Protokoller som opererer på osi-applikasjonsnivå. Hvordan OSI-modellen fungerer
Ris. 5.1.
Samspillet mellom lokale nettverksnoder skjer på grunnlag av koblingslagsprotokoller. Dataoverføring i lokale nettverk skjer over relativt korte avstander (inne i bygninger eller mellom nærliggende bygninger), men med høy hastighet (10 Mbit/s - 100 Gbit/s). Avstand og overføringshastighet data bestemmes av utstyret til de tilsvarende standardene.
International Institute of Electrical and Electronics Engineers - IEEE) 802.x-familien av standarder ble utviklet, som regulerer funksjonen til datalinken og fysiske lagene til syvlags ISO/OSI-modellen. En rekke av disse protokollene er felles for alle teknologier, for eksempel 802.2-standarden; andre protokoller (for eksempel 802.3, 802.3u, 802.5) definerer funksjonene til lokale nettverksteknologier.
LLC underlag blir implementert programvare. På LLC-underlaget er det flere prosedyrer som lar deg etablere eller ikke etablere kommunikasjon før du sender rammer som inneholder data, for å gjenopprette eller ikke gjenopprette rammer hvis de går tapt eller feil oppdages. Undernivå LLC implementerer kommunikasjon med nettverkslagsprotokoller, vanligvis med IP-protokollen. Kommunikasjon med nettverkslaget og definisjonen av logiske prosedyrer for overføring av rammer over nettverket implementerer 802.2-protokollen. 802.1-protokollen gir en generell definisjon av lokale nettverk, relatert til ISO/OSI-modellen. Det er også endringer i denne protokollen.
MAC-underlaget bestemmer funksjonene for tilgang til det fysiske mediet ved bruk av ulike lokale nettverksteknologier. Hver MAC-lagteknologi (hver protokoll: 802.3, 802.3u, 802.3z, etc.) tilsvarer flere varianter av fysiske lagspesifikasjoner (protokoller) (fig. 5.1). Spesifikasjon MAC-lagteknologi - definerer det fysiske lagmiljøet og de grunnleggende parametrene for dataoverføring ( overføringshastighet, type medium, smalbånd eller bredbånd).
På lenkenivået til sendersiden dannes den ramme, hvori pakken er innkapslet. Innkapslingsprosessen legger til en rammeoverskrift og trailer til en nettverksprotokollpakke, for eksempel IP. Dermed består rammen av enhver nettverksteknologi av tre deler:
- Overskrift,
- datafelt hvor pakken er plassert,
- grensebryter.
På mottakersiden implementeres den omvendte dekapsuleringsprosessen når en pakke trekkes ut fra rammen.
Overskrift inkluderer rammeavgrensere, adresse og kontrollfelt. Separatorer rammer lar deg bestemme begynnelsen av en ramme og sikre synkronisering mellom sender og mottaker. Adresser lenkelag er fysiske adresser. Ved bruk av Ethernet-kompatible teknologier utføres dataadressering i lokale nettverk av MAC-adresser, som sikrer levering av rammen til destinasjonsnoden.
Endestykke inneholder et kontrollsumfelt ( Frame Check Sequence - FCS), som beregnes ved overføring av en ramme ved hjelp av en syklisk kode CRC. På mottakersiden sjekk sum rammen beregnes på nytt og sammenlignes med den mottatte. Hvis de samsvarer, anser de at rammen ble overført uten feil. Hvis FCS-verdiene avviker, blir rammen forkastet og må sendes på nytt.
Når den overføres over et nettverk, passerer en ramme sekvensielt gjennom en rekke forbindelser preget av forskjellige fysiske miljøer. For eksempel, når data overføres fra node A til node B (fig. 5.2), går dataene sekvensielt gjennom: Ethernet-forbindelsen mellom node A og ruter A (kobber, uskjermet tvunnet par), forbindelsen mellom rutere A og B (fiber). optisk kabel), en punkt-til-punkt seriell kobberkabel mellom ruter B og det trådløse tilgangspunktet WAP, en trådløs forbindelse (radiolink) mellom WAP og ende node B. Derfor hver tilkobling har sin egen ramme spesifikt format.
Ris. 5.2.
Pakken utarbeidet av Node A er innkapslet i en lokal nettverksramme, som overføres til ruter A. Ruteren dekapsler pakken fra den mottatte rammen, bestemmer hvilket utgangsgrensesnitt som skal sendes pakken til, og danner deretter en ny ramme for overføring over optisk medium. Ruter B dekapsler pakken fra den mottatte rammen, bestemmer hvilket utgangsgrensesnitt som skal videresendes pakken til, og genererer deretter en ny ramme for overføring over det serielle kobbermediet punkt-til-punkt. Det trådløse tilgangspunktet WAP danner på sin side sin egen ramme for overføring av data over radiokanalen til enden node B.
Ved opprettelse av nettverk brukes ulike logiske topologier som bestemmer hvordan noder kommuniserer på tvers av mediet, hvordan adgangskontroll medium. De mest kjente logiske topologiene er punkt-til-punkt, multitilgang, kringkasting og token-overføring.
Deling av miljøet mellom flere enheter er implementert basert på to hovedmetoder:
- metode konkurransedyktig (ikke-deterministisk) tilgang(Innholdsbasert tilgang), når alle nettverksnoder har like rettigheter, er ikke rekkefølgen på dataoverføring organisert. For å overføre må denne noden lytte til mediet; hvis det er gratis, kan informasjon overføres. I dette tilfellet kan det oppstå konflikter ( kollisjoner) når to (eller flere) noder samtidig begynner å overføre data;
- metode kontrollert (deterministisk) tilgang(Controlled Access), som gir noder prioritert tilgang til mediet for dataoverføring.
I de tidlige stadiene av etableringen av Ethernet-nettverk ble en "buss" -topologi brukt, et delt dataoverføringsmedium var felles for alle brukere. I dette tilfellet ble metoden implementert flere tilgang til et felles overføringsmedium (802.3-protokoll). Dette krevde bærerkontroll, hvis tilstedeværelse indikerte at en node allerede sendte data over et felles medium. Derfor måtte en node som ønsket å overføre data vente på slutten av overføringen og, når mediet ble ledig, prøve å overføre dataene.
Informasjonen som sendes til nettverket kan mottas av enhver datamaskin hvis NIC-nettverksadapteradresse samsvarer med destinasjons-MAC-adressen til den overførte rammen, eller av alle datamaskiner på nettverket under kringkastingsoverføring. Imidlertid kan bare én node overføre informasjon til enhver tid. Før sending skal en node sørge for at fellesbussen er ledig ved å lytte til mediet.
Når to eller flere datamaskiner overfører data samtidig, oppstår det en konflikt ( kollisjon) når dataene til overføringsnoder overlapper hverandre, oppstår forvrengning og tap av informasjon. Derfor kreves kollisjonsbehandling og retransmisjon av rammene som er involvert i kollisjonen.
Lignende metode ikke-deterministisk(assosiativ) adgang innen onsdag fikk navnet Multiple Media Access med Carrier Sense og kollisjonsdeteksjon(Carrier Sense Multiply Access
Nettopp begynt å jobbe som nettverksadministrator? Vil du ikke bli forvirret? Artikkelen vår vil være nyttig for deg. Har du hørt en tidstestet administrator snakke om nettverksproblemer og nevne noen nivåer? Har du noen gang blitt spurt på jobben hvilke lag som er sikre og fungerer hvis du bruker en gammel brannmur? For å forstå det grunnleggende om informasjonssikkerhet, må du forstå hierarkiet til OSI-modellen. La oss prøve å se egenskapene til denne modellen.
En systemadministrator med respekt for seg selv bør være godt kjent med nettverksvilkår
Oversatt fra engelsk - den grunnleggende referansemodellen for samspillet mellom åpne systemer. Mer presist, nettverksmodellen til OSI/ISO-nettverksprotokollstabelen. Introdusert i 1984 som et konseptuelt rammeverk som delte prosessen med å sende data på World Wide Web i syv enkle trinn. Det er ikke det mest populære, siden utviklingen av OSI-spesifikasjonen har blitt forsinket. TCP/IP-protokollstabelen er mer fordelaktig og anses som hovedmodellen som brukes. Du har imidlertid en stor sjanse til å møte OSI-modellen som systemadministrator eller i IT-feltet.
Mange spesifikasjoner og teknologier er laget for nettverksenheter. Det er lett å bli forvirret i et slikt mangfold. Det er interaksjonsmodellen for åpne systemer som hjelper nettverksenheter som bruker forskjellige kommunikasjonsmetoder å forstå hverandre. Merk at OSI er mest nyttig for programvare- og maskinvareprodusenter som er involvert i utformingen av kompatible produkter.
Spør, hvilken fordel har dette for deg? Kunnskap om flernivåmodellen vil gi deg muligheten til å kommunisere fritt med ansatte i IT-selskaper; å diskutere nettverksproblemer vil ikke lenger være undertrykkende kjedsomhet. Og når du lærer å forstå på hvilket stadium feilen oppstod, kan du enkelt finne årsakene og redusere omfanget av arbeidet ditt betydelig.
OSI-nivåer
Modellen inneholder syv forenklede trinn:
- Fysisk.
- Kanal.
- Nettverk.
- Transportere.
- Økt.
- Executive.
- Anvendt.
Hvorfor gjør det lettere å dele det ned i trinn? Hvert nivå tilsvarer et spesifikt stadium for å sende en nettverksmelding. Alle trinn er sekvensielle, noe som betyr at funksjonene utføres uavhengig, det er ikke behov for informasjon om arbeidet på forrige nivå. De eneste nødvendige komponentene er hvordan dataene fra forrige trinn mottas, og hvordan informasjonen sendes til det påfølgende trinnet.
La oss gå videre til et direkte bekjentskap med nivåene.
Fysisk lag
Hovedoppgaven til det første trinnet er å sende bits gjennom fysiske kommunikasjonskanaler. Fysiske kommunikasjonskanaler er enheter laget for å sende og motta informasjonssignaler. For eksempel fiberoptikk, koaksialkabel eller tvunnet par. Overføring kan også skje via trådløs kommunikasjon. Det første trinnet er preget av dataoverføringsmediet: beskyttelse mot interferens, båndbredde, karakteristisk impedans. Kvalitetene til de elektriske sluttsignalene settes også (type koding, spenningsnivåer og signaloverføringshastighet) og kobles til standardtyper av kontakter, og kontaktforbindelser tildeles.
Funksjonene til den fysiske scenen utføres på absolutt hver enhet som er koblet til nettverket. For eksempel implementerer en nettverksadapter disse funksjonene på datamaskinsiden. Du har kanskje allerede møtt de første trinnsprotokollene: RS-232, DSL og 10Base-T, som definerer de fysiske egenskapene til kommunikasjonskanalen.
Datalinklag
På det andre trinnet er den abstrakte adressen til enheten knyttet til den fysiske enheten, og tilgjengeligheten til overføringsmediet kontrolleres. Bits er formet til sett - rammer. Hovedoppgaven til lenkelaget er å identifisere og rette feil. For korrekt overføring settes spesialiserte bitsekvenser inn før og etter rammen og en beregnet kontrollsum legges til. Når rammen når destinasjonen, beregnes sjekksummen av de allerede ankomne dataene igjen; hvis den samsvarer med sjekksummen i rammen, anses rammen som riktig. Ellers dukker det opp en feil som kan rettes ved å sende informasjon på nytt.
Kanaltrinnet gjør det mulig å overføre informasjon takket være en spesiell koblingsstruktur. Spesielt busser, broer og svitsjer opererer gjennom linklagsprotokoller. Trinn to spesifikasjoner inkluderer: Ethernet, Token Ring og PPP. Funksjonene til kanalstadiet i en datamaskin utføres av nettverkskort og drivere for dem.
Nettverkslag
I standardsituasjoner er ikke funksjonene til kanaltrinnet nok for høykvalitets informasjonsoverføring. Spesifikasjoner for andre trinn kan bare overføre data mellom noder med samme topologi, for eksempel et tre. Det er behov for et tredje trinn. Det er nødvendig å danne et enhetlig transportsystem med en forgrenet struktur for flere nettverk som har en vilkårlig struktur og er forskjellige i metoden for dataoverføring.
For å forklare det på en annen måte, behandler det tredje trinnet Internett-protokollen og utfører funksjonen til en ruter: å finne den beste veien for informasjonen. En ruter er en enhet som samler inn data om strukturen til internettforbindelser og overfører pakker til destinasjonsnettverket (transitoverføringer - hopp). Hvis du støter på en feil i IP-adressen, er det et problem som stammer fra nettverksnivå. Tredje trinns protokoller er brutt ned i nettverks-, ruting- eller adresseoppløsningsprotokoller: ICMP, IPSec, ARP og BGP.
Transportlag
For at dataene skal nå applikasjoner og de øvre lagene i stabelen, kreves det et fjerde trinn. Det gir den nødvendige grad av pålitelighet for informasjonsoverføring. Det er fem klasser av transportscenetjenester. Forskjellen deres ligger i det haster, gjennomførbarheten av å gjenopprette avbrutt kommunikasjon, og muligheten til å oppdage og korrigere overføringsfeil. For eksempel pakketap eller duplisering.
Hvordan velge en transportetappe serviceklasse? Når kvaliteten på kommunikasjonskanalene er høy, er en lett tjeneste et tilstrekkelig valg. Hvis kommunikasjonskanaler ikke fungerer sikkert helt i begynnelsen, er det lurt å ty til en utviklet tjeneste som vil gi maksimale muligheter for å finne og løse problemer (kontroll av datalevering, leveringstidsavbrudd). Trinn 4-spesifikasjoner: TCP og UDP for TCP/IP-stakken, SPX for Novell-stakken.
Kombinasjonen av de fire første nivåene kalles transportdelsystemet. Det gir fullt ut det valgte kvalitetsnivået.
Sesjonslag
Det femte trinnet hjelper til med å regulere dialoger. Det er umulig for samtalepartnere å avbryte hverandre eller snakke synkront. Sesjonslaget husker den aktive parten i et bestemt øyeblikk og synkroniserer informasjon, koordinerer og vedlikeholder tilkoblinger mellom enheter. Dens funksjoner lar deg gå tilbake til et sjekkpunkt under en lang overføring uten å måtte starte på nytt. Også på det femte trinnet kan du avslutte forbindelsen når informasjonsutvekslingen er fullført. Sesjonslagsspesifikasjoner: NetBIOS.
Utøvende nivå
Den sjette fasen er involvert i transformasjonen av data til et universelt gjenkjennelig format uten å endre innholdet. Siden forskjellige formater brukes i forskjellige enheter, lar informasjon behandlet på representasjonsnivå systemene forstå hverandre, og overvinne syntaktiske og kodende forskjeller. I tillegg blir det på sjette trinn mulig å kryptere og dekryptere data, noe som sikrer hemmelighold. Eksempler på protokoller: ASCII og MIDI, SSL.
Påføringslag
Den syvende fasen på listen vår og den første hvis programmet sender data over nettverket. Består av sett med spesifikasjoner som brukeren, websider. For eksempel, når du sender meldinger med post, er det på applikasjonsnivå at en praktisk protokoll velges. Sammensetningen av spesifikasjonene for syvende trinn er svært mangfoldig. For eksempel SMTP og HTTP, FTP, TFTP eller SMB.
Du har kanskje hørt et sted om det åttende nivået i ISO-modellen. Offisielt eksisterer den ikke, men en komisk åttende scene har dukket opp blant IT-arbeidere. Alt dette skyldes det faktum at problemer kan oppstå på grunn av brukerens feil, og som du vet, er en person på høydepunktet av evolusjonen, så det åttende nivået dukket opp.
Etter å ha vurdert OSI-modellen, var du i stand til å forstå den komplekse strukturen til nettverket og nå forstå essensen av arbeidet ditt. Ting blir ganske enkelt når du bryter ned prosessen!
I dagens artikkel vil jeg gå tilbake til det grunnleggende og snakke om OSI åpne systemer sammenkoblingsmodeller. Dette materialet vil være nyttig for nybegynnere systemadministratorer og alle som er interessert i å bygge datanettverk.
Alle komponenter i nettverket, fra dataoverføringsmediet til utstyret, fungerer og samhandler med hverandre etter et sett med regler som er beskrevet i den s.k. interaksjonsmodeller for åpne systemer.
Åpne systeminteroperabilitetsmodell OSI(Open System Interconnection) ble utviklet av den internasjonale organisasjonen i henhold til ISO-standarder (International Standards Organization).
I henhold til OSI-modellen passerer data som overføres fra kilde til destinasjon syv nivåer . På hvert nivå utføres en spesifikk oppgave, som til slutt ikke bare garanterer levering av data til den endelige destinasjonen, men også gjør overføringen uavhengig av midlene som brukes til dette. Dermed oppnås kompatibilitet mellom nettverk med ulike topologier og nettverksutstyr.
Å separere alle nettverksverktøy i lag forenkler utvikling og bruk. Jo høyere nivå, jo mer komplekst er problemet det løser. De tre første lagene i OSI-modellen ( fysisk, kanal, nettverk) er nært knyttet til nettverket og nettverksutstyret som brukes. De tre siste nivåene ( økt, datapresentasjonslag, applikasjon) implementeres ved hjelp av operativsystemet og applikasjonsprogrammene. Transportlag fungerer som et mellomledd mellom disse to gruppene.
Før de sendes over nettverket, deles dataene i pakker , dvs. deler av informasjon organisert på en bestemt måte slik at de er forståelige for mottaks- og overføringsenheter. Ved sending av data behandles pakken sekvensielt ved hjelp av alle nivåer av OSI-modellen, fra applikasjon til fysisk. På hvert nivå, kontrollinformasjon for det nivået (kalt pakkeoverskrift ), som er nødvendig for vellykket dataoverføring over nettverket.
Som et resultat begynner denne nettverksmeldingen å ligne en flerlags sandwich, som må være "spiselig" for datamaskinen som mottar den. For å gjøre dette, må du følge visse regler for utveksling av data mellom nettverksdatamaskiner. Disse reglene kalles protokoller .
På mottakersiden behandles pakken ved hjelp av alle lag i OSI-modellen i omvendt rekkefølge, starter med det fysiske og slutter med applikasjonen. På hvert nivå leser de korresponderende midlene, styrt av lagets protokoll, pakkeinformasjonen, fjerner deretter informasjonen som er lagt til pakken på samme nivå av sendersiden, og sender pakken til neste nivå. Når pakken når applikasjonslaget, vil all kontrollinformasjon bli fjernet fra pakken, og dataene vil gå tilbake til sin opprinnelige form.
La oss nå se på driften av hvert lag av OSI-modellen mer detaljert:
Fysisk lag
– den laveste, bak den er det direkte en kommunikasjonskanal som informasjon overføres gjennom. Han deltar i organiseringen av kommunikasjon, og tar hensyn til egenskapene til dataoverføringsmediet. Dermed inneholder den all informasjon om dataoverføringsmediet: signalnivå og frekvens, tilstedeværelse av interferens, nivå av signaldempning, kanalmotstand, etc. I tillegg er det han som er ansvarlig for å overføre informasjonsflyten og konvertere den i samsvar med eksisterende kodingsmetoder. Arbeidet til det fysiske laget er i utgangspunktet tildelt nettverksutstyret.
Det er verdt å merke seg at det er ved hjelp av det fysiske laget et kablet og trådløst nettverk defineres. I det første tilfellet brukes en kabel som et fysisk medium, i det andre, alle typer trådløs kommunikasjon, for eksempel radiobølger eller infrarød stråling.
Datalinklag utfører den vanskeligste oppgaven - sikrer garantert dataoverføring ved hjelp av fysiske lagalgoritmer og verifiserer riktigheten av de mottatte dataene.
Før du starter dataoverføring, bestemmes tilgjengeligheten av overføringskanalen. Informasjon overføres i blokker kalt personale , eller rammer . Hver slik ramme er utstyrt med en sekvens av biter på slutten og begynnelsen av blokken, og er også supplert med en kontrollsum. Når mottakeren mottar en slik blokk på lenkelaget, må mottakeren sjekke integriteten til blokken og sammenligne den mottatte sjekksummen med sjekksummen inkludert i sammensetningen. Hvis de samsvarer, anses dataene som korrekte, ellers registreres en feil og retransmisjon kreves. Uansett sendes et signal til avsenderen med resultatet av operasjonen, og dette skjer med hver ramme. Dermed er den andre viktige oppgaven til lenkelaget å sjekke riktigheten av dataene.
Datalinklaget kan implementeres både i maskinvare (for eksempel ved bruk av svitsjer) og ved bruk av programvare (for eksempel en nettverksadapterdriver).
Nettverkslag nødvendig for å utføre dataoverføringsarbeid med foreløpig bestemmelse av den optimale banen for pakker å flytte. Siden et nettverk kan bestå av segmenter med forskjellige topologier, er hovedoppgaven til nettverkslaget å bestemme den korteste veien, og samtidig konvertere de logiske adressene og navnene på nettverksenheter til deres fysiske representasjon. Denne prosessen kalles ruting , og dens betydning kan ikke overvurderes. Ved å ha et rutingskjema som kontinuerlig oppdateres på grunn av forekomsten av ulike typer "overbelastning" i nettverket, utføres dataoverføring på kortest mulig tid og med maksimal hastighet.
Transportlag brukes til å organisere pålitelig dataoverføring, som eliminerer tap av informasjon, feil eller duplisering. Samtidig overvåkes overholdelse av riktig rekkefølge ved overføring og mottak av data, og deler dem opp i mindre pakker eller kombinerer dem til større for å opprettholde integriteten til informasjonen.
Sesjonslag er ansvarlig for å opprette, vedlikeholde og vedlikeholde en kommunikasjonsøkt i den tiden som er nødvendig for å fullføre overføringen av hele datamengden. I tillegg synkroniserer den overføringen av pakker ved å sjekke leveringen og integriteten til pakken. Under dataoverføringsprosessen opprettes spesielle kontrollpunkter. Hvis det oppstår en feil under overføring og mottak, sendes de manglende pakkene igjen, med start fra nærmeste kontrollpunkt, som lar deg overføre hele datamengden på kortest mulig tid, og gir generelt god hastighet.
Datapresentasjonslag (eller, som det også kalles, utøvende nivå ) er middels, dens hovedoppgave er å konvertere data fra et format for overføring over et nettverk til et format som er forståelig på et høyere nivå, og omvendt. I tillegg er det ansvarlig for å bringe data til et enkelt format: når informasjon overføres mellom to helt forskjellige nettverk med forskjellige dataformater, før de behandles, er det nødvendig å bringe dem til en form som vil være forståelig for både mottaker og avsender. Det er på dette nivået kryptering og datakomprimeringsalgoritmer brukes.
Påføringslag – den siste og høyeste i OSI-modellen. Ansvarlig for å koble nettverket med brukere – applikasjoner som krever informasjon fra nettverkstjenester på alle nivåer. Med dens hjelp kan du finne ut alt som skjedde under dataoverføringsprosessen, samt informasjon om feil som oppsto under overføringsprosessen. I tillegg sikrer dette nivået driften av alle eksterne prosesser utført gjennom nettverkstilgang - databaser, e-postklienter, filnedlastingsbehandlere, etc.
På Internett fant jeg et bilde der en ukjent forfatter presenterte OSI nettverksmodell i form av en burger. Jeg synes dette er et veldig minneverdig bilde. Hvis du plutselig i en eller annen situasjon (for eksempel under et jobbintervju) må liste alle de syv lagene av OSI-modellen i riktig rekkefølge fra minnet, bare husk dette bildet, og det vil hjelpe deg. For enkelhets skyld oversatte jeg navnene på nivåene fra engelsk til russisk: Det var alt for i dag. I neste artikkel vil jeg fortsette emnet og snakke om.
Bare fordi en protokoll er en avtale vedtatt av to samvirkende enheter, i dette tilfellet to datamaskiner som opererer på et nettverk, betyr ikke det at den nødvendigvis er standard. Men i praksis, når de implementerer nettverk, bruker de vanligvis standard protokoller. Disse kan være merket, nasjonale eller internasjonale standarder.
På begynnelsen av 80-tallet utviklet en rekke internasjonale standardiseringsorganisasjoner - ISO, ITU-T og noen andre - en modell som spilte en betydelig rolle i utviklingen av nettverk. Denne modellen kalles ISO/OSI-modellen.
Åpne systeminteroperabilitetsmodell (Åpen systemsammenkobling, OSI) definerer ulike nivåer av interaksjon mellom systemer i pakkesvitsjenettverk, gir dem standardnavn og spesifiserer hvilke funksjoner hvert lag skal utføre.
OSI-modellen ble utviklet basert på omfattende erfaring fra å lage datanettverk, hovedsakelig globale, på 70-tallet. En fullstendig beskrivelse av denne modellen tar opp mer enn 1000 sider med tekst.
I OSI-modellen (fig. 11.6) er kommunikasjonsmidler delt inn i syv nivåer: applikasjon, representant, økt, transport, nettverk, kanal og fysisk. Hvert lag omhandler et spesifikt aspekt ved interaksjon med nettverksenheter.
Ris. 11.6.
OSI-modellen beskriver bare systemkommunikasjonen implementert av operativsystemet, systemverktøy og maskinvare. Modellen inkluderer ikke midler foron. Applikasjoner implementerer sine egne kommunikasjonsprotokoller ved å få tilgang til systemverktøy. Derfor er det nødvendig å skille mellom nivået av interaksjon mellom applikasjoner og påføringslag.
Det bør også huskes på at applikasjonen kan overta funksjonene til noen av de øvre lagene i OSI-modellen. For eksempel har noen DBMS-er innebygde verktøy fjerntilgang til filer. I dette tilfellet bruker ikke applikasjonen systemfiltjenesten når den får tilgang til eksterne ressurser; den omgår de øvre lagene i OSI-modellen og får direkte tilgang til systemfasilitetene som er ansvarlige for transport meldinger over nettverket, som er plassert på de lavere nivåene i OSI-modellen.
Så la oss si at en applikasjon sender en forespørsel til et applikasjonslag, for eksempel en filtjeneste. Basert på denne forespørselen genererer programvaren på applikasjonsnivå en melding i et standardformat. En typisk melding består av en overskrift og et datafelt. Overskriften inneholder tjenesteinformasjon som må sendes gjennom nettverket til applikasjonslaget til destinasjonsmaskinen for å fortelle hvilken arbeid som må gjøres. I vårt tilfelle må overskriften åpenbart inneholde informasjon om plasseringen av filen og hvilken type operasjon som må utføres. Meldingsdatafeltet kan være tomt eller inneholde noen data, for eksempel data som må skrives til en ekstern . Men for å levere denne informasjonen til destinasjonen, er det fortsatt mange oppgaver som skal løses, og ansvaret for disse ligger på lavere nivåer.
Etter generering av meldingen påføringslag sender den ned i stabelen representativt nivå. Protokoll representativt nivå basert på informasjon mottatt fra applikasjonsnivåoverskriften, utfører de nødvendige handlingene og legger til sin egen tjenesteinformasjon til meldingsoverskriften representativt nivå, som inneholder instruksjoner for protokollen representativt nivå destinasjonsmaskin. Den resulterende meldingen sendes videre øktnivå, som igjen legger til overskriften, osv. (Noen protokoller plasserer tjenesteinformasjon ikke bare i begynnelsen av meldingen i form av en overskrift, men også på slutten, i form av en såkalt "trailer".) Til slutt når meldingen bunnen, fysisk nivå, som faktisk overfører det via kommunikasjonslinjer til mottakermaskinen. På dette tidspunktet er meldingen "overgrodd" med overskrifter på alle nivåer (
Utviklingen av dette var ikke relatert til OSI-modellen.
OSI-modelllag
Modellen består av 7 nivåer plassert over hverandre. Lagene samhandler med hverandre (vertikalt) gjennom grensesnitt, og kan samhandle med et parallelt lag i et annet system (horisontalt) ved hjelp av protokoller. Hvert nivå kan bare samhandle med naboene og utføre funksjonene som kun er tildelt det. Flere detaljer kan sees i figuren.
| OSI-modell | ||
|---|---|---|
| Data-type | Nivå | Funksjoner |
| Data | 7. Påføringslag | Tilgang til nettverkstjenester |
| 6. Presentasjonslag | Datarepresentasjon og koding | |
| 5. Sesjonslag | Sesjonsledelse | |
| Segmenter | 4. Transport | Direkte kommunikasjon mellom endepunkter og pålitelighet |
| Pakker | 3. Nettverk | Rutebestemmelse og logisk adressering |
| Personale | 2. Kanal | Fysisk adressering |
| Bits | 1. Fysisk lag | Arbeide med overføringsmedier, signaler og binære data |
Søknad (Søknad) nivå Påføringslag)
Toppnivået i modellen sikrer interaksjonen mellom brukerapplikasjoner og nettverket. Dette laget lar programmer bruke nettverkstjenester, for eksempel fjerntilgang til filer og databaser, og videresending av e-post. Den er også ansvarlig for å overføre tjenesteinformasjon, gi applikasjoner informasjon om feil og generere forespørsler til presentasjonsnivå. Eksempel: HTTP, POP3, SMTP, FTP, XMPP, OSCAR, BitTorrent, MODBUS, SIP
Executive (presentasjonsnivå) Presentasjonslag)
Dette laget er ansvarlig for protokollkonvertering og datakoding/dekoding. Den konverterer applikasjonsforespørsler mottatt fra applikasjonslaget til et format for overføring over nettverket, og konverterer data mottatt fra nettverket til et format som er forståelig for applikasjoner. Dette laget kan utføre komprimering/dekompresjon eller koding/dekoding av data, samt omdirigere forespørsler til en annen nettverksressurs hvis de ikke kan behandles lokalt.
Lag 6 (presentasjoner) av OSI-referansemodellen er typisk en mellomprotokoll for konvertering av informasjon fra nabolag. Dette tillater kommunikasjon mellom applikasjoner på forskjellige datasystemer på en måte som er transparent for applikasjonene. Presentasjonslaget gir kodeformatering og transformasjon. Kodeformatering brukes for å sikre at applikasjonen mottar informasjon å behandle som gir mening for den. Om nødvendig kan dette laget utføre oversettelse fra ett dataformat til et annet. Presentasjonslaget omhandler ikke bare formatene og presentasjonen av data, det omhandler også datastrukturene som brukes av programmer. Lag 6 gir således organisering av data etter hvert som de sendes.
For å forstå hvordan dette fungerer, la oss forestille oss at det er to systemer. Den ene bruker EBCDIC, for eksempel en IBM-stormaskin, for å representere data, og den andre bruker ASCII (de fleste andre datamaskinprodusenter bruker det). Hvis disse to systemene trenger å utveksle informasjon, trengs et presentasjonslag som vil utføre konverteringen og oversette mellom de to forskjellige formatene.
En annen funksjon som utføres på presentasjonslaget er datakryptering, som brukes i tilfeller hvor det er nødvendig å beskytte overført informasjon mot å bli mottatt av uautoriserte mottakere. For å utføre denne oppgaven må prosesser og kode i presentasjonslaget utføre datatransformasjon. Det er andre rutiner på dette nivået som komprimerer tekster og konverterer grafikk til bitstrømmer slik at de kan overføres over et nettverk.
Presentasjonslagstandarder definerer også hvordan grafiske bilder er representert. Til disse formålene kan PICT-formatet brukes, et bildeformat som brukes til å overføre QuickDraw-grafikk mellom Macintosh- og PowerPC-programmer. Et annet representasjonsformat er det merkede TIFF-bildefilformatet, som vanligvis brukes for rasterbilder med høy oppløsning. Den neste standarden for presentasjonslag som kan brukes for grafiske bilder er den som er utviklet av Joint Photographic Expert Group; i daglig bruk kalles denne standarden ganske enkelt JPEG.
Det er en annen gruppe presentasjonsnivåstandarder som definerer presentasjonen av lyd- og filmfragmenter. Dette inkluderer MIDI-grensesnittet (Musical Instrument Digital Interface) for digital representasjon av musikk, utviklet av Motion Picture Experts Group MPEG-standarden, brukt til å komprimere og kode videoklipp på CD-er, lagre dem i digitalisert form og sende med hastigheter opptil 1,5 Mbits /s, og QuickTime er en standard som beskriver lyd- og videoelementer for programmer som kjører på Macintosh- og PowerPC-datamaskiner.
Sesjonsnivå Sesjonslag)
Nivå 5 i modellen er ansvarlig for å opprettholde en kommunikasjonsøkt, slik at applikasjoner kan samhandle med hverandre i lang tid. Laget administrerer øktoppretting/avslutning, informasjonsutveksling, oppgavesynkronisering, bestemmelse av kvalifisering for dataoverføring og øktvedlikehold i perioder med programinaktivitet. Transmisjonssynkronisering sikres ved å plassere sjekkpunkter i datastrømmen, hvorfra prosessen gjenopptas hvis interaksjonen blir forstyrret.
Transportlag Transportlag)
Det 4. nivået i modellen er designet for å levere data uten feil, tap og duplisering i den rekkefølgen de ble overført. Det spiller ingen rolle hvilke data som overføres, fra hvor og hvor, det vil si at det gir selve overføringsmekanismen. Den deler datablokker inn i fragmenter, hvis størrelse avhenger av protokollen, kombinerer korte til én og deler lange. Eksempel: TCP, UDP.
Det finnes mange klasser av transportlagsprotokoller, alt fra protokoller som kun gir grunnleggende transportfunksjoner (for eksempel dataoverføringsfunksjoner uten bekreftelse), til protokoller som sikrer at flere datapakker leveres til destinasjonen i riktig rekkefølge, multiplekser flere data strømmer, gir dataflytkontrollmekanisme og garanterer påliteligheten til de mottatte dataene.
Noen nettverkslagsprotokoller, kalt tilkoblingsløse protokoller, garanterer ikke at data leveres til destinasjonen i den rekkefølgen de ble sendt av kildeenheten. Noen transportlag takler dette ved å samle inn data i riktig rekkefølge før de sendes videre til øktlaget. Datamultipleksing betyr at transportlaget er i stand til samtidig å behandle flere datastrømmer (strømmene kan komme fra forskjellige applikasjoner) mellom to systemer. En flytkontrollmekanisme er en mekanisme som lar deg regulere mengden data som overføres fra et system til et annet. Transportlagsprotokoller har ofte en kontrollfunksjon for datalevering, som tvinger mottakersystemet til å sende bekreftelser til avsendersiden om at dataene er mottatt.
Driften av protokoller med forbindelsesetablering kan beskrives ved å bruke eksempelet på driften av en vanlig telefon. Protokoller av denne klassen begynner dataoverføring ved å ringe eller etablere en rute for pakker å følge fra kilde til destinasjon. Deretter starter seriell dataoverføring og deretter avsluttes forbindelsen når overføringen er fullført.
Forbindelsesløse protokoller, som sender data som inneholder fullstendig adresseinformasjon i hver pakke, fungerer på samme måte som postsystemet. Hvert brev eller hver pakke inneholder adressen til avsender og mottaker. Deretter leser hvert mellomliggende postkontor eller nettverksenhet adresseinformasjonen og tar en beslutning om dataruting. Et brev eller en datapakke overføres fra en mellomenhet til en annen til den leveres til mottakeren. Tilkoblingsløse protokoller garanterer ikke at informasjon når mottakeren i den rekkefølgen den ble sendt. Transportprotokoller er ansvarlige for å installere data i riktig rekkefølge ved bruk av tilkoblingsløse nettverksprotokoller.
Nettverkslag Nettverkslag)
Lag 3 i OSI-nettverksmodellen er designet for å definere banen for dataoverføring. Ansvarlig for å oversette logiske adresser og navn til fysiske, bestemme korteste ruter, bytte og ruting, overvåke problemer og overbelastning i nettverket. En nettverksenhet som en ruter fungerer på dette nivået.
Nettverkslagsprotokoller ruter data fra kilde til destinasjon.
Datalinklag Datalink-lag)
Dette laget er designet for å sikre samspillet mellom nettverk på det fysiske laget og kontrollere feil som kan oppstå. Den pakker dataene mottatt fra det fysiske laget inn i rammer, sjekker det for integritet, retter feil om nødvendig (sender en gjentatt forespørsel om en skadet ramme) og sender den til nettverkslaget. Datalinklaget kan kommunisere med ett eller flere fysiske lag, overvåke og administrere denne interaksjonen. IEEE 802-spesifikasjonen deler dette laget i 2 underlag - MAC (Media Access Control) regulerer tilgangen til det delte fysiske mediet, LLC (Logical Link Control) gir nettverkslagstjeneste.
I programmering representerer dette nivået nettverkskortdriveren; i operativsystemer er det et programvaregrensesnitt for interaksjonen mellom kanalen og nettverkslagene med hverandre; dette er ikke et nytt nivå, men bare en implementering av modellen for et spesifikt operativsystem . Eksempler på slike grensesnitt: ODI, NDIS
Fysisk nivå Fysisk lag)
Det laveste nivået i modellen er ment å overføre datastrømmen direkte. Sender elektriske eller optiske signaler til en kabel- eller radiosending og mottar dem og konverterer dem til databiter i henhold til digitale signalkodingsmetoder. Med andre ord gir den et grensesnitt mellom nettverksmediet og nettverksenheten.
Protokoller: IRDA, USB, EIA RS-232, EIA-422, EIA-423, RS-449, RS-485, Ethernet (inkludert 10BASE-T, 10BASE2,
Hovedfeilen til OSI er det dårlig gjennomtenkte transportlaget. På den tillater OSI datautveksling mellom applikasjoner (introduserer konseptet havn- applikasjonsidentifikator), men muligheten til å utveksle enkle datagrammer (UDP-type) er ikke gitt i OSI - transportlaget må danne forbindelser, sikre levering, kontrollere flyten osv. (TCP-type). Ekte protokoller implementerer denne muligheten.
TCP/IP-familie
TCP/IP-familien har tre transportprotokoller: TCP, som er fullt kompatibel med OSI, gir verifisering av mottak av data, UDP, som tilsvarer transportlaget kun ved tilstedeværelse av en port, som tillater utveksling av datagrammer mellom applikasjoner , men garanterer ikke mottak av data, og SCTP, designet for å overvinne noen av manglene ved TCP og som har lagt til noen innovasjoner. (Det er omtrent to hundre andre protokoller i TCP/IP-familien, hvorav den mest kjente er ICMP-tjenesteprotokollen, brukt for interne operasjonelle behov; resten er heller ikke transportprotokoller.)
IPX/SPX-familie
I IPX/SPX-familien vises porter (kalt "sockets" eller "sockets") i IPX-nettverkslagsprotokollen, slik at datagrammer kan utveksles mellom applikasjoner (operativsystemet reserverer noen av sockets for seg selv). SPX-protokollen kompletterer på sin side IPX med alle andre transportlagsfunksjoner i full overensstemmelse med OSI.
Som vertsadresse bruker IPX en identifikator dannet av et fire-byte nettverksnummer (tildelt av rutere) og MAC-adressen til nettverksadapteren.
DOD-modell
En TCP/IP-protokollstabel som bruker en forenklet firelags OSI-modell.
Adressering i IPv6
Destinasjons- og kildeadresser i IPv6 er 128 biter eller 16 byte lange. Versjon 6 generaliserer de spesielle adressetypene til versjon 4 til følgende adressetyper:
- Unicast – individuell adresse. Definerer en enkelt node - en datamaskin eller ruterport. Pakken skal leveres til noden langs den korteste ruten.
- Klynge – klyngeadresse. Refererer til en gruppe noder som deler et felles adresseprefiks (for eksempel knyttet til det samme fysiske nettverket). Pakken må rutes til en gruppe noder langs den korteste veien, og deretter leveres kun til ett av gruppemedlemmene (for eksempel den nærmeste noden).
- Multicast – adressen til et sett med noder, muligens i forskjellige fysiske nettverk. Kopier av pakken må leveres til hver oppringingsnode ved hjelp av multicast- eller for maskinvare, hvis mulig.
I likhet med IPv4 er IPv6-adresser delt inn i klasser basert på verdien av de mest signifikante bitene av adressen.
De fleste klassene er reservert for fremtidig bruk. Den mest interessante for praktisk bruk er klassen beregnet på Internett-leverandører, kalt Leverandørtildelt Unicast.
Adressen til denne klassen har følgende struktur:
Hver Internett-leverandør er tildelt en unik identifikator som identifiserer alle nettverkene den støtter. Deretter tildeler leverandøren unike identifikatorer til sine abonnenter, og bruker begge identifikatorene når de tildeler en blokk med abonnentadresser. Abonnenten selv tildeler unike identifikatorer til sine undernett og noder i disse nettverkene.
Abonnenten kan bruke IPv4-subnettingsteknikken for å dele opp subnett-ID-feltet ytterligere i mindre felt.
Det beskrevne skjemaet bringer IPv6-adresseringsskjemaet nærmere ordningene som brukes i territoriale nettverk, slik som telefonnettverk eller X.25-nettverk. Hierarkiet av adressefelt vil tillate at ryggradsrutere kun fungerer med de høyere delene av adressen, og overlater behandlingen av mindre betydningsfulle felt til abonnentrutere.
Minst 6 byte må tildeles for vertsidentifikatorfeltet for å kunne bruke lokale nettverks MAC-adresser direkte i IP-adresser.
For å sikre kompatibilitet med IPv4-adresseringsskjemaet, har IPv6 en klasse med adresser som har 0000 0000 i de viktigste bitene av adressen. De nederste 4 bytene av adressen til denne klassen må inneholde IPv4-adressen. Rutere som støtter begge versjoner av adresser må gi oversettelse når en pakke sendes fra et nettverk som støtter IPv4-adressering til et nettverk som støtter IPv6-adressering, og omvendt.
Kritikk
Syv-lags OSI-modellen har blitt kritisert av noen eksperter. Spesielt i den klassiske boken «UNIX. System Administrator's Guide" skriver Evi Nemeth og andre:
… Mens ISO-komiteene kranglet om standardene deres, var hele konseptet med nettverk i endring og TCP/IP-protokollen ble implementert over hele verden. ...
…
Og så, da ISO-protokollene endelig ble implementert, dukket det opp en rekke problemer:
Disse protokollene var basert på konsepter som ikke gir mening i moderne nettverk.
Spesifikasjonene deres var i noen tilfeller ufullstendige.
Når det gjelder funksjonalitet, var de dårligere enn andre protokoller.
Tilstedeværelsen av flere lag gjorde disse protokollene trege og vanskelige å implementere.
…
... Nå innrømmer selv de mest ivrige tilhengerne av disse protokollene at OSI gradvis beveger seg mot å bli en fotnote på sidene i datahistorien.