosť, hierarchia. Sieťové technológie môžu podporovať vysielanie, t.j. je možné posielať informácie do všetkých počítačov v sieti.

Maximálna veľkosť rámca (MTU) sa môže líšiť napríklad v internete 1500 a Wi-Fi 2300. Ako je možné tieto rozdiely zosúladiť na úrovni siete?

Môžete poskytnúť iný typ služby, napríklad rámce z Wi-Fi sa príjmu s potvrdením a bez potvrdenia sa odošlú do siete Ethernet.

Aby sa mohol vyjednať rozdiel v adresovaní, na sieťovej vrstve sa zavádzajú globálne adresy, ktoré nezávisia od konkrétnych technologických adries (ARP pre) odkazovej vrstvy.

Fragmentácia sa používa na prenos dát cez zreťazené siete, ktoré majú rozdielne veľkosti prenášaného rámca. Zoberme si príklad, prvý počítač prenáša údaje do druhého cez 4 sprostredkujúce siete prepojené 3 smerovačmi. Každá sieť má inú MTU.

Počítač vygeneroval prvý rámec a preniesol ho na smerovač, smerovač analyzoval veľkosť rámca a uvedomil si, že je nemožné ho úplne preniesť cez sieť 2, pretože jeho mtu2 je príliš malý.

Router rozdelí údaje na 3 časti a prenáša ich osobitne.

Nasledujúci smerovač kombinuje údaje do jedného veľkého paketu, určuje ich veľkosť a porovnáva ich so sieťou 3. A vidí, že jeden paket MTU3 nemožno preniesť úplne (MTU3 je väčší ako MTU2, ale menší ako MTU1) a smerovač rozdelí paket na 2 časti a odošle ho na ďalší smerovač.

Posledný smerovač zreťazí paket a odošle celý paket príjemcovi. Fragmentácia sa zaoberá pripájaním sietí a je skrytá pred odosielateľom a prijímateľom.

Ako je riešená škálovateľnosť na úrovni siete?

Práce sa nevykonávajú na jednotlivých adresách, ako na úrovni odkazu, ale na blokoch adries. Pakety, pre ktoré cesta nie je známa, sa zahodia, a nie sa preposielajú späť na všetky porty. A čo je podstatný rozdiel od prvého, bude aktívna možnosť niekoľkých pripojení medzi zariadeniami sieťovej vrstvy a všetkými týmito spojeniami.

Úlohy sieťovej vrstvy:

• Kombinujte siete vybudované rôznymi technológiami;
• Poskytovať kvalitné služby;
• Smerovanie, nájdenie cesty od odosielateľa informácií k príjemcovi cez stredné uzly siete.

Smerovanie

Nájdenie cesty pre odoslanie paketu medzi sieťami cez tranzitné uzly - smerovače. Pozrime sa na príklad smerovania. Obvod sa skladá z 5 smerovačov a dvoch počítačov. Ako je možné prenášať údaje z jedného počítača do druhého?

Nabudúce môžu byť údaje odoslané iným spôsobom.

Ak sa niektorý z routerov pokazí, nič zlé sa nestane, môžete nájsť spôsob, ako pokazený router obísť.

V tejto fáze sa používajú protokoly: internetový protokol IP; Na smerovanie paketov v sieťach atď. Sa vyžaduje IPX

(DOPRAVA)

Je tu ďalšia úloha, paket prichádza k počítaču pripojenému k kompozitnej sieti, v počítači beží veľa sieťových aplikácií (webový prehliadač, skype, mail), musíme pochopiť, do ktorej aplikácie musíme tento paket preniesť. Transportná vrstva sa zaoberá interakciou sieťových aplikácií.

Úlohy transportnej vrstvy

Posielanie údajov medzi procesmi na rôznych hostiteľoch. Pri poskytovaní adresovania potrebujete vedieť, pre ktorý proces je tento alebo ten paket určený. Zaistenie spoľahlivosti prenosu informácií.

Interakčný modelotvorený systém

Hostitelia sú zariadenia, kde fungujú užitočné užívateľské programy a sieťové zariadenia, napríklad prepínače, smerovače.

Funkciou transportnej vrstvy je priama interakcia jedného počítača s transportnou vrstvou na inom počítači; na iných úrovniach prebieha interakcia pozdĺž článkov reťazca.

Táto vrstva poskytuje spojenie typu end-to-end medzi dvoma komunikujúcimi hostiteľmi. Táto vrstva je nezávislá od siete, umožňuje vám skryť podrobnosti sieťovej interakcie pred vývojármi aplikácií.

Na adresovanie na transportnej úrovni sa používajú porty, jedná sa o čísla od 1 do 65535. Porty sú napísané takto: 192.168.1.3:80 (IP adresa a port).

Vlastnosti transportnej vrstvy

Poskytuje vyššiu spoľahlivosť na rozdiel od siete, ktorá sa používa na prenos údajov. Používajú sa spoľahlivé komunikačné kanály, chyby v týchto CS sú zriedkavé, preto si môžete vytvoriť spoľahlivú sieť, ktorá bude lacná a chyby je možné opraviť programovo na hostiteľoch.

Transportná vrstva zaručuje dodanie dát, využíva potvrdenie od príjemcu, ak potvrdenie nedorazilo, transport zasiela potvrdenie dát znovu. Záruka nasledujúcich správ.

Úroveň relácie (ZASADNUTIE)

Relácia (relácia) je súbor sieťových interakcií zameraných na riešenie jedného problému.

Sieť je teraz zložitejšia a nepozostáva z jednoduchých otázok a odpovedí, ako to bolo kedysi. Napríklad načítate webovú stránku, aby ste ju zobrazili v prehliadači, musíte najskôr načítať text samotnej webovej stránky (.html), súbor štýlov (.css), ktorý popisuje prvky webovej stránky, načítať obrázky. Na dokončenie úlohy načítaním webovej stránky je teda potrebné implementovať niekoľko samostatných sieťových operácií.

Relácia určuje, aký bude prenos informácií medzi 2 aplikovanými procesmi: poloduplex (ďalší prenos a príjem dát); alebo duplex (súčasný prenos a príjem informácií).

Prezentačná vrstva(PREZENTÁCIA)

Funkcie - prezentujú údaje prenášané medzi procesmi aplikácie v požadovanej podobe.

Na opísanie tejto úrovne použite automatický preklad na internete z rôznych jazykov. Napríklad vytočíte telefónne číslo, hovoríte po rusky, sieť sa automaticky preloží do francúzštiny, prenesie informácie do Španielska, kde osoba zdvihne telefón a počuje vašu otázku v španielčine. Táto úloha ešte nebola implementovaná.

Na ochranu údajov odosielaných cez sieť sa používa šifrovanie: zabezpečenú vrstvu soketov, ako aj zabezpečenie transportnej vrstvy, tieto technológie umožňujú šifrovanie údajov odosielaných cez sieť.

Protokoly aplikačnej vrstvy používajú TSL / SSL a dajú sa rozlíšiť písmenom s na konci. Napríklad https, ftps a ďalšie. Ak v prehliadači zistíte, že sa používa protokol https a zámok, znamená to, že údaje sú chránené prostredníctvom siete pomocou šifrovania.

(APLIKÁCIA)

Vyžaduje sa pre interakciu medzi sieťovými aplikáciami, ako sú web, e-mail, skype atď.

V podstate ide o súbor špecifikácií, ktoré umožňujú používateľovi vstup na stránky s cieľom nájsť potrebné informácie. Zjednodušene povedané, úlohou aplikácie je poskytovať prístup k sieťovým službám. Obsah tejto úrovne je veľmi rôznorodý.

Funkciežiadosť:

• Riešenie problémov, posielanie súborov; správa úloh a systémov;
• Identifikácia používateľov podľa prihlasovacieho mena, e-mailovej adresy, hesla, elektronických podpisov;
• Žiadosti o pripojenie k iným aplikačným procesom;

Videá o všetkých úrovniach modeluOSI

Záver

Analýza problémov pomocou sieťových modelov OSI vám môže pomôcť rýchlo ich nájsť a opraviť. Nie nadarmo sa práce na projekte programu, schopného odhaliť nedostatky, ktoré majú súčasne zložité stupňovité zariadenie, uskutočňovali pomerne dlho. Tento model je v skutočnosti štandardom. V skutočnosti súčasne prebiehali práce na vytvorení ďalších protokolov. Napríklad, . Dnes sa používajú pomerne často.

Spomínaný systém sa skladá zo siedmich vrstvy modelu OSI. Každý protokol pracuje s protokolmi svojej vlastnej úrovne, a to buď o úroveň nižšiu alebo vyššiu od seba.

Každá úroveň pracuje s konkrétnym typom údajov:

1. Fyzické - bitové;
2. Kanál - rám;
3. Sieť - balík;
4. Doprava - segmenty / datagramy;
5. Session - sedenie;
6. Výkonný - prúd;
7. Použité - údaje

Vrstvy modelu OSI

Úroveň aplikácie ( aplikačná vrstva)

Toto je najvyšší bod vrstva sieťového modelu OSI... Nazýva sa tiež aplikačná vrstva. Navrhnuté pre interakciu používateľa so sieťou. Vrstva poskytuje aplikáciám možnosť využívať rôzne sieťové služby.

Funkcie:

• vzdialený prístup;
• poštová služba;
• generovanie dotazov na ďalšiu úroveň ( prezentačná vrstva)

Protokoly sieťovej vrstvy:

• BitTorrent
• HTTP
• SMTP
• SNMP
• TELNET

Prezentačná vrstva ( prezentačná vrstva)

Toto je druhá úroveň. Hovorí sa jej aj reprezentatívna úroveň. Určené na prevod protokolov, ako aj na kódovanie a dekódovanie údajov. V tejto fáze sa požiadavky doručené z aplikačnej vrstvy formujú do údajov na prenos cez sieť a naopak.

Funkcie:

• kompresia / dekompresia údajov;
• kódovanie / dekódovanie údajov;
• presmerovanie požiadaviek

Protokoly sieťovej vrstvy:

• LPP
• NDR

Úroveň relácie ( vrstva relácie)

Toto vrstva sieťového modelu OSI je zodpovedný za udržiavanie komunikačnej relácie. Vďaka tejto vrstve môžu aplikácie vzájomne interagovať dlhší čas.

Funkcie:

• priznanie práv
• vytvoriť / pozastaviť / obnoviť / ukončiť komunikáciu

Protokoly sieťovej vrstvy:

• ISO-SP
• L2TP
• NetBIOS
• PPTP
• SMPP

Transportná vrstva ( transportná vrstva)

Toto je štvrtá úroveň, ak počítate zhora. Navrhnuté pre spoľahlivý prenos dát. Prenos však nemusí byť vždy spoľahlivý. Duplikácia a nedoručenie údajov sú možné.

Protokoly sieťovej vrstvy:

• UDP
• SST
• RTP

Sieťová vrstva ( sieťová vrstva)

The vrstva sieťového modelu OSI zodpovedný za určenie najlepšej a najkratšej cesty pre prenos dát.

Funkcie:

• pridelenie adresy
• sledovanie kolízií
• definícia trasy
• komutácia

Protokoly sieťovej vrstvy:

• IPv4 / IPv6
  
• CLNP
• IPsec
• RIP
• OSPF

Odkazová vrstva ( Vrstva dátového spojenia)

Toto je šiesta vrstva, ktorá je zodpovedná za doručenie údajov medzi zariadeniami, ktoré sú v rovnakej oblasti siete.

Funkcie:

• hardvérové \u200b\u200badresovanie
• kontrola chýb
• oprava chyby

Protokoly sieťovej vrstvy:

• SLIP
• LAPD
• Bezdrôtová sieť LAN IEEE 802.11,
• FDDI
• ARCnet

Fyzická vrstva ( fyzická vrstva)

Najnižšia a najnovšia vrstva sieťového modelu OSI... Slúži na definovanie spôsobu prenosu dát vo fyzickom / elektrickom prostredí. Povedzme napríklad akýkoľvek web. “ hrať online kasínohttp://bestforplay.net ", sa nachádza na nejakom serveri, ktorého rozhrania tiež prenášajú určitý druh elektrického signálu cez káble a vodiče.

Funkcie:

• definovanie typu prenosu údajov
• prenos dát

Protokoly sieťovej vrstvy:

• IEEE 802.15 (Bluetooth)
• 802.11 Wi-Fi
• Rádiové rozhranie GSMUm
• ITU a ITU-T
• EIARS-232

Tabuľka 7-vrstvového modelu OSI

Referenčný model OSI je sedemvrstvová sieťová hierarchia vytvorená Medzinárodnou organizáciou pre normalizáciu (ISO). Model zobrazený na obrázku 1 má 2 rôzne modely:

• horizontálny model založený na protokoloch, ktorý implementuje interakciu procesov a softvéru na rôznych strojoch
• vertikálny model založený na službách implementovaných navzájom susednými vrstvami na rovnakom stroji

Vo vertikále sa susedné úrovne vymieňajú s informáciami pomocou rozhraní API. Horizontálny model vyžaduje spoločný protokol na výmenu informácií na jednej úrovni.

Obrázok 1

Model OSI popisuje iba metódy interakcie systému implementované OS, softvérom atď. Model nezahŕňa metódy interakcie s koncovým používateľom. V ideálnom prípade by aplikácie mali pristupovať k hornej vrstve modelu OSI, ale v praxi má veľa protokolov a programov prístup k spodným vrstvám.

Fyzická vrstva

Na fyzickej úrovni sú dáta reprezentované vo forme elektrických alebo optických signálov zodpovedajúcich 1 a 0 binárneho toku. Parametre prenosového média sú určené na fyzickej úrovni:

• typ konektorov a káblov
• priradenie pinov v konektoroch
• obvod kódovania signálu 0 a 1

Najbežnejšie typy špecifikácií na tejto úrovni sú:

• nevyvážené parametre sériového rozhrania -
• vyvážené parametre sériového rozhrania -
• IEEE 802.3 -
• IEEE 802.5 -

Na fyzickej úrovni je nemožné pochopiť význam dát, pretože sú reprezentované vo forme bitov.

Prepojiť vrstvu

Tento kanál implementuje prenos a príjem dátových rámcov. Vrstva implementuje požiadavky sieťovej vrstvy a na príjem a prenos používa fyzickú vrstvu. Špecifikácie IEEE 802.x rozdeľujú túto vrstvu na dva podvrstvy, riadenie logického spojenia (LLC) a riadenie prístupu k médiám (MAC). Najbežnejšie protokoly na tejto úrovni sú:

• IEEE 802.2 LLC a MAC
• Ethernet
• Tokenový prsteň

Na tejto úrovni tiež implementuje detekciu a opravu chýb prenosu. Na vrstve dátového spojenia je paket umiestnený v dátovom poli rámca - zapuzdrenie. Zistenie chyby je možné pomocou rôznych metód. Napríklad implementácia pevných hraníc rámca alebo kontrolný súčet.

Sieťová vrstva

Na tejto úrovni sú používatelia siete rozdelení do skupín. Toto je miesto, kde je implementované smerovanie paketov na základe MAC adries. Sieťová vrstva implementuje transparentný prenos paketov do transportnej vrstvy. Na tejto úrovni sú hranice sietí rôznych technológií vymazané. pracovať na tejto úrovni. Príklad fungovania sieťovej vrstvy je uvedený na obrázku 2. Najbežnejšie protokoly sú:

Kresba - 2

Transportná vrstva

Na tejto úrovni sú informačné toky rozdelené do paketov na prenos na úrovni siete. Najbežnejšie protokoly na tejto úrovni:

• TCP - protokol riadenia prenosu

Úroveň relácie

Na tejto úrovni prebieha organizácia relácií výmeny informácií medzi terminálovými strojmi. Na tejto úrovni sa určuje aktívna stránka a implementuje sa synchronizácia relácií. V praxi veľa protokolov iných vrstiev obsahuje funkciu reláčnej vrstvy.

Prezentačná vrstva

Na tejto úrovni sa údaje vymieňajú medzi softvérom v rôznych operačných systémoch. Na tejto úrovni sa implementuje transformácia informácií (kompresia atď.) Na prenos informačného toku do transportnej vrstvy. Protokoly vrstiev používajú aj tí, ktorí používajú vyššie vrstvy modelu OSI.

Úroveň aplikácie

Aplikačná vrstva implementuje prístup aplikácie do siete. Vrstva riadi prenos súborov a správu siete. Použité protokoly:

• FTP / TFTP - protokol na prenos súborov
• X 400 - e-mail
• Telnet
• CMIP - správa informácií
• SNMP - správa siete
• NFS - sieťový súborový systém
• FTAM - metóda prístupu k prenosu súborov

V dnešnom článku sa chcem vrátiť k základom a hovoriť o nich modely interakcie otvorených systémov OSI... Tento materiál bude užitočný pre začínajúcich správcov systému a všetkých, ktorí majú záujem o budovanie počítačových sietí.

Všetky komponenty siete, od média na prenos dát až po zariadenie, navzájom fungujú a interagujú v súlade so súborom pravidiel, ktoré sú popísané v tzv. modely interakcie otvorených systémov.

Model interakcie otvorených systémov OSI (Open System Interconnection) vyvinula Medzinárodná organizácia pre normalizáciu ISO (Inernational Standards Organization).

Podľa modelu OSI prechádzajú dáta prenášané zo zdroja do cieľa sedem úrovní ... Na každej úrovni sa vykonáva konkrétna úloha, ktorá v konečnom dôsledku nielenže zaručuje dodanie údajov do konečného miesta určenia, ale aj robí ich prenos nezávislým od prostriedkov použitých na tento účel. Týmto sa dosahuje kompatibilita medzi sieťami s rôznymi topológiami a sieťovými zariadeniami.

Rozdelenie všetkých sieťových zariadení na vrstvy zjednodušuje ich návrh a implementáciu. Čím vyššia úroveň, tým ťažší je problém, ktorý rieši. Prvé tri vrstvy modelu OSI ( fyzický, kanál, sieť) úzko súvisia so sieťou a použitým sieťovým vybavením. Posledné tri úrovne ( relácia, prezentačná vrstva, aplikované) sa implementujú prostredníctvom operačného systému a aplikačných programov. Transportná vrstva pôsobí ako sprostredkovateľ medzi týmito dvoma skupinami.

Pred odoslaním cez sieť sa údaje rozdelia na balíkov , t.j. kúsky informácií usporiadané určitým spôsobom tak, aby boli zrozumiteľné prijímacím a vysielacím zariadeniam. Pri odosielaní dát sa paket spracováva postupne pomocou všetkých vrstiev modelu OSI, od aplikácie po fyzickú. Na každej úrovni kontrolné informácie tejto úrovne (tzv hlavička balíka ), ktorý je nevyhnutný pre úspešný prenos údajov v sieti.

Vo výsledku sa táto sieťová správa začne podobať vrstvenému sendviču, ktorý by mal byť „jedlá“ pre počítač, ktorý ju prijal. Ak to chcete urobiť, musíte dodržiavať určité pravidlá výmeny údajov medzi počítačmi v sieti. Tieto pravidlá sú pomenované protokoly .

Na prijímacej strane je paket spracovaný pomocou všetkých vrstiev modelu OSI v opačnom poradí, od fyzickej až po aplikáciu. Na každej úrovni príslušné prostriedky vedené protokolom vrstvy prečítajú informácie o pakete, potom odstránia informácie pridané k paketu na rovnakej úrovni odosielajúcou stranou a prenesú paket pomocou ďalšej úrovne. Keď sa balík dostane do aplikačnej vrstvy, z balíka sa odstránia všetky kontrolné informácie a údaje sa vrátia do pôvodnej podoby.

Teraz sa pozrime bližšie na to, ako jednotlivé vrstvy modelu OSI fungujú:

Fyzická vrstva - najnižší, za ním je komunikačný kanál, cez ktorý sa prenášajú informácie. Podieľa sa na organizácii komunikácie s prihliadnutím na vlastnosti média na prenos údajov. Obsahuje teda všetky informácie o médiu na prenos údajov: úroveň a frekvencia signálu, prítomnosť rušenia, úroveň útlmu signálu, odpor kanálu atď. Okrem toho je to on, kto je zodpovedný za prenos toku informácií a ich transformáciu v súlade s existujúcimi metódami kódovania. Fyzická vrstva je pôvodne priradená sieťovému zariadeniu.
Stojí za zmienku, že káblová a bezdrôtová sieť sa určuje pomocou fyzickej vrstvy. V prvom prípade sa ako fyzické médium použije kábel, v druhom akýkoľvek druh bezdrôtovej komunikácie, napríklad rádiové vlny alebo infračervené žiarenie.

Prepojiť vrstvu vykonáva najťažšiu úlohu - zaisťuje zaručený prenos dát pomocou algoritmov fyzickej vrstvy a overuje správnosť prijatých dát.

Pred zahájením dátového prenosu sa stanoví dostupnosť kanála dátového prenosu. Informácie sa prenášajú blokmi, ktoré nesú meno personál alebo rámy ... Každý takýto rámec je dodávaný so sekvenciou bitov na konci a na začiatku bloku a je tiež doplnený kontrolným súčtom. Keď je takýto blok prijatý na úrovni spojenia, prijímač musí skontrolovať integritu bloku a porovnať prijatý kontrolný súčet s kontrolným súčtom obsiahnutým v jeho zložení. Ak sa zhodujú, údaje sa považujú za správne, inak sa zaznamená chyba a vyžaduje sa opakovaný prenos. V každom prípade sa odosielateľovi pošle signál s výsledkom operácie, čo sa stane s každým rámcom. Druhou dôležitou úlohou spojovacej vrstvy je teda validácia údajov.

Linkovú vrstvu je možné implementovať tak v hardvéri (napríklad pomocou prepínačov), ako aj v softvéri (napríklad ovládač sieťového adaptéra).

Sieťová vrstva je potrebné vykonať prácu na prenose dát s predbežným určením optimálnej cesty pre pohyb paketov. Pretože sieť môže pozostávať zo segmentov s rôznymi topológiami, hlavnou úlohou sieťovej vrstvy je určiť najkratšiu cestu a zároveň prevádzať logické adresy a názvy sieťových zariadení do ich fyzickej podoby. Tento proces sa nazýva smerovanie a jeho dôležitosť možno ťažko preceňovať. Prenos dát sa uskutočňuje čo najskôr a maximálnou rýchlosťou, pretože má smerovaciu schému, ktorá sa neustále aktualizuje z dôvodu výskytu rôznych druhov „preťaženia“ v sieti.

Transportná vrstva sa používa na organizáciu spoľahlivého prenosu údajov, ktorý vylučuje stratu informácií, ich nesprávnosť alebo duplikáciu. Zároveň sa sleduje súlad so správnou postupnosťou pri prenose a prijímaní údajov, ich rozdelenie na menšie pakety alebo ich kombinovanie do väčších, aby sa zachovala integrita informácií.

Úroveň relácie zodpovedný za vytvorenie, udržiavanie a udržiavanie komunikačnej relácie po dobu potrebnú na dokončenie prenosu celého množstva údajov. Okrem toho synchronizuje prenos paketov kontrolou dodania a integrity paketu. V procese prenosu údajov sa vytvárajú špeciálne kontrolné body. Ak dôjde k zlyhaniu počas prenosu a príjmu, chýbajúce pakety sa odošlú znova, počnúc najbližším kontrolným bodom, ktorý umožňuje čo najskôr preniesť celé množstvo dát a zabezpečiť všeobecne dobrú rýchlosť.

Prezentačná vrstva (alebo, ako sa tiež nazýva, reprezentatívnej úrovni ) je stredne pokročilý, jeho hlavnou úlohou je prevádzať údaje z formátu na prenos v sieti do formátu zrozumiteľného pre vyššiu úroveň a naopak. Okrem toho je zodpovedný za prevod údajov do jedného formátu: keď sa informácie prenášajú medzi dvoma úplne odlišnými sieťami s rôznymi formátmi údajov, potom pred ich spracovaním je potrebné ich priviesť do formy, ktorá bude zrozumiteľná príjemcovi aj odosielateľovi. Na tejto úrovni sa používajú algoritmy šifrovania a kompresie údajov.

Úroveň aplikácie - posledný a najvyšší v modeli OSI. Zodpovedá za komunikáciu v sieti s používateľmi - aplikáciami, ktoré vyžadujú informácie od sieťových služieb na všetkých úrovniach. S jeho pomocou môžete zistiť všetko, čo sa stalo pri prenose dát, ako aj informácie o chybách, ktoré sa pri ich prenose vyskytli. Táto úroveň navyše zaisťuje prevádzku všetkých externých procesov vykonávaných z dôvodu prístupu do siete - databáz, poštových klientov, správcov sťahovania súborov atď.

Na internete som našiel obrázok, na ktorom sa predstavil neznámy autor sieťový model OSI vo forme hamburgeru. Myslím si, že je to veľmi nezabudnuteľný obrázok. Ak zrazu v nejakej situácii (napríklad na pracovnom pohovore) musíte vymenovať všetkých sedem úrovní modelu OSI z pamäte v správnom poradí - nezabudnite na tento obrázok, ktorý vám pomôže. Pre pohodlie som preložil názvy úrovní z angličtiny do ruštiny: To je na dnes všetko. V ďalšom článku budem pokračovať v téme a hovorím o nej.

Pre jednotné zastúpenie údajov v sieťach s heterogénnymi zariadeniami a softvérom vyvinula Medzinárodná organizácia pre normalizáciu (ISO) základný komunikačný model pre otvorené systémy OSI (Open System Interconnection). Tento model popisuje pravidlá a postupy pre prenos údajov v rôznych sieťových prostrediach pri vytváraní komunikačnej relácie. Hlavnými prvkami modelu sú vrstvy, aplikačné procesy a fyzická konektivita. Na obr. 1.10 zobrazuje štruktúru základného modelu.

Každá vrstva modelu OSI vykonáva špecifickú úlohu v procese prenosu údajov cez sieť. Základný model je základom pre vývoj sieťových protokolov. OSI rozdeľuje komunikačné funkcie v sieti na sedem vrstiev, z ktorých každá slúži inej časti procesu prepojenia otvorených systémov.

Model OSI popisuje iba komunikáciu systému, nie aplikácie koncových používateľov. Aplikácie implementujú svoje vlastné komunikačné protokoly prístupom k systémovým nástrojom.

Obrázok: 1.10. Model OSI

Ak aplikácia môže prevziať funkcie niektorých horných vrstiev modelu OSI, potom sa pri výmene údajov obráti priamo na systémové nástroje, ktoré vykonávajú funkcie zostávajúcich spodných vrstiev modelu OSI.

Interakcia vrstvy modelu OSI

Model OSI možno rozdeliť do dvoch rôznych modelov, ako je znázornené na obr. 1,11:

Horizontálny model založený na protokole, ktorý poskytuje mechanizmus interakcie programov a procesov na rôznych strojoch;

Vertikálny model založený na službách poskytovaných navzájom susednými vrstvami na rovnakom stroji.

Každá úroveň odosielajúceho počítača interaguje s rovnakou úrovňou prijímajúceho počítača, ako keby bol priamo pripojený. Takýto odkaz sa nazýva logický alebo virtuálny odkaz. V skutočnosti komunikácia prebieha medzi susednými úrovňami toho istého počítača.

Takže informácie o odosielajúcom počítači musia prechádzať všetkými úrovňami. Potom sa prenáša cez fyzické médium na prijímajúci počítač a opäť prechádza cez všetky vrstvy, kým nedosiahne rovnakú úroveň, z ktorej bol odoslaný na odosielajúcom počítači.

V horizontálnom modeli tieto dva programy vyžadujú spoločný protokol na výmenu údajov. Vo vertikálnom modeli susedné vrstvy komunikujú pomocou API (Application Programming Interface).

Obrázok: 1.11. Schéma interakcie počítačov v základnom referenčnom modeli OSI

Dáta sa pred odoslaním do siete rozdelia na pakety. Paket je jednotka informácií prenášaných medzi stanicami v sieti.

Pri odosielaní dát prechádza paket postupne všetkými vrstvami softvéru. Na každej úrovni sa do paketu pridávajú riadiace informácie tejto úrovne (hlavička), ktoré sú potrebné na úspešný prenos dát po sieti, ako je znázornené na obr. 1.12, kde Zag je hlavička paketu, Kon je koniec paketu.

Na strane prijímania prechádza paket všetkými vrstvami v opačnom poradí. Na každej vrstve protokol tejto vrstvy prečíta informácie o pakete, potom odstráni informácie pridané k paketu na rovnakej úrovni odosielajúcou stranou a odovzdá paket nasledujúcej vrstve. Keď sa balík dostane do aplikačnej vrstvy, z balíka sa odstránia všetky kontrolné informácie a údaje sa vrátia do pôvodnej podoby.

Obrázok: 1.12. Tvorba balíka každej úrovne sedemstupňového modelu

Každá úroveň modelu plní svoju vlastnú funkciu. Čím vyššia úroveň, tým ťažší je problém, ktorý rieši.

Je vhodné uvažovať o jednotlivých vrstvách modelu OSI ako o skupinách programov určených na vykonávanie konkrétnych funkcií. Jedna vrstva je napríklad zodpovedná za zabezpečenie prevodu údajov z ASCII na EBCDIC a obsahuje programy potrebné na splnenie tejto úlohy.

Každá vrstva poskytuje službu vyššej vrstve a požaduje zas službu od nižšej vrstvy. Horné vrstvy požadujú službu takmer rovnakým spôsobom: spravidla je potrebné smerovať niektoré údaje z jednej siete do druhej. Praktická implementácia princípov adresovania údajov je priradená nižším úrovniam. Na obr. 1.13 poskytuje stručný popis funkcií všetkých úrovní.

Obrázok: 1.13. Funkcie vrstvy modelu OSI

Uvažovaný model definuje interakciu otvorených systémov od rôznych výrobcov v tej istej sieti. Preto pre nich vykonáva koordinačné činnosti:

Interakcia použitých procesov;

Formuláre na prezentáciu údajov;

Jednotné ukladanie údajov;

Správa sieťových zdrojov;

Bezpečnosť údajov a ochrana informácií;

Diagnostika programov a hardvéru.

Aplikačná vrstva

Aplikačná vrstva poskytuje aplikačným procesom prostriedky prístupu do oblasti interakcie, je najvyššou (siedmou) úrovňou a priamo nadväzuje na aplikačné procesy.

V skutočnosti je aplikačná vrstva súborom rôznych protokolov, ktoré umožňujú používateľom siete prístup k zdieľaným prostriedkom, ako sú súbory, tlačiarne alebo hypertextové webové stránky, a organizovať ich spoluprácu, napríklad pomocou e-mailového protokolu. Prvky služby špecifické pre aplikáciu poskytujú službu pre konkrétne aplikačné programy, ako sú programy na prenos súborov a emuláciu terminálu. Ak napríklad program potrebuje na odoslanie súborov, použije sa protokol na prenos, prístup a správu súborov FTAM (File Transfer, Access a Management). V modeli OSI aplikácia, ktorá potrebuje na vykonanie konkrétnej úlohy (napríklad aktualizácia databázy v počítači), pošle konkrétne údaje ako Datagram do aplikačnej vrstvy. Jednou z hlavných úloh tejto vrstvy je určiť, ako by sa malo so žiadosťou aplikácie zaobchádzať, inými slovami, aký druh žiadosti má daná žiadosť prijať.

Jednotka údajov, s ktorou aplikačná vrstva pracuje, sa zvyčajne nazýva správa.

Aplikačná vrstva vykonáva nasledujúce funkcie:

1. Vykonávanie rôznych druhov prác.

Prenos súboru;

Správa pracovných miest;

Správa systému atď.

2. Identifikácia používateľov podľa ich hesiel, adries, elektronických podpisov;

3. Určenie fungujúcich predplatiteľov a možnosť prístupu k novým aplikačným procesom;

4. určenie primeranosti dostupných zdrojov;

5. Organizácia žiadostí o spojenie s inými procesmi žiadosti;

6. prenos žiadostí o potrebné metódy opisu informácií na reprezentatívnu úroveň;

7. výber postupov pre plánovaný dialóg procesov;

8. Správa údajov vymieňaných aplikačnými procesmi a synchronizácia interakcie aplikačných procesov;

9. Stanovenie kvality služby (čas dodania dátových blokov, prípustná chybovosť);

10. Dohoda o oprave chýb a validácii údajov;

11. Rokovanie o obmedzeniach uvalených na syntax (znakové sady, dátová štruktúra).

Tieto funkcie definujú typy služieb, ktoré aplikačná vrstva poskytuje aplikačným procesom. Okrem toho aplikačná vrstva prenáša do aplikácie procesy poskytované službou poskytovanou fyzickou, kanálovou, sieťovou, transportnou, reláčnou a prezentačnou vrstvou.

Na aplikačnej úrovni je potrebné poskytnúť používateľom spracované informácie. Systémový a užívateľský softvér to zvládnu.

Aplikačná vrstva je zodpovedná za prístup k aplikáciám do siete. Úlohy tejto vrstvy sú prenos súborov, výmena e-mailov a správa siete.

Niektoré z najbežnejších protokolov v horných troch vrstvách sú:

FTP (File Transfer Protocol) protokol na prenos súborov;

TFTP (Trivial File Transfer Protocol) je najjednoduchší protokol na prenos súborov;

E-mail X.400;

Práca Telnetu so vzdialeným terminálom;

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) je jednoduchý protokol na výmenu pošty;

Všeobecný protokol na správu informácií CMIP (Common Management Information Protocol);

SLIP (Serial Line IP) IP pre sériové linky. Protokol na sériový prenos údajov po znakoch;

SNMP (Simple Network Management Protocol) je jednoduchý protokol pre správu siete;

FTAM (File Transfer, Access, and Management) je protokol na prenos súborov, prístup a správu.

Prezentačná vrstva

Funkciami tejto úrovne je prezentácia údajov prenášaných medzi procesmi aplikácie v požadovanej podobe.

Táto vrstva zaisťuje, že informácie prenášané aplikačnou vrstvou budú pochopené aplikačnou vrstvou v inom systéme. Ak je to potrebné, prezentačná vrstva v čase prenosu informácií prevedie dátové formáty do určitého spoločného prezentačného formátu a v čase prijatia vykoná inverznú transformáciu. Týmto spôsobom môžu aplikačné vrstvy prekonať napríklad syntaktické rozdiely v prezentácii údajov. Táto situácia môže nastať v sieti LAN s heterogénnymi počítačmi (IBM PC a Macintosh), ktoré musia komunikovať. Preto by sa v oblasti databáz mali informácie uvádzať vo forme písmen a číslic a často vo forme grafického obrázka. Tieto údaje musíte spracovať napríklad ako čísla s pohyblivou rádovou čiarkou.

Všeobecná prezentácia údajov je založená na systéme ASN.1 zjednotenom pre všetky úrovne modelu. Tento systém slúži na opis štruktúry súborov a tiež umožňuje vyriešiť problém so šifrovaním údajov. Na tejto úrovni je možné vykonávať šifrovanie a dešifrovanie údajov, vďaka čomu je okamžite zabezpečené tajomstvo výmeny údajov pre všetky aplikačné služby. Príkladom takého protokolu je Secure Socket Layer (SSL), ktorý poskytuje zabezpečené správy pre protokoly aplikačnej vrstvy zásobníka TCP / IP. Táto vrstva poskytuje prevod dát (kódovanie, kompresiu atď.) Aplikačnej vrstvy na tok informácií pre transportnú vrstvu.

Reprezentatívna úroveň vykonáva tieto hlavné funkcie:

1. Generovanie požiadaviek na nadviazanie relácií interakcie medzi procesmi aplikácie.

2. Koordinácia prezentácie údajov medzi procesmi aplikácie.

3. Implementácia formulárov na prezentáciu údajov.

4. Prezentácia grafického materiálu (výkresy, obrázky, schémy).

5. Klasifikácia údajov.

6. Prenos žiadostí o ukončenie relácie.

Protokoly prezentačnej vrstvy sú zvyčajne súčasťou troch najlepších protokolov modelovej vrstvy.

Vrstva relácie

Vrstva relácie je vrstva, ktorá definuje postup na vykonávanie relácií medzi používateľmi alebo procesmi aplikácie.

Vrstva relácie poskytuje kontrolu nad konverzáciou s cieľom zaznamenať, ktorá strana je momentálne aktívna, a tiež poskytuje prostriedky na synchronizáciu. Posledné menované umožňujú vkladanie medzných bodov do dlhých prenosov, aby ste sa v prípade poruchy mohli vrátiť späť k poslednému prerušenému bodu namiesto začiatku znova. V praxi máloktorá aplikácia používa vrstvu relácie a je implementovaná zriedka.

Vrstva relácie riadi prenos informácií medzi procesmi aplikácie, koordinuje príjem, prenos a doručenie jednej komunikačnej relácie. Okrem toho vrstva relácie navyše obsahuje funkcie správy hesiel, správy dialógov, synchronizácie a zrušenia komunikácie v relácii prenosu po zlyhaní z dôvodu chýb v nižších vrstvách. Funkcie tejto vrstvy spočívajú v koordinácii komunikácie medzi dvoma aplikáciami bežiacimi na rôznych pracovných staniciach. To sa deje vo forme dobre štruktúrovaného dialógu. Medzi tieto vlastnosti patrí vytvorenie relácie, riadenie prenosu a príjmu paketov správ počas relácie a ukončenie relácie.

Na úrovni relácie sa určuje, aký bude prenos medzi dvoma procesmi aplikácie:

Poloduplex (procesy budú odosielať a prijímať údaje postupne);

Duplex (procesy budú prenášať údaje a prijímať ich súčasne).

V režime polovičného duplexu vydá vrstva relácie dátový token procesu, ktorý zaháji prenos. Keď nastane čas na odpoveď druhého procesu, odovzdá sa mu dátový token. Vrstva relácie umožňuje prenos iba na stranu, ktorá vlastní dátový token.

Vrstva relácie poskytuje nasledujúce funkcie:

1. Nadviazanie a ukončenie spojenia medzi interagujúcimi systémami na úrovni relácie.

2. Vykonávanie bežnej a urgentnej výmeny údajov medzi procesmi aplikácie.

3. Manažment interakcie aplikovaných procesov.

4. Synchronizácia pripojení relácie.

5. Oznamovanie procesov podávania žiadostí o výnimočné situácie.

6. Zavedenie štítkov v procese žiadosti, ktoré umožňujú po zlyhaní alebo chybe obnoviť jeho vykonanie od najbližšieho štítka.

7. Prerušenie procesu podávania žiadosti a jeho správne obnovenie, ak je to potrebné.

8. Ukončenie relácie bez straty údajov.

9. Zasielanie zvláštnych správ o priebehu relácie.

Vrstva relácie je zodpovedná za organizáciu relácií výmeny údajov medzi koncovými strojmi. Protokoly relácie sú zvyčajne súčasťou najvyšších troch vrstiev modelu.

Transportná vrstva

Transportná vrstva je navrhnutá na prenos paketov cez komunikačnú sieť. Na transportnej úrovni sú pakety rozdelené do blokov.

Na ceste od odosielateľa k príjemcovi môžu byť pakety skomolené alebo stratené. Zatiaľ čo niektoré aplikácie majú svoje vlastné zariadenia na spracovanie chýb, existujú aj iné, ktoré uprednostňujú okamžité riešenie spoľahlivého pripojenia. Úlohou transportnej vrstvy je zabezpečiť, aby aplikácie alebo horné vrstvy modelu (aplikácia a relácia) prenášali údaje s požadovanou mierou spoľahlivosti. Model OSI definuje päť tried služieb poskytovaných transportnou vrstvou. Tieto typy služieb sa líšia podľa kvality poskytovaných služieb: naliehavosť, schopnosť obnoviť prerušené pripojenie, dostupnosť multiplexovacích zariadení pre viacnásobné spojenie medzi rôznymi aplikačnými protokolmi prostredníctvom spoločného transportného protokolu a čo je najdôležitejšie, schopnosť detegovať a opravovať chyby prenosu, ako je skreslenie, strata a duplikácia paketov.

Transportná vrstva definuje adresovanie fyzických zariadení (systémov, ich častí) v sieti. Táto vrstva zaručuje doručenie blokov informácií adresátom a toto doručenie riadi. Jeho hlavnou úlohou je poskytovať efektívne, pohodlné a spoľahlivé formy prenosu informácií medzi systémami. Keď sa spracováva viac ako jeden paket, transportná vrstva riadi poradie, v ktorom pakety prechádzajú. Ak prejde duplikát predtým prijatej správy, táto vrstva to rozpozná a správu ignoruje.

Medzi funkcie transportnej vrstvy patria:

1. Kontrola prenosu cez sieť a zabezpečenie integrity dátových blokov.

2. Zistenie chýb, ich čiastočné odstránenie a hlásenie neopravených chýb.

3. Obnova prenosu po poruchách a poruchách.

4. Konsolidácia alebo oddelenie dátových blokov.

5. Udelenie priorít pri prenose blokov (normálne alebo urgentné).

6. Potvrdenie o prevode.

7. Eliminácia blokov v prípade zablokovania v sieti.

Počnúc transportnou vrstvou sú všetky nadchádzajúce protokoly implementované softvérovými nástrojmi, ktoré sú zvyčajne súčasťou sieťového operačného systému.

Medzi najbežnejšie protokoly transportnej vrstvy patria:

TCP (Transmission Control Protocol) TCP / IP komínový riadiaci prenosový protokol;

UDP (User Datagram Protocol) je datagramový protokol zásobníka TCP / IP;

NCP (NetWare Core Protocol) je základný protokol pre siete NetWare;

SPX (Sequenced Packet eXchange) Sekvenčná výmena paketov zásobníka Novell;

TP4 (Transmission Protocol) je prenosový protokol triedy 4.

Sieťová vrstva

Sieťová vrstva poskytuje položenie kanálov spájajúcich účastnícke a administratívne systémy prostredníctvom komunikačnej siete, výber trasy najrýchlejším a najspoľahlivejším spôsobom.

Sieťová vrstva nadväzuje komunikáciu v počítačovej sieti medzi dvoma systémami a zaisťuje medzi nimi ukladanie virtuálnych kanálov. Virtuálny alebo logický kanál je také fungovanie sieťových komponentov, ktoré vytvára ilúziu kladenia nevyhnutnej cesty medzi nimi na interakciu komponentov. Okrem toho sieťová vrstva hlási chyby transportnej vrstve. Správy na sieťovej vrstve sa bežne označujú ako pakety. V nich sú umiestnené kúsky údajov. Za ich adresovanie a doručenie je zodpovedná sieťová vrstva.

Umiestnenie najlepšej cesty pre prenos dát sa nazýva smerovanie a jeho riešenie je hlavnou úlohou sieťovej vrstvy. Tento problém sa spája so skutočnosťou, že najkratšia cesta nie je vždy najlepšia. Kritériom pre výber trasy je často čas prenosu dát po tejto trase; záleží to na šírke pásma komunikačných kanálov a rýchlosti prenosu, ktorá sa môže časom meniť. Niektoré smerovacie algoritmy sa snažia prispôsobiť zmenám v zaťažení, zatiaľ čo iné sa rozhodujú na základe priemerov v priebehu času. Výber trasy sa môže uskutočniť podľa ďalších kritérií, napríklad spoľahlivosti prenosu.

Protokol linkovej vrstvy zabezpečuje dodávku údajov medzi ľubovoľnými uzlami iba v sieti so zodpovedajúcou typickou topológiou. Toto je veľmi prísne obmedzenie, ktoré neumožňuje budovanie sietí s rozvinutou štruktúrou, napríklad sietí, ktoré kombinujú niekoľko podnikových sietí do jednej siete, alebo vysoko spoľahlivých sietí, v ktorých existujú redundantné spojenia medzi uzlami.

V rámci siete je teda dodávka dát regulovaná linkovou vrstvou, ale dodávka dát medzi sieťami je riešená sieťovou vrstvou. Pri organizovaní doručovania paketov na úrovni siete sa používa koncept čísla siete. V takom prípade sa adresa príjemcu skladá z čísla siete a čísla počítača v tejto sieti.

Siete sú prepojené špeciálnymi zariadeniami, ktoré sa nazývajú smerovače. Router je zariadenie, ktoré zhromažďuje informácie o topológii medzisieťových sietí a na základe nich odosiela pakety sieťovej vrstvy do cieľovej siete. Aby ste mohli preniesť správu od odosielateľa umiestneného v jednej sieti k príjemcovi nachádzajúcemu sa v inej sieti, musíte medzi sieťami vytvoriť určitý počet prepojení, zakaždým, keď zvolíte vhodnú trasu. Cesta je teda sled smerovačov, cez ktoré paket cestuje.

Sieťová vrstva je zodpovedná za rozdelenie používateľov do skupín a smerovanie paketov na základe prekladu MAC adries do sieťových adries. Sieťová vrstva tiež poskytuje transparentný prenos paketov do transportnej vrstvy.

Sieťová vrstva vykonáva funkcie:

1. Vytváranie sieťových pripojení a identifikácia ich portov.

2. Zistenie a oprava chýb vznikajúcich pri prenose cez komunikačnú sieť.

3. Riadenie toku paketov.

4. Organizácia (zoradenie) sekvencií paketov.

5. Smerovanie a prepínanie.

6. Segmentácia a konsolidácia balíkov.

Na sieťovej vrstve sú definované dva druhy protokolov. Prvý typ sa týka definície pravidiel pre prenos paketov s dátami koncových uzlov z uzla na smerovač a medzi smerovačmi. Toto sú protokoly, na ktoré sa bežne hovorí, keď hovoríme o protokoloch sieťovej vrstvy. Iný typ protokolu sa však často nazýva sieťová vrstva, ktorá sa nazýva protokoly výmeny smerovacích informácií. Pomocou týchto protokolov smerovače zhromažďujú informácie o topológii prepojenia.

Protokoly na sieťovej vrstve sú implementované softvérovými modulmi operačného systému, ako aj softvérom a hardvérom smerovačov.

Najčastejšie používané protokoly na úrovni siete sú:

IP (internetový protokol) internetový protokol, sieťový protokol zásobníka TCP / IP, ktorý poskytuje informácie o adrese a smerovaní;

IPX (Internetwork Packet Exchange) je internetový protokol na výmenu paketov určený na adresovanie a smerovanie paketov v sieťach Novell;

X.25 je medzinárodný štandard pre globálnu paketovo prepínanú komunikáciu (tento protokol je čiastočne implementovaný na vrstve 2);

CLNP (Connection Less Network Protocol) je sieťový protokol bez pripojenia.

Dátový odkaz

Jednotkou informácií vrstvy spojenia sú rámce. Rámy sú logicky usporiadanou štruktúrou, do ktorej je možné vkladať údaje. Úlohou vrstvy dátového spojenia je prenášať rámce zo sieťovej vrstvy do fyzickej vrstvy.

Na fyzickej vrstve sa bity jednoducho prenášajú. Toto neberie do úvahy, že v niektorých sieťach, v ktorých komunikačné linky striedavo využíva niekoľko párov interagujúcich počítačov, môže byť fyzické prenosové médium zaneprázdnené. Jednou z úloh prepojovacej vrstvy je preto skontrolovať dostupnosť prenosového média. Ďalšou úlohou vrstvy dátového spojenia je implementácia mechanizmov detekcie a opravy chýb.

Linková vrstva zaisťuje, že každý rámec je prenášaný správne, a to tak, že na začiatok a koniec každého rámca umiestni špeciálnu sekvenciu bitov, ktorá ho označí, a tiež vypočítava kontrolný súčet konkrétnym spôsobom súčtom všetkých bajtov rámca a pridaním kontrolného súčtu do rámca. Keď dorazí rámec, prijímač znova vypočíta kontrolný súčet prijatých dát a porovná výsledok s kontrolným súčtom z rámca. Ak sa zhodujú, rám sa považuje za správny a akceptovaný. Ak sa kontrolné súčty nezhodujú, zaznamená sa chyba.

Úlohou linkovej vrstvy je zobrať pakety prichádzajúce zo sieťovej vrstvy a pripraviť ich na prenos, vložiť ich do rámca príslušnej veľkosti. Táto vrstva sa vyžaduje na určenie miesta, kde blok začína a končí, a tiež na zisťovanie prenosových chýb.

Na rovnakej úrovni sú určené pravidlá používania fyzickej vrstvy sieťovými uzlami. Elektrické znázornenie údajov v sieti LAN (dátové bity, metódy kódovania údajov a značky) sa rozpoznáva na tejto úrovni a iba na tejto úrovni. Tu sa zisťujú a opravujú chyby (prostredníctvom žiadostí o opakovaný prenos).

Linková vrstva poskytuje vytváranie, prenos a príjem dátových rámcov. Táto vrstva slúži požiadavkám sieťovej vrstvy a používa službu fyzickej vrstvy na príjem a prenos paketov. Špecifikácie IEEE 802.X rozdeľujú vrstvu dátového spojenia na dva podvrstvy:

LLC (Logical Link Control) Logical Link Control vykonáva kontrolu logického spojenia. Podvrstva LLC poskytuje služby sieťovej vrstvy a je spojená s odosielaním a prijímaním správ používateľov.

Kontrola prístupu k médiám MAC (Media Assess Control). Subvrstva MAC reguluje prístup na zdieľané fyzické médium (prechod tokenu alebo kolízia alebo detekcia kolízie) a riadi prístup ku komunikačnému kanálu. Podvrstva LLC je nad podvrstvou MAC.

Linková vrstva definuje prístup k médiám a riadenie prenosu prostredníctvom postupu dátového spojenia.

Keď je veľkosť prenášaných dátových blokov veľká, vrstva dátového spojenia ich rozdelí na rámce a prenáša rámce ako sekvencie.

Pri prijímaní rámcov z nich vrstva vytvára prenesené dátové bloky. Veľkosť dátového bloku závisí od spôsobu prenosu, kvality kanálu, cez ktorý sa prenáša.

V lokálnych sieťach používajú protokoly linkovej vrstvy počítače, mosty, prepínače a smerovače. V počítačoch sú funkcie odkazovej vrstvy implementované spoločne pomocou sieťových adaptérov a ich ovládačov.

Linková vrstva môže vykonávať nasledujúce typy funkcií:

1. Organizácia (zriadenie, správa, ukončenie) kanálových spojení a identifikácia ich prístavov.

2. Organizácia a presun pracovníkov.

3. Zistenie a oprava chýb.

4. Riadenie toku dát.

5. Zaistenie transparentnosti logických kanálov (ľubovoľný prenos dát).

Medzi najčastejšie používané protokoly odkazovej vrstvy patria:

HDLC (High Level Data Link Control) protokol na vysokej úrovni pre dátové spojenie pre sériové pripojenie;

IEEE 802.2 LLC (typ I a typ II) poskytujú MAC pre prostredia 802.x;

Ethernetová sieťová technológia podľa štandardu IEEE 802.3 pre siete využívajúce topológiu zbernice a zdieľaný prístup s počúvaním operátora a detekciou kolízií;

Sieťová technológia token ring podľa štandardu IEEE 802.5 využívajúca kruhovú topológiu a metódu prístupu token ring do prístupu do ring;

FDDI (Fiber Distributed Date Interface Station) je sieťová technológia IEEE 802.6 využívajúca optické médiá;

X.25 je medzinárodný štandard pre globálnu paketovú komunikáciu;

Sieť prenosu rámcov organizovaná z technológií X25 a ISDN.

Fyzická vrstva

Fyzická vrstva je navrhnutá na prepojenie s fyzickým pripojením. Fyzická konektivita je zbierka fyzických médií, hardvéru a softvéru, ktorá prenáša signály medzi systémami.

Fyzické prostredie je hmotná látka, cez ktorú sa prenášajú signály. Fyzické prostredie je základom, na ktorom je postavená fyzická konektivita. Ako fyzikálne médium sa často používa éter, kovy, optické sklo a kremeň.

Fyzická vrstva sa skladá zo strednej dokovacej podvrstvy a transmisnej transformačnej podvrstvy.

Prvý z nich poskytuje rozhranie dátového toku s použitým fyzickým komunikačným kanálom. Druhý vykonáva transformácie súvisiace s použitými protokolmi. Fyzická vrstva poskytuje fyzické rozhranie s dátovým kanálom a tiež popisuje postupy na prenos signálov do a z kanála. Táto úroveň definuje elektrické, mechanické, funkčné a procedurálne parametre pre fyzickú komunikáciu v systémoch. Fyzická vrstva prijíma dátové pakety z linkovej vrstvy vyššej úrovne a prevádza ich na optické alebo elektrické signály zodpovedajúce 0 a 1 binárneho toku. Tieto signály sa vysielajú cez prenosové médium do prijímacieho uzla. Mechanické a elektrické / optické vlastnosti prenosového média sú určené na fyzickej úrovni a zahŕňajú:

Typ káblov a konektorov;

Pinout v konektoroch;

Schéma kódovania signálu pre hodnoty 0 a 1.

Fyzická vrstva vykonáva nasledujúce funkcie:

1. Nadviazanie a prerušenie fyzických spojení.

2. Prenos signálu v sériovom kóde a príjem.

3. Počúvanie, ak je to potrebné, kanálov.

4. Identifikácia kanálov.

5. Oznamovanie porúch a porúch.

Oznámenie o poruchách a poruchách súvisí so skutočnosťou, že na fyzickej úrovni je detegovaná určitá skupina udalostí, ktoré narúšajú normálnu prevádzku siete (kolízia rámcov zaslaných niekoľkými systémami naraz, prerušenie kanálu, výpadok napájania, strata mechanického kontaktu atď.). Typy služieb poskytovaných vrstve dátového spoja sú určené protokolmi fyzickej vrstvy. Počúvanie kanálu je nevyhnutné, ak je skupina systémov pripojená k jednému kanálu, ale súčasne iba jeden z nich smie prenášať signály. Počúvanie kanálu vám preto umožňuje zistiť, či je voľný na prenos. V niektorých prípadoch je pre jasnejšiu definíciu štruktúry fyzická vrstva rozdelená do niekoľkých podúrovní. Napríklad fyzická vrstva bezdrôtovej siete je rozdelená do troch podúrovní (obrázok 1.14).

Obrázok: 1.14. Fyzická vrstva bezdrôtovej siete LAN

Funkcie fyzickej vrstvy sú implementované vo všetkých zariadeniach pripojených k sieti. Z počítačovej strany sú funkcie fyzickej vrstvy vykonávané sieťovým adaptérom. Opakovače sú jediným typom zariadenia, ktoré funguje iba na fyzickej vrstve.

Fyzická vrstva môže poskytovať asynchrónny (sériový) aj synchrónny (paralelný) prenos, ktorý sa používa pre niektoré sálové počítače a minipočítače. Na fyzickej vrstve musí byť definovaná kódovacia schéma, ktorá predstavuje binárne hodnoty pre prenos cez komunikačný kanál. Mnoho miestnych sietí používa kódovanie v Manchestri.

Príkladom protokolu fyzickej vrstvy je špecifikácia 10Base-T Ethernet, ktorá definuje kábel, ktorý sa má použiť ako netienený krútený pár kategórie 3 s charakteristickou impedanciou 100 Ohm, konektor RJ-45, maximálna dĺžka fyzického segmentu 100 metrov, Manchesterov kód pre reprezentáciu údajov a ďalšie charakteristiky. prostredie a elektrické signály.

Niektoré z najbežnejších špecifikácií fyzickej vrstvy sú:

EIA-RS-232-C, CCITT V.24 / V.28 - mechanické / elektrické charakteristiky nevyváženého sériového rozhrania;

EIA-RS-422/449, CCITT V.10 - Vyvážené sériové rozhranie, mechanické, elektrické a optické vlastnosti;

Ethernet je sieťová technológia IEEE 802.3 pre siete využívajúce topológiu zbernice a zdieľaný prístup s počúvaním operátora a detekciou kolízií;

Token ring je sieťová technológia IEEE 802.5, ktorá využíva kruhovú topológiu a spôsob prístupu pomocou tokenu na prístup do kruhu.