Protokoller, der fungerer på osi-applikationsniveau. Sådan fungerer OSI-modellen
Ris. 5.1.
Samspillet mellem lokale netværksknuder sker på basis af linklagsprotokoller. Datatransmission i lokale netværk sker over relativt korte afstande (inde i bygninger eller mellem tæt beliggende bygninger), men med høj hastighed (10 Mbit/s - 100 Gbit/s). Afstand og transmissionshastighed data bestemmes af udstyret i de tilsvarende standarder.
International Institute of Electrical and Electronics Engineers - IEEE) 802.x-familien af standarder blev udviklet, som regulerer funktionen af datalinket og fysiske lag i syvlags ISO/OSI-modellen. En række af disse protokoller er fælles for alle teknologier, f.eks. 802.2-standarden (f.eks. 802.3, 802.3u, 802.5) definerer funktionerne i lokale netværksteknologier.
LLC underlag bliver implementeret software. På LLC-underlaget er der flere procedurer, der giver dig mulighed for at etablere eller ikke etablere kommunikation, før du sender rammer, der indeholder data, at gendanne eller ikke at gendanne rammer, hvis de går tabt, eller der opdages fejl. Underniveau LLC implementerer kommunikation med netværkslagsprotokoller, normalt med IP-protokollen. Kommunikation med netværkslaget og definitionen af logiske procedurer til transmission af rammer over netværket implementerer 802.2-protokollen. 802.1-protokollen giver en generel definition af lokale netværk, relateret til ISO/OSI-modellen. Der er også ændringer af denne protokol.
MAC-underlaget bestemmer funktionerne for adgang til det fysiske medie ved brug af forskellige lokale netværksteknologier. Hver MAC-lagteknologi (hver protokol: 802.3, 802.3u, 802.3z osv.) svarer til flere varianter af fysiske lagspecifikationer (protokoller) (fig. 5.1). Specifikation MAC-lagteknologi - definerer det fysiske lagmiljø og de grundlæggende parametre for dataoverførsel ( transmissionshastighed, type medium, smalbånd eller bredbånd).
På transmittersidens linkniveau dannes det ramme, hvori pakken er indkapslet. Indkapslingsprocessen tilføjer en frame header og trailer til en netværksprotokolpakke, såsom IP. Rammen for enhver netværksteknologi består således af tre dele:
- header,
- datafelter hvor pakken er placeret,
- grænseafbryder.
På den modtagende side implementeres den omvendte dekapsulationsproces, når en pakke udtrækkes fra rammen.
Overskrift omfatter rammeafgrænsere, adresse og kontrolfelter. Udskillere frames giver dig mulighed for at bestemme begyndelsen af en frame og sikre synkronisering mellem sender og modtager. Adresser linklag er fysiske adresser. Ved brug af Ethernet-kompatible teknologier udføres dataadressering i lokale netværk af MAC-adresser, som sikrer levering af rammen til destinationsknuden.
Slutkontakt indeholder et kontrolsumfelt ( Frame Check Sequence - FCS), som beregnes ved transmission af en ramme ved hjælp af en cyklisk kode CRC. På den modtagende side check sum ramme beregnes igen og sammenlignes med den modtagne. Hvis de matcher, så mener de, at rammen blev transmitteret uden fejl. Hvis FCS-værdierne afviger, kasseres rammen og skal sendes igen.
Når den transmitteres over et netværk, passerer en ramme sekventielt gennem en række forbindelser, der er karakteriseret ved forskellige fysiske miljøer. For eksempel, når data overføres fra Node A til Node B (fig. 5.2), passerer dataene sekventielt gennem: Ethernet-forbindelsen mellem Node A og Router A (kobber, uskærmet snoet par), forbindelsen mellem routere A og B (fiber). optisk kabel), et punkt-til-punkt serielt kobberkabel mellem router B og det trådløse adgangspunkt WAP, en trådløs forbindelse (radiolink) mellem WAP'en og ende node B. Derfor hver forbindelse har sin egen ramme bestemt format.
Ris. 5.2.
Pakken udarbejdet af Node A er indkapslet i en lokal netværksramme, som transmitteres til router A. Routeren dekapsler pakken fra den modtagne ramme, bestemmer hvilken udgangsgrænseflade pakken skal sendes til, og danner derefter en ny ramme til transmission over optisk medium. Router B dekapsler pakken fra den modtagne ramme, bestemmer hvilken udgangsgrænseflade, der skal videresendes pakken til, og genererer derefter en ny ramme til transmission over punkt-til-punkt serielle kobbermediet. Det trådløse adgangspunkt WAP danner til gengæld sin egen ramme til transmission af data over radiokanalen til slutningen af Node B.
Ved oprettelse af netværk bruges forskellige logiske topologier, der bestemmer, hvordan noder kommunikerer på tværs af mediet, hvordan adgangskontrol medium. De mest kendte logiske topologier er punkt-til-punkt, multiaccess, broadcast og token-passering.
Deling af miljøet mellem flere enheder implementeres baseret på to hovedmetoder:
- metode konkurrencedygtig (ikke-deterministisk) adgang(Indholdsbaseret adgang), når alle netværksknuder har lige rettigheder, er rækkefølgen af datatransmission ikke organiseret. For at transmittere skal denne node lytte til mediet, hvis det er gratis, så kan information transmitteres. I dette tilfælde kan der opstå konflikter ( kollisioner) når to (eller flere) noder samtidig begynder at transmittere data;
- metode kontrolleret (deterministisk) adgang(Controlled Access), som giver noder prioriteret adgang til mediet til datatransmission.
I de tidlige stadier af oprettelsen af Ethernet-netværk blev en "bus" topologi brugt, et delt dataoverførselsmedium var fælles for alle brugere. I dette tilfælde blev metoden implementeret flere adgang til et fælles transmissionsmedium (802.3 protokol). Dette krævede bærerkontrol, hvis tilstedeværelse indikerede, at en eller anden node allerede transmitterede data over et fælles medium. Derfor måtte en node, der ønskede at overføre data, vente på slutningen af overførslen og, når mediet blev frit, forsøge at overføre dataene.
Informationen, der sendes til netværket, kan modtages af enhver computer, hvis NIC-netværksadapteradresse matcher destinations-MAC-adressen for den transmitterede ramme, eller af alle computere på netværket under broadcast-transmission. Men kun én node kan overføre information til enhver tid. Inden der sendes, skal en node sikre, at den fælles bus er fri ved at lytte til mediet.
Når to eller flere computere transmitterer data på samme tid, opstår der en konflikt ( kollision) når dataene fra transmitterende noder overlapper hinanden, opstår der forvrængning og tab af information. Derfor er kollisionsbehandling og retransmission af de rammer, der er involveret i kollisionen, påkrævet.
Lignende metode ikke-deterministisk(associativ) adgang onsdag modtog navnet Adgang til flere medier med Carrier Sense og kollisionsdetektion(Carrier Sense Multiply Access
Lige begyndt at arbejde som netværksadministrator? Vil du ikke blive forvirret? Vores artikel vil være nyttig for dig. Har du hørt en gennemtestet administrator fortælle om netværksproblemer og nævne nogle niveauer? Er du nogensinde blevet spurgt på arbejdet, hvilke lag der er sikre og fungerer, hvis du bruger en gammel firewall? For at forstå det grundlæggende i informationssikkerhed skal du forstå hierarkiet i OSI-modellen. Lad os prøve at se mulighederne i denne model.
En systemadministrator med respekt for sig selv bør være velbevandret med hensyn til netværk
Oversat fra engelsk - den grundlæggende referencemodel for interaktion mellem åbne systemer. Mere præcist, netværksmodellen af OSI/ISO-netværksprotokolstakken. Introduceret i 1984 som en konceptuel ramme, der opdelte processen med at sende data på World Wide Web i syv enkle trin. Det er ikke det mest populære, da udviklingen af OSI-specifikationen er blevet forsinket. TCP/IP-protokolstakken er mere fordelagtig og betragtes som den anvendte hovedmodel. Du har dog en kæmpe chance for at møde OSI-modellen som systemadministrator eller på IT-området.
Mange specifikationer og teknologier er blevet skabt til netværksenheder. Det er nemt at blive forvirret i sådan en mangfoldighed. Det er den åbne systeminteraktionsmodel, der hjælper netværksenheder, der bruger forskellige kommunikationsmetoder, til at forstå hinanden. Bemærk, at OSI er mest nyttigt for software- og hardwareproducenter, der er involveret i design af kompatible produkter.
Spørg, hvilken fordel har dette for dig? Kendskab til multi-level-modellen vil give dig mulighed for frit at kommunikere med ansatte i it-virksomheder at diskutere netværksproblemer vil ikke længere være undertrykkende kedsomhed. Og når du lærer at forstå, på hvilket stadium fejlen opstod, kan du nemt finde årsagerne og reducere omfanget af dit arbejde betydeligt.
OSI niveauer
Modellen indeholder syv forenklede trin:
- Fysisk.
- Kanal.
- Netværk.
- Transportere.
- Sessionel.
- Executive.
- Anvendt.
Hvorfor gør det livet lettere at opdele det i trin? Hvert niveau svarer til et specifikt trin i afsendelsen af en netværksmeddelelse. Alle trin er sekventielle, hvilket betyder, at funktionerne udføres uafhængigt, der er ikke behov for information om arbejdet på det tidligere niveau. De eneste nødvendige komponenter er, hvordan dataene fra det foregående trin modtages, og hvordan informationen sendes til det efterfølgende trin.
Lad os gå videre til et direkte bekendtskab med niveauerne.
Fysisk lag
Hovedopgaven i den første fase er at sende bits gennem fysiske kommunikationskanaler. Fysiske kommunikationskanaler er enheder skabt til at sende og modtage informationssignaler. For eksempel fiberoptik, koaksialkabel eller parsnoet. Overførsel kan også foregå via trådløs kommunikation. Den første fase er karakteriseret ved datatransmissionsmediet: beskyttelse mod interferens, båndbredde, karakteristisk impedans. Kvaliteterne af de elektriske slutsignaler indstilles også (type kodning, spændingsniveauer og signaltransmissionshastighed) og forbindes med standardtyper af stik, kontaktforbindelser tildeles.
Funktionerne i den fysiske fase udføres på absolut alle enheder, der er tilsluttet netværket. For eksempel implementerer en netværksadapter disse funktioner på computersiden. Du har muligvis allerede stødt på de første trins protokoller: RS-232, DSL og 10Base-T, som definerer kommunikationskanalens fysiske karakteristika.
Data Link Layer
På det andet trin er den abstrakte adresse på enheden forbundet med den fysiske enhed, og tilgængeligheden af transmissionsmediet kontrolleres. Bits formes til sæt - rammer. Linklagets hovedopgave er at identificere og rette fejl. For korrekt transmission indsættes specialiserede bitsekvenser før og efter rammen, og en beregnet kontrolsum tilføjes. Når rammen når destinationen, beregnes kontrolsummen af de allerede ankomne data igen, hvis den matcher kontrolsummen i rammen, anses rammen for at være korrekt. Ellers opstår der en fejl, som kan rettes ved at sende information igen.
Kanaltrinnet gør det muligt at overføre information takket være en speciel forbindelsesstruktur. Især busser, broer og switche fungerer gennem linklagsprotokoller. Trin to specifikationer inkluderer: Ethernet, Token Ring og PPP. Funktionerne af kanalstadiet i en computer udføres af netværksadaptere og drivere til dem.
Netværkslag
I standardsituationer er kanaltrinets funktioner ikke nok til informationsoverførsel af høj kvalitet. Andet trins specifikationer kan kun overføre data mellem noder med samme topologi, for eksempel et træ. Der er behov for en tredje fase. Det er nødvendigt at danne et samlet transportsystem med en forgrenet struktur for flere netværk, der har en vilkårlig struktur og adskiller sig i metoden til dataoverførsel.
For at forklare det på en anden måde, behandler det tredje trin internetprotokollen og udfører funktionen som en router: at finde den bedste vej til informationen. En router er en enhed, der indsamler data om strukturen af internetforbindelser og sender pakker til destinationsnetværket (transitoverførsler - hop). Hvis du støder på en fejl i IP-adressen, er det et problem, der stammer fra netværksniveau. Tredje trins protokoller er opdelt i netværks-, routing- eller adresseopløsningsprotokoller: ICMP, IPSec, ARP og BGP.
Transportlag
For at dataene kan nå applikationer og de øverste lag af stakken, kræves et fjerde trin. Det giver den nødvendige grad af pålidelighed af informationstransmission. Der er fem klasser af transportscenetjenester. Deres forskel ligger i det haster, gennemførligheden af at genoprette afbrudt kommunikation og evnen til at opdage og rette transmissionsfejl. For eksempel pakketab eller duplikering.
Hvordan vælger man en serviceklasse for transportfase? Når kvaliteten af kommunikationskanalerne er høj, er en letvægtstjeneste et passende valg. Hvis kommunikationskanalerne ikke fungerer sikkert i begyndelsen, er det tilrådeligt at ty til en udviklet service, der vil give maksimale muligheder for at finde og løse problemer (kontrol med datalevering, leveringstimeouts). Stage 4-specifikationer: TCP og UDP for TCP/IP-stakken, SPX for Novell-stakken.
Kombinationen af de første fire niveauer kaldes transportdelsystemet. Det giver fuldt ud det valgte kvalitetsniveau.
Sessionslag
Den femte fase hjælper med at regulere dialoger. Det er umuligt for samtalepartnere at afbryde hinanden eller tale synkront. Sessionslaget husker den aktive part på et bestemt tidspunkt og synkroniserer information, koordinerer og vedligeholder forbindelser mellem enheder. Dens funktioner giver dig mulighed for at vende tilbage til et checkpoint under en lang overførsel uden at skulle starte forfra. Også på femte trin kan du afslutte forbindelsen, når informationsudvekslingen er afsluttet. Sessionslagsspecifikationer: NetBIOS.
Executive niveau
Den sjette fase er involveret i transformationen af data til et universelt genkendeligt format uden at ændre indholdet. Da forskellige formater bruges i forskellige enheder, tillader information behandlet på repræsentationsniveau systemerne at forstå hinanden og overvinde syntaktiske og kodende forskelle. Derudover bliver det på sjette trin muligt at kryptere og dekryptere data, hvilket sikrer hemmeligholdelse. Eksempler på protokoller: ASCII og MIDI, SSL.
Påføringslag
Den syvende fase på vores liste og den første, hvis programmet sender data over netværket. Består af sæt specifikationer, hvorigennem brugeren, websider. For eksempel, når du sender beskeder med post, er det på applikationsniveau, at en bekvem protokol vælges. Sammensætningen af specifikationerne for syvende fase er meget forskelligartet. For eksempel SMTP og HTTP, FTP, TFTP eller SMB.
Du har måske hørt et sted om ISO-modellens ottende niveau. Officielt findes den ikke, men en komisk ottende etape er dukket op blandt it-arbejdere. Alt dette skyldes det faktum, at der kan opstå problemer på grund af brugerens skyld, og som du ved, er en person på evolutionens højdepunkt, så det ottende niveau dukkede op.
Efter at have overvejet OSI-modellen var du i stand til at forstå netværkets komplekse struktur og nu forstå essensen af dit arbejde. Tingene bliver ret enkle, når du bryder processen ned!
I dagens artikel vil jeg gå tilbage til det grundlæggende og tale om OSI åbne systemer sammenkoblingsmodeller. Dette materiale vil være nyttigt for nybegyndere systemadministratorer og alle dem, der er interesseret i at bygge computernetværk.
Alle netværkets komponenter, lige fra dataoverførselsmediet til udstyret, fungerer og interagerer med hinanden efter et sæt regler, der er beskrevet i den såkaldte åbne systemer interaktionsmodeller.
Open Systems Interoperability Model OSI(Open System Interconnection) er udviklet af den internationale organisation i henhold til ISO-standarder (International Standards Organization).
Ifølge OSI-modellen passerer data transmitteret fra kilde til destination syv niveauer . På hvert niveau udføres en specifik opgave, som i sidste ende ikke kun garanterer levering af data til den endelige destination, men også gør deres transmission uafhængig af de midler, der bruges til dette. Således opnås kompatibilitet mellem netværk med forskellige topologier og netværksudstyr.
At adskille alle netværksværktøjer i lag forenkler deres udvikling og brug. Jo højere niveau, jo mere komplekst er problemet løser det. De første tre lag af OSI-modellen ( fysisk, kanal, netværk) er tæt forbundet med netværket og det anvendte netværksudstyr. De sidste tre niveauer ( session, datapræsentationslag, applikation) implementeres ved hjælp af operativsystemet og applikationsprogrammer. Transportlag fungerer som mellemled mellem disse to grupper.
Inden de sendes over netværket, opdeles dataene i pakker , dvs. stykker information organiseret på en bestemt måde, så de er forståelige for modtagende og transmitterende enheder. Ved afsendelse af data behandles pakken sekventielt ved hjælp af alle niveauer af OSI-modellen, fra applikation til fysisk. På hvert niveau skal du kontrollere oplysninger for det pågældende niveau (kaldet pakkehoved ), hvilket er nødvendigt for vellykket dataoverførsel over netværket.
Som et resultat begynder denne netværksmeddelelse at ligne en flerlags sandwich, som skal være "spiselig" for den computer, der modtager den. For at gøre dette skal du overholde visse regler for udveksling af data mellem netværkscomputere. Disse regler kaldes protokoller .
På den modtagende side behandles pakken ved hjælp af alle lag af OSI-modellen i omvendt rækkefølge, startende med det fysiske og slutter med applikationen. På hvert niveau læser de tilsvarende midler, styret af lagets protokol, pakkeinformationen, fjerner derefter den information, der er tilføjet pakken på samme niveau af afsendersiden, og sender pakken til næste niveau. Når pakken når applikationslaget, fjernes al kontrolinformation fra pakken, og dataene vender tilbage til sin oprindelige form.
Lad os nu se på driften af hvert lag af OSI-modellen mere detaljeret:
Fysisk lag
– den laveste, bagved er der direkte en kommunikationskanal, hvorigennem information transmitteres. Han deltager i organiseringen af kommunikation under hensyntagen til datatransmissionsmediets egenskaber. Således indeholder den al information om datatransmissionsmediet: signalniveau og frekvens, tilstedeværelse af interferens, niveau af signaldæmpning, kanalmodstand osv. Derudover er det ham, der er ansvarlig for at overføre informationsstrømmen og konvertere den i overensstemmelse med eksisterende kodningsmetoder. Arbejdet med det fysiske lag er i første omgang tildelt netværksudstyret.
Det er værd at bemærke, at det er ved hjælp af det fysiske lag, at et kablet og trådløst netværk defineres. I det første tilfælde bruges et kabel som et fysisk medium, i det andet enhver form for trådløs kommunikation, såsom radiobølger eller infrarød stråling.
Data Link Layer udfører den sværeste opgave - sikrer garanteret datatransmission ved hjælp af fysiske lagalgoritmer og verificerer rigtigheden af de modtagne data.
Før dataoverførslen påbegyndes, bestemmes tilgængeligheden af transmissionskanalen. Information sendes i blokke kaldet personale , eller rammer . Hver sådan ramme er forsynet med en sekvens af bit i slutningen og begyndelsen af blokken og er også suppleret med en kontrolsum. Når modtageren modtager en sådan blok ved linklaget, skal modtageren kontrollere blokkens integritet og sammenligne den modtagne kontrolsum med den kontrolsum, der er inkluderet i dens sammensætning. Hvis de stemmer overens, anses dataene for at være korrekte, ellers registreres en fejl, og gentransmission er påkrævet. Under alle omstændigheder sendes et signal til afsenderen med resultatet af operationen, og det sker med hver frame. Den anden vigtige opgave for linklaget er således at kontrollere rigtigheden af dataene.
Datalinklaget kan implementeres både i hardware (for eksempel ved hjælp af switches) og ved hjælp af software (for eksempel en netværksadapterdriver).
Netværkslag nødvendigt for at udføre dataoverførselsarbejde med foreløbig bestemmelse af den optimale vej for pakker til at flytte. Da et netværk kan bestå af segmenter med forskellige topologier, er netværkslagets hovedopgave at bestemme den korteste vej og samtidig konvertere de logiske adresser og navne på netværksenheder til deres fysiske repræsentation. Denne proces kaldes routing , og dens betydning kan ikke overvurderes. Med et routingskema, der konstant opdateres på grund af forekomsten af forskellige former for "overbelastning" i netværket, udføres dataoverførsel på kortest mulig tid og med maksimal hastighed.
Transportlag bruges til at organisere pålidelig datatransmission, hvilket eliminerer tab af information, ukorrekthed eller duplikering. Samtidig overvåges overholdelse af den korrekte rækkefølge ved transmission og modtagelse af data, opdeling af dem i mindre pakker eller kombination af dem i større for at bevare informationens integritet.
Sessionslag er ansvarlig for at oprette, vedligeholde og vedligeholde en kommunikationssession i den tid, der er nødvendig for at gennemføre overførslen af hele datamængden. Derudover synkroniserer den transmissionen af pakker ved at kontrollere leveringen og integriteten af pakken. Under dataoverførselsprocessen oprettes særlige kontrolpunkter. Hvis der er en fejl under transmission og modtagelse, sendes de manglende pakker igen, startende fra det nærmeste kontrolpunkt, hvilket giver dig mulighed for at overføre hele mængden af data på kortest mulig tid, hvilket giver en generelt god hastighed.
Datapræsentationslag (eller, som det også kaldes, udøvende niveau ) er mellemliggende, dens hovedopgave er at konvertere data fra et format til transmission over et netværk til et format, der er forståeligt på et højere niveau, og omvendt. Derudover er det ansvarligt for at bringe data til et enkelt format: når information overføres mellem to helt forskellige netværk med forskellige dataformater, så før de behandles, er det nødvendigt at bringe dem til en form, der vil være forståelig for både modtager og afsender. Det er på dette niveau, at kryptering og datakomprimeringsalgoritmer bruges.
Påføringslag – den sidste og højeste i OSI-modellen. Ansvarlig for at forbinde netværket med brugere - applikationer, der kræver information fra netværkstjenester på alle niveauer. Med dens hjælp kan du finde ud af alt, hvad der skete under dataoverførselsprocessen, samt oplysninger om fejl, der opstod under overførselsprocessen. Derudover sikrer dette niveau driften af alle eksterne processer, der udføres gennem netværksadgang - databaser, e-mail-klienter, fildownload-managere osv.
På internettet fandt jeg et billede, hvor en ukendt forfatter præsenterede OSI netværksmodel i form af en burger. Jeg synes, det er et meget mindeværdigt billede. Hvis du pludselig i en eller anden situation (for eksempel under en jobsamtale) skal liste alle syv lag af OSI-modellen i den rigtige rækkefølge fra hukommelsen, husk bare dette billede, og det vil hjælpe dig. For nemheds skyld oversatte jeg navnene på niveauerne fra engelsk til russisk: Det var alt for i dag. I den næste artikel vil jeg fortsætte emnet og tale om.
Bare fordi en protokol er en aftale vedtaget af to interagerende enheder, i dette tilfælde to computere, der arbejder på et netværk, betyder det ikke, at det nødvendigvis er standard. Men i praksis, når de implementerer netværk, bruger de normalt standard protokoller. Disse kan være mærkevarer, nationale eller internationale standarder.
I begyndelsen af 80'erne udviklede en række internationale standardiseringsorganisationer - ISO, ITU-T og nogle andre - en model, der spillede en væsentlig rolle i udviklingen af netværk. Denne model kaldes ISO/OSI-modellen.
Open Systems Interoperability Model (Åben systemforbindelse, OSI) definerer forskellige niveauer af interaktion mellem systemer i pakkekoblingsnetværk, giver dem standardnavne og specificerer, hvilke funktioner hvert lag skal udføre.
OSI-modellen blev udviklet på baggrund af omfattende erfaring opnået med at skabe computernetværk, primært globale, i 70'erne. En komplet beskrivelse af denne model fylder mere end 1000 siders tekst.
I OSI-modellen (fig. 11.6) er kommunikationsmidler opdelt i syv niveauer: applikation, repræsentant, session, transport, netværk, kanal og fysisk. Hvert lag omhandler et specifikt aspekt af netværksenhedsinteraktion.
Ris. 11.6.
OSI-modellen beskriver kun systemkommunikationen implementeret af operativsystemet, systemværktøjer og hardware. Modellen inkluderer ikke midler til interaktion med slutbrugerapplikationer. Applikationer implementerer deres egne kommunikationsprotokoller ved at få adgang til systemværktøjer. Derfor er det nødvendigt at skelne mellem niveauet af interaktion mellem applikationer og påføringslag.
Det skal også huskes på, at applikationen kan overtage funktionerne i nogle af de øverste lag i OSI-modellen. For eksempel har nogle DBMS'er indbyggede værktøjer fjernadgang til filer. I dette tilfælde bruger applikationen ikke systemfiltjenesten, når den tilgår eksterne ressourcer; det omgår de øverste lag af OSI-modellen og får direkte adgang til de systemfaciliteter, der er ansvarlige for transport beskeder over netværket, som er placeret på de lavere niveauer af OSI-modellen.
Så lad os sige, at en applikation sender en anmodning til et applikationslag, såsom en filtjeneste. Baseret på denne anmodning genererer softwaren på applikationsniveau en besked i et standardformat. En typisk besked består af en header og et datafelt. Headeren indeholder serviceoplysninger, som skal sendes gennem netværket til destinationsmaskinens applikationslag for at fortælle den, hvilket arbejde der skal udføres. I vores tilfælde skal headeren naturligvis indeholde information om placeringen af filen og den type operation, der skal udføres. Meddelelsesdatafeltet kan være tomt eller indeholde nogle data, såsom data, der skal skrives til en fjernbetjening . Men for at kunne levere denne information til sin destination er der stadig mange opgaver, der skal løses, og ansvaret for disse ligger hos lavere niveauer.
Efter generering af beskeden påføringslag sender det ned i stakken repræsentativt niveau. Protokol repræsentativt niveau baseret på information modtaget fra applikationsniveauheaderen, udfører de nødvendige handlinger og tilføjer sine egne serviceoplysninger til meddelelsen - header repræsentativt niveau, som indeholder instruktioner til protokollen repræsentativt niveau destinationsmaskine. Den resulterende besked videregives sessionsniveau, som igen tilføjer sin header osv. (Nogle protokoller placerer serviceoplysninger ikke kun i begyndelsen af beskeden i form af en header, men også i slutningen i form af en såkaldt "trailer".) Endelig når beskeden bunden, fysisk niveau, som i virkeligheden overfører det via kommunikationslinjer til modtagermaskinen. På dette tidspunkt er beskeden "overgroet" med overskrifter på alle niveauer (
Hvis udviklingen ikke var relateret til OSI-modellen.
OSI-modellag
Modellen består af 7 niveauer placeret over hinanden. Lagene interagerer med hinanden (lodret) gennem grænseflader og kan interagere med et parallelt lag i et andet system (vandret) ved hjælp af protokoller. Hvert niveau kan kun interagere med sine naboer og udføre de funktioner, der kun er tildelt det. Flere detaljer kan ses på figuren.
| OSI model | ||
|---|---|---|
| Datatype | Niveau | Funktioner |
| Data | 7. Påføringslag | Adgang til netværkstjenester |
| 6. Præsentationslag | Datarepræsentation og kodning | |
| 5. Sessionslag | Sessionsledelse | |
| Segmenter | 4. Transport | Direkte kommunikation mellem endepunkter og pålidelighed |
| Pakker | 3. Netværk | Rutebestemmelse og logisk adressering |
| Personale | 2. Kanal | Fysisk adressering |
| Bits | 1. Fysisk lag | Arbejde med transmissionsmedier, signaler og binære data |
Ansøgningsniveau (applikation). Påføringslag)
Det øverste niveau af modellen sikrer interaktionen mellem brugerapplikationer og netværket. Dette lag giver applikationer mulighed for at bruge netværkstjenester, såsom fjernadgang til filer og databaser og videresendelse af e-mail. Den er også ansvarlig for at sende serviceoplysninger, give applikationer information om fejl og generere anmodninger til præsentationsniveau. Eksempel: HTTP, POP3, SMTP, FTP, XMPP, OSCAR, BitTorrent, MODBUS, SIP
Executive (præsentationsniveau) Præsentationslag)
Dette lag er ansvarlig for protokolkonvertering og datakodning/dekodning. Den konverterer applikationsanmodninger modtaget fra applikationslaget til et format til transmission over netværket og konverterer data modtaget fra netværket til et format, der er forståeligt for applikationer. Dette lag kan udføre komprimering/dekomprimering eller kodning/afkodning af data, samt omdirigere anmodninger til en anden netværksressource, hvis de ikke kan behandles lokalt.
Lag 6 (præsentationer) af OSI-referencemodellen er typisk en mellemprotokol til konvertering af information fra nabolag. Dette tillader kommunikation mellem applikationer på forskellige computersystemer på en måde, der er gennemsigtig for applikationerne. Præsentationslaget giver kodeformatering og transformation. Kodeformatering bruges til at sikre, at applikationen modtager informationer til behandling, der giver mening for den. Om nødvendigt kan dette lag udføre oversættelse fra et dataformat til et andet. Præsentationslaget beskæftiger sig ikke kun med formaterne og præsentationen af data, det beskæftiger sig også med de datastrukturer, der bruges af programmer. Lag 6 tilvejebringer således organisering af data, efterhånden som de sendes.
For at forstå, hvordan dette virker, lad os forestille os, at der er to systemer. Den ene bruger EBCDIC, såsom en IBM-mainframe, til at repræsentere data, og den anden bruger ASCII (de fleste andre computerproducenter bruger det). Hvis disse to systemer har brug for at udveksle information, så er der brug for et præsentationslag, der udfører konverteringen og oversætter mellem de to forskellige formater.
En anden funktion, der udføres på præsentationslaget, er datakryptering, som bruges i tilfælde, hvor det er nødvendigt at beskytte transmitteret information mod at blive modtaget af uautoriserede modtagere. For at udføre denne opgave skal processer og kode i præsentationslaget udføre datatransformation. Der er andre rutiner på dette niveau, der komprimerer tekster og konverterer grafik til bitstreams, så de kan transmitteres over et netværk.
Præsentationslagstandarder definerer også, hvordan grafiske billeder repræsenteres. Til disse formål kan PICT-formatet bruges, et billedformat, der bruges til at overføre QuickDraw-grafik mellem Macintosh- og PowerPC-programmer. Et andet repræsentationsformat er det taggede TIFF-billedfilformat, som typisk bruges til rasterbilleder i høj opløsning. Den næste præsentationslagsstandard, der kan bruges til grafiske billeder, er den, der er udviklet af Joint Photographic Expert Group; i daglig brug kaldes denne standard ganske enkelt JPEG.
Der er en anden gruppe præsentationsniveaustandarder, der definerer præsentationen af lyd- og filmsekvenser. Dette inkluderer MIDI-grænsefladen (Musical Instrument Digital Interface) til digital repræsentation af musik, udviklet af Motion Picture Experts Group MPEG-standarden, der bruges til at komprimere og kode videoklip på cd'er, gemme dem i digitaliseret form og sende med hastigheder op til 1,5 Mbits /s og QuickTime er en standard, der beskriver lyd- og videoelementer for programmer, der kører på Macintosh- og PowerPC-computere.
Sessionsniveau Sessionslag)
Niveau 5 i modellen er ansvarlig for at vedligeholde en kommunikationssession, hvilket giver applikationer mulighed for at interagere med hinanden i lang tid. Laget administrerer sessionsoprettelse/-afslutning, informationsudveksling, opgavesynkronisering, bestemmelse af dataoverførselsberettigelse og sessionsvedligeholdelse i perioder med applikationsinaktivitet. Transmissionssynkronisering sikres ved at placere kontrolpunkter i datastrømmen, hvorfra processen genoptages, hvis interaktionen forstyrres.
Transportlag Transportlag)
Det 4. niveau af modellen er designet til at levere data uden fejl, tab og duplikering i den rækkefølge, de blev transmitteret i. Det er ligegyldigt, hvilke data der transmitteres, hvorfra og hvorfra, det vil sige, det giver selve transmissionsmekanismen. Den opdeler datablokke i fragmenter, hvis størrelse afhænger af protokollen, kombinerer korte til én og opdeler lange. Eksempel: TCP, UDP.
Der er mange klasser af transportlagsprotokoller, lige fra protokoller, der kun giver grundlæggende transportfunktioner (f.eks. dataoverførselsfunktioner uden bekræftelse), til protokoller, der sikrer, at flere datapakker leveres til destinationen i den rigtige rækkefølge, multiplekse multiple data streams, leverer dataflowkontrolmekanisme og garanterer pålideligheden af de modtagne data.
Nogle netværkslagsprotokoller, kaldet forbindelsesløse protokoller, garanterer ikke, at data leveres til destinationen i den rækkefølge, som de blev sendt af kildeenheden. Nogle transportlag klarer dette ved at indsamle data i den korrekte rækkefølge, før de sender dem videre til sessionslaget. Datamultipleksing betyder, at transportlaget er i stand til samtidigt at behandle flere datastrømme (strømmene kan komme fra forskellige applikationer) mellem to systemer. En flowkontrolmekanisme er en mekanisme, der giver dig mulighed for at regulere mængden af data, der overføres fra et system til et andet. Transportlagsprotokoller har ofte en dataleveringskontrolfunktion, der tvinger det modtagende system til at sende kvitteringer til afsendersiden om, at dataene er blevet modtaget.
Driften af protokoller med forbindelsesetablering kan beskrives ved at bruge eksemplet med driften af en almindelig telefon. Protokoller af denne klasse begynder datatransmission ved at kalde eller etablere en rute for pakker at følge fra kilde til destination. Derefter begynder seriel dataoverførsel, og derefter afbrydes forbindelsen, når overførslen er gennemført.
Forbindelsesløse protokoller, som sender data indeholdende fuldstændig adresseinformation i hver pakke, fungerer på samme måde som postsystemet. Hvert brev eller hver pakke indeholder adressen på afsender og modtager. Dernæst læser hvert mellemliggende postkontor eller netværksenhed adresseoplysningerne og træffer en beslutning om datarouting. Et brev eller en datapakke sendes fra en mellemenhed til en anden, indtil den leveres til modtageren. Forbindelsesløse protokoller garanterer ikke, at oplysningerne når frem til modtageren i den rækkefølge, de blev sendt. Transportprotokoller er ansvarlige for at installere data i den rigtige rækkefølge, når der bruges forbindelsesløse netværksprotokoller.
Netværkslag Netværkslag)
Lag 3 af OSI-netværksmodellen er designet til at definere stien til datatransmission. Ansvarlig for oversættelse af logiske adresser og navne til fysiske, fastlæggelse af de korteste ruter, switching og routing, overvågning af problemer og overbelastning i netværket. En netværksenhed såsom en router fungerer på dette niveau.
Netværkslagsprotokoller dirigerer data fra kilde til destination.
Datalinklag Data Link lag)
Dette lag er designet til at sikre interaktionen mellem netværk på det fysiske lag og kontrollere fejl, der kan opstå. Den pakker de data, der modtages fra det fysiske lag, i rammer, kontrollerer dem for integritet, retter fejl om nødvendigt (sender en gentagen anmodning om en beskadiget ramme) og sender den til netværkslaget. Datalinklaget kan kommunikere med et eller flere fysiske lag, overvåge og styre denne interaktion. IEEE 802-specifikationen opdeler dette lag i 2 underlag - MAC (Media Access Control) regulerer adgangen til det delte fysiske medie, LLC (Logical Link Control) leverer netværkslagsservice.
I programmering repræsenterer dette niveau netværkskortdriveren i operativsystemer er der en softwaregrænseflade til interaktionen af kanalen og netværkslagene med hinanden. Dette er ikke et nyt niveau, men blot en implementering af modellen for et specifikt OS . Eksempler på sådanne grænseflader: ODI, NDIS
Fysisk niveau Fysisk lag)
Det laveste niveau af modellen er beregnet til direkte at transmittere datastrømmen. Sender elektriske eller optiske signaler til en kabel- eller radioudsendelse og modtager dem i overensstemmelse hermed og konverterer dem til databits i overensstemmelse med digitale signalkodningsmetoder. Med andre ord giver det en grænseflade mellem netværksmediet og netværksenheden.
Protokoller: IRDA, USB, EIA RS-232, EIA-422, EIA-423, RS-449, RS-485, Ethernet (inklusive 10BASE-T, 10BASE2,
Den største fejl ved OSI er det dårligt gennemtænkte transportlag. På den tillader OSI dataudveksling mellem applikationer (introducerer konceptet Havn- applikationsidentifikator), dog er muligheden for at udveksle simple datagrammer (UDP-type) ikke tilvejebragt i OSI - transportlaget skal danne forbindelser, sikre levering, styre flowet osv. (TCP-type). Reelle protokoller implementerer denne mulighed.
TCP/IP familie
TCP/IP-familien har tre transportprotokoller: TCP, som er fuldt kompatibel med OSI, der giver verifikation af modtagelsen af data, UDP, som kun svarer til transportlaget ved tilstedeværelsen af en port, hvilket muliggør udveksling af datagrammer mellem applikationer , men garanterer ikke modtagelse af data, og SCTP, designet til at overvinde nogle af manglerne ved TCP og som tilføjede nogle innovationer. (Der er omkring to hundrede andre protokoller i TCP/IP-familien, hvoraf den mest berømte er ICMP-serviceprotokollen, der bruges til interne operationelle behov; resten er heller ikke transportprotokoller.)
IPX/SPX familie
I IPX/SPX-familien optræder porte (kaldet "sockets" eller "sockets") i IPX-netværkslagsprotokollen, hvilket gør det muligt at udveksle datagrammer mellem applikationer (operativsystemet reserverer nogle af sockets til sig selv). SPX-protokollen supplerer til gengæld IPX med alle andre transportlagsfunktioner i fuld overensstemmelse med OSI.
Som værtsadresse bruger IPX en identifikator dannet ud fra et fire-byte netværksnummer (tildelt af routere) og MAC-adressen på netværksadapteren.
DOD model
En TCP/IP-protokolstak ved hjælp af en forenklet fire-lags OSI-model.
Adressering i IPv6
Destinations- og kildeadresser i IPv6 er 128 bit eller 16 bytes lange. Version 6 generaliserer de særlige adressetyper i version 4 til følgende adressetyper:
- Unicast – individuel adresse. Definerer en enkelt node - en computer- eller routerport. Pakken skal leveres til noden ad den korteste rute.
- Klynge – klyngeadresse. Refererer til en gruppe af noder, der deler et fælles adressepræfiks (f.eks. knyttet til det samme fysiske netværk). Pakken skal dirigeres til en gruppe af noder langs den korteste vej og derefter kun leveres til et af gruppemedlemmerne (f.eks. den nærmeste node).
- Multicast – adressen på et sæt noder, muligvis i forskellige fysiske netværk. Kopier af pakken skal leveres til hver opkaldsknude ved hjælp af hardware multicast eller broadcast leveringsfunktioner, hvis det er muligt.
Ligesom IPv4 er IPv6-adresser opdelt i klasser baseret på værdien af de mest signifikante bits af adressen.
De fleste af klasserne er reserveret til fremtidig brug. Den mest interessante til praktisk brug er klassen beregnet til internetudbydere, kaldet Udbyder-tildelt Unicast.
Adressen på denne klasse har følgende struktur:
Hver internetudbyder er tildelt en unik identifikator, der identificerer alle de netværk, den understøtter. Dernæst tildeler udbyderen unikke identifikatorer til sine abonnenter og bruger begge identifikatorer, når de tildeler en blok af abonnentadresser. Abonnenten tildeler selv unikke identifikatorer til sine undernet og noder i disse netværk.
Abonnenten kan bruge IPv4-undernetteknikken til yderligere at opdele undernet-id-feltet i mindre felter.
Det beskrevne skema bringer IPv6-adresseringsskemaet tættere på skemaerne, der anvendes i territoriale netværk, såsom telefonnetværk eller X.25-netværk. Hierarkiet af adressefelter vil tillade backbone-routere kun at arbejde med de højere dele af adressen, hvilket overlader behandlingen af mindre væsentlige felter til abonnent-routere.
Der skal tildeles mindst 6 bytes til værtsidentifikatorfeltet for at kunne bruge lokale netværks MAC-adresser direkte i IP-adresser.
For at sikre kompatibilitet med IPv4-adresseringsskemaet har IPv6 en klasse af adresser, der har 0000 0000 i de mest signifikante bits af adressen. De nederste 4 bytes af adressen på denne klasse skal indeholde IPv4-adressen. Routere, der understøtter begge versioner af adresser, skal levere oversættelse, når en pakke sendes fra et netværk, der understøtter IPv4-adressering, til et netværk, der understøtter IPv6-adressering, og omvendt.
Kritik
Syv-lags OSI-modellen er blevet kritiseret af nogle eksperter. Især i den klassiske bog “UNIX. System Administrator's Guide" Evi Nemeth og andre skriver:
… Mens ISO-udvalgene skændtes om deres standarder, var hele konceptet med netværk ved at ændre sig bag deres ryg, og TCP/IP-protokollen blev implementeret over hele verden. ...
…
Og så, da ISO-protokollerne endelig blev implementeret, dukkede en række problemer op:
Disse protokoller var baseret på koncepter, der ikke giver nogen mening i moderne netværk.
Deres specifikationer var i nogle tilfælde ufuldstændige.
Med hensyn til funktionalitet var de ringere end andre protokoller.
Tilstedeværelsen af flere lag gjorde disse protokoller langsomme og vanskelige at implementere.
…
... Nu indrømmer selv de mest ivrige tilhængere af disse protokoller, at OSI gradvist bevæger sig i retning af at blive en fodnote på computerhistoriens sider.