Сети и телекоммуникации. Для студентов

Эталонная модель OSI определяет широкий список функций и сервисов, реализуемых на каждом уровне. Кроме того, она описывает взаимодействие каждого уровня с вышестоящими и нижестоящими уровнями. Всего модель насчитывает семь уровней. На рисунке 4 представлен стек модели OSI с указанием единицы данных, с которым работает каждый из уровней.

Рисунок 4 – Эталонная модель стека OSI

Описание каждого уровня:

7. Прикладной уровень содержит протоколы для обмена данными между приложениями;

6. Уровень представления обеспечивает общее представление данных, передаваемых между службами прикладного уровня;

5. Сеансовый уровень передает сервисы на уровень представления для организации его диалога и управления обмена данными;

4. Транспортный уровень определяет сервисы для сегментации, передачи и сборки данных для отдельных коммуникаций между оконечными устройствами;

3. Сетевой уровень представляет функции для обмена отдельными частями данных по сети между указанными оконечными устройствами;

2. Протоколы канального уровня описывают способы обмена кадрами данных при обмене данными между устройствами по общей среде передачи данных;

1. Протоколы физического уровня описывают электрические, механические, функциональные и процедурные средства для активации, поддержки, деактивации физического соединения, обеспечивающего передачу битов из одного сетевого устройства в другое.

1.6 Модель стека TCP/IP

Протокольная модель сетевого взаимодействия TCP/IP была создана в начале 70-х годов и иногда называется моделью сети Интернет. Как показано на рисунке 5, такая модель определяет четыре категории функций, необходимых для успешного взаимодействия. Архитектура набора протоколов TCP/IP построена на основе этой модели. TCP/IP представляет собой открытый стандарт, ни одна компания не вправе контролировать ее определение.

Рисунок 5 – Модель стека TCP/IP

Описание каждого уровня:

1. Уровень приложений отображает данные для пользователя, а также обеспечивает кодирование и управление сеансами связи;

2. Транспортный уровень поддерживает связь между различными устройствами в разных сетях;

3. Межсетевой уровень определяет наилучший пути через сеть;

4. Уровень сетевого доступа управляет устройствами и средами передачи данных, из которых состоит сеть.

Следует отметить, что различные авторы интерпретировали модель TCP/IP по-разному и не согласны с тем, что уровень связи или вся модель TCP/IP охватывает проблемы уровня OSI уровня 1 (физический уровень) или предполагается, что аппаратный уровень ниже уровня канала. Несколько авторов попытались включить слои 1 и 2 модели OSI в модель TCP/IP, поскольку они обычно упоминаются в современных стандартах.

Набор протоколов TCP/IP может быть описан с точки зрения эталонной модели OSI. В модели OSI уровень доступа к сети и уровень приложений модели TCP/IP дополнительно подразделяются для описания отдельных функций, которые реализуются на этих уровнях. На рисунке 6 показано сопостовление моделей OSI и TCP/IP.

Рисунок 6 – Сопоставление моделей OSI и TCP/IP

На уровне доступа к сети набор протоколов TCP/IP не определяет список протоколов, используемых при работе со средой передачи данных, он описывает только передачу информации с сетевого уровня физическим сетевым протоколам. Уровни 1 и 2 модели OSI описывают процедуры доступа к среде передачи и физическим способам отправки данных по сети.

Уровень 3 модели OSI, или сетевой уровень, соответствует сетевому уровню модели TCP/IP. Этот уровень описывает протоколы, определяющие пути передачи данных в сети.

Уровень 4 модели OSI, или транспортный уровень, соответствует транспортному уровню модели TCP/IP. Этот уровень описывает общие сервисы и функции, которые обеспечивают упорядоченную и надежную доставку данных от источника до места назначения.

Уровень приложений TCP/IP включает в себя ряд протоколов, которые поддерживают определенные функции для работы разнообразных приложений конечных пользователей. Уровни 5, 6 и 7 модели OSI используются в качестве образцов разработчиками и поставщиками прикладного программного обеспечения для производства продуктов, предназначенных для работы в сети.

Обе модели (TCP/IP и OSI) широко применяются в отношении протоколов различных уровней. Так как модель OSI разделяет канальный и физический уровни, именно она используется для этих уровней.

1.7 Сегментация и инкапсуляция данных

Для обеспечения надежности и бесперебойности передачи данных, уменьшения задержек используется разделение сообщения на несколько частей – сегментация.

Данный процесс имеет несколько преимуществ:

1. Отправка небольших отдельных частей от источника к получателю в сети позволяет поддерживать множество различных чередующихся сеансов обмена сообщениями. Это называется мультиплексированием;

2. Сегментация позволяет повысить надежность сетевого взаимодействия. Если какую-либо часть сообщения не удается доставить к месту назначения из-за отказа сети, необходимо будет повторно передать только недостающие части сообщения.

Инкапсуляция – процесс добавления различной информации протоколами на каждом из уровней стека модели OSI во время прохождения через среду передачи информации. Форма, которую принимает массив данных на каждом из уровней, называется единицей данных протокола (PDU). В ходе инкапсуляции каждый последующий уровень инкапсулирует PDU, полученную от вышестоящего уровня в соответствии с используемым протоколом. На каждом этапе процесса PDU получает другое имя, отражающее новые функции.

Ранее на рисунке 5 уже были продемонстрированы наименования PDU.

Деинкапсуляция – это процесс удаления одного или нескольких заголовков принимающим устройством. По мере продвижения данных по стеку к приложениям для конечных пользователей они деинкапсулируются.

1.8 Передача данных в сети

Сетевой (третий) и канальный (второй) уровни отвечают за доставку данных с устройства-источника на устройство назначения. Как показано на рисунке 7, протоколы на обоих уровнях содержат адреса источника и назначения, но эти адреса служат разным целям

Рисунок 7 – Виды адресов источника и назначения на разных уровнях TCP IP

1. Адреса источника и назначения сетевого уровня необходимы для доставки IP-пакета от источника к месту назначения в той же или в удаленной сети;

2. Адреса источника и назначения канального уровня необходимы для доставки кадра канала данных от одной сетевой карты к другой в той же сети.

IP-адрес – это логический адрес сетевого уровня (третьего уровня), необходимый для доставки IP-пакета от источника к месту назначения.

IP-пакет содержит два IP-адреса (рисунок 8):

1. IP-адрес источника – IP-адрес устройства-отправителя, изначального источника пакета;

2. IP-адрес назначения – IP-адрес устройства-получателя, конечного места назначения пакета.

Рисунок 8 – Расположение адресов источника и назначения в IP-пакете третьего уровня

IP-адрес состоит из двух частей:

1. Сетевая часть – левая часть адреса, которая показывает, к какой сети относится данный IP-адрес. Абсолютно все устройства из одной и той же сети будут иметь одинаковую сетевую часть. Определяется с помощью маски подсети – битовой маски для определения по IP-адреса сети и адреса узла этой подсети, которая не является частью IP-пакета;

2. Узловая часть – оставшаяся часть адреса, определяющее конкретное устройство в сети и является уникальной для каждого узла в сети.

MAC-адреса (или Физический адрес) – это уникальный адрес канального (второго) уровня сетевого интерфейса (обычно сетевой карты) для реализации коммуникации устройств в сети.

Назначение адреса канального уровня – доставить кадр с одного сетевого интерфейса на другой, когда они находятся в одной и той же сети.

Заголовок кадра канального уровня (рисунок 9) содержит следующие физические (MAC-адреса):