Koncept omrežnega modela osi omrežni model. Kako omrežne naprave delujejo v skladu z modelom omrežja OSI

Aleksander Gorjačev, Aleksej Niskovski

Da bi strežniki in odjemalci omrežja lahko komunicirali, morajo delovati po istem komunikacijskem protokolu, torej "govoriti" isti jezik. Protokol opredeljuje niz pravil za organizacijo izmenjave informacij na vseh ravneh interakcije med omrežnimi objekti.

Obstaja referenčni model medsebojnega povezovanja odprtega sistema, ki se pogosto imenuje tudi model OSI. Ta model je razvila Mednarodna organizacija za standardizacijo (ISO). Model OSI opisuje shemo interakcije omrežnih objektov, opredeljuje seznam nalog in pravila za prenos podatkov. Vključuje sedem stopenj: fizično (fizično - 1), kanalsko (podatkovna povezava - 2), omrežno (omrežje - 3), transportno (transportno - 4), sejo (sejo - 5), predstavitev podatkov (predstavitev - 6) in uporabljeno (prijava - 7). Menijo, da lahko dva računalnika med seboj komunicirata na določeni plasti modela OSI, če njihova programska oprema, ki izvaja omrežne funkcije te plasti, iste podatke razlaga na enak način. V tem primeru se med računalniki vzpostavi neposredna komunikacija, imenovana "od točke do točke".

Implementacije modela OSI s protokoli se imenujejo protokoli. Nemogoče je izvesti vse funkcije modela OSI v okviru enega posebnega protokola. Običajno se naloge na določeni plasti izvajajo z enim ali več protokoli. En računalnik mora izvajati protokole iz istega sklada. V tem primeru lahko računalnik hkrati uporablja več nizov protokolov.

Razmislimo o nalogah, ki so rešene na vsaki od ravni modela OSI.

Fizični sloj

Na tej ravni modela OSI so opredeljene naslednje značilnosti omrežnih komponent: vrste komunikacijskih medijskih povezav, fizične topologije omrežja, načini prenosa podatkov (z digitalnim ali analognim kodiranjem signala), vrste sinhronizacije prenesenih podatkov, ločitev komunikacijskih kanalov z uporabo frekvenčnega in časovnega multipleksiranja.

Izvedbe protokola fizičnega sloja OSI usklajujejo pravila prenosa bitov.

Fizična plast ne vsebuje opisa prenosnega medija. Vendar pa so implementacije protokolov fizične plasti specifične za določen prenosni medij. Fizični sloj je običajno povezan s povezavo naslednje omrežne opreme:

• koncentratorji, zvezdišča in repetitorji, ki regenerirajo električne signale;
• priključni konektorji prenosnega medija, ki zagotavljajo mehanski vmesnik za povezavo naprave z prenosnim medijem;
• modemi in različne pretvorbene naprave, ki izvajajo digitalne in analogne pretvorbe.

Ta plast modela definira fizične topologije v omrežju podjetja, ki so zgrajene z uporabo osnovnega niza standardnih topologij.

Prva v osnovnem nizu je topologija vodila. V tem primeru so vse omrežne naprave in računalniki povezani na skupno podatkovno vodilo, ki se najpogosteje oblikuje s pomočjo koaksialnega kabla. Kabel, ki tvori skupno vodilo, se imenuje hrbtenica. Iz vsake od naprav, priključenih na vodilo, se signal prenaša v obe smeri. Za odstranitev signala iz kabla je treba na koncih vodila uporabiti posebne terminatorje. Mehanske poškodbe linije vplivajo na delovanje vseh naprav, povezanih z njo.

Topologija obroča omogoča povezavo vseh omrežnih naprav in računalnikov v fizičnem obroču (ring). V tej topologiji se informacije po obroču vedno prenašajo v eno smer - od postaje do postaje. Vsaka omrežna naprava mora imeti sprejemnik informacij na vhodnem kablu in oddajnik na izhodu. Mehanske poškodbe medija za prenos informacij v enem obroču bodo vplivale na delovanje vseh naprav, vendar imajo omrežja, zgrajena z dvojnim obročem, praviloma mejo tolerance in napak samozdravljenja. V omrežjih, zgrajenih na dvojnem obroču, se iste informacije prenašajo vzdolž obroča v obe smeri. Če je kabel poškodovan, bo obroč še naprej deloval v načinu enojnega obroča pri dvojni dolžini (funkcije samozdravljenja so odvisne od uporabljene strojne opreme).

Naslednja topologija je zvezdna topologija ali zvezda. Predvideva prisotnost osrednje naprave, na katero so druge omrežne naprave in računalniki povezani z žarki (ločeni kabli). Zvezdna omrežja imajo eno samo točko okvare. Ta točka je osrednja naprava. V primeru okvare centralne naprave vsi drugi udeleženci omrežja ne bodo mogli izmenjavati informacij med seboj, saj je celotna izmenjava potekala le prek centralne naprave. Odvisno od vrste centralne naprave se lahko signal, prejet z enega vhoda, prenese (z ojačitvijo ali brez) na vse izhode ali na določen izhod, na katerega je naprava - prejemnik informacij povezana.

Topologija očesa je zelo odporna. Pri gradnji omrežij s podobno topologijo je vsaka od omrežnih naprav ali računalnikov povezana z vsemi drugimi komponentami omrežja. Ta topologija je odveč in je zato nepraktična. Dejansko se v majhnih omrežjih ta topologija redko uporablja, v velikih podjetniških omrežjih pa se lahko za povezavo najpomembnejših vozlišč uporabi popolnoma povezana topologija.

Upoštevane topologije so najpogosteje zgrajene s kabelskimi povezavami.

Druga topologija, ki uporablja brezžične povezave, je mobilna. V njem so omrežne naprave in računalniki združeni v cone - celice (celice), ki delujejo le s oddajnikom celice. Prenos informacij med celicami poteka s sprejemnimi napravami.

Povezavni sloj

Ta raven določa logično topologijo omrežja, pravila za dostop do medija za prenos podatkov, rešuje vprašanja v zvezi z naslavljanjem fizičnih naprav v logičnem omrežju in nadzorom prenosa informacij (sinhronizacija prenosnih in storitvenih povezav) med omrežnimi napravami.

Protokoli povezanih plasti določajo:

• pravila za razvrščanje bitov fizične plasti (binarnih in ničel) v logične skupine informacij, imenovane okviri (okviri) ali okviri. Okvir je podatkovna enota plast povezave, sestavljena iz sosednjega zaporedja združenih bitov z glavo in koncem;
• pravila za odkrivanje (in včasih odpravljanje) napak pri prenosu;
• pravila za nadzor pretoka (za naprave, ki delujejo na tej ravni modela OSI, na primer mostovi);
• pravila za identifikacijo računalnikov v omrežju po njihovih fizičnih naslovih.

Tako kot večina drugih slojev tudi plast podatkovne povezave na začetek podatkovnega paketa doda svoje kontrolne informacije. Te informacije lahko vključujejo naslove vira in cilja (fizično ali strojno), podatke o dolžini okvirja in navedbo aktivnih protokolov zgornje plasti.

Naslednji omrežni priključki so običajno povezani s plastjo podatkovne povezave:

• mostovi;
• pametna vozlišča;
• stikala;
• omrežne vmesniške kartice (omrežne vmesniške kartice, adapterji itd.).

Funkcije plasti povezave so razdeljene na dve podravni (tabela 1):

• nadzor dostopa do medijev (MAC);
• Nadzor logične povezave (LLC)

Podsloj MAC opredeljuje take elemente plasti podatkovne povezave, kot so logična topologija omrežja, način dostopa do prenosnega medija in pravila za fizično naslavljanje med omrežnimi entitetami.

Kratica MAC se uporablja tudi za opredelitev fizičnega naslova omrežne naprave: fizični naslov naprave (ki je med proizvodnjo definiran v omrežni napravi ali omrežni kartici) se pogosto imenuje naslov MAC te naprave. Za veliko število omrežnih naprav, zlasti omrežnih kartic, je mogoče programsko spremeniti naslov MAC. Ne smemo pozabiti, da plast podatkovne povezave modela OSI nalaga omejitve uporabe naslovov MAC: v enem fizičnem omrežju (segment večjega omrežja) ne more biti dveh ali več naprav, ki uporabljajo iste naslove MAC. Za določitev fizičnega naslova omrežnega objekta se lahko uporabi koncept "naslova vozlišča". Naslov vozlišča je najpogosteje enak naslovu MAC ali pa je logično določen s prerazporeditvijo naslova programske opreme.

Podsloj LLC opredeljuje pravila za prenos in sinhronizacijo storitev povezav. Ta podplast plasti podatkovne povezave tesno sodeluje z omrežno plastjo modela OSI in je odgovoren za zanesljivost fizičnih (z uporabo naslovov MAC) povezav. Logična topologija (logična topologija) omrežja določa način in pravila (zaporedje) prenosa podatkov med računalniki v omrežju. Omrežni predmeti prenašajo podatke, odvisno od logične topologije omrežja. Fizična topologija opredeljuje fizično pot podatkov; vendar v nekaterih primerih fizična topologija ne odraža načina delovanja omrežja. Dejanska pot podatkov je določena z logično topologijo. Za prenos podatkov po logični poti, ki se lahko razlikuje od poti v fizičnem mediju, se uporabljajo naprave za omrežno povezavo in sheme za dostop do prenosnega medija. Dober primer razlike med fizično in logično topologijo je IBM -ov Token Ring. Token Ring LAN pogosto uporabljajo bakreni kabel, ki je speljan v zvezdasti konfiguraciji s centralnim zvezdiščem. Za razliko od običajne topologije zvezd zvezdišče ne posreduje dohodnih signalov na vse druge povezane naprave. Notranje vezje vozlišča zaporedno pošilja vsak vhodni signal naslednji napravi v vnaprej določenem logičnem obroču, to je v krožnem vzorcu. Fizična topologija tega omrežja je zvezda, logična topologija pa obroč.

Drug primer razlike med fizično in logično topologijo je Ethernet. Fizično omrežje je mogoče zgraditi z uporabo bakrenih kablov in osrednjega vozlišča. Nastane fizično omrežje, narejeno po topologiji zvezde. Vendar tehnologija Ethernet omogoča prenos informacij iz enega računalnika v vse ostale v omrežju. Pesto mora prenašati signal, prejeto iz enega od njegovih vrat, na vsa druga vrata. Oblikuje se logično omrežje s topologijo vodila.

Če želite določiti logično topologijo omrežja, morate razumeti, kako se v njem sprejemajo signali:

• v topologijah logičnega vodila vsak signal sprejmejo vse naprave;
• v logičnih topologijah obroča vsaka naprava sprejema le tiste signale, ki so bili posebej poslani nanjo.

Pomembno je tudi vedeti, kako omrežne naprave dostopajo do prenosnega medija.

Dostop do prenosnega medija

Logične topologije uporabljajo posebna pravila za nadzor dovoljenja za prenos informacij v druge omrežne objekte. Nadzorni postopek nadzoruje dostop do medija za prenos podatkov. Razmislite o omrežju, v katerem lahko vse naprave delujejo brez pravil za dostop do prenosnega medija. Vse naprave v takem omrežju prenašajo informacije takoj, ko so podatki pripravljeni; ti prenosi se lahko včasih časovno prekrivajo. Zaradi prekrivanja se signali popačijo in preneseni podatki se izgubijo. Ta situacija se imenuje trčenje. Trki vam ne omogočajo, da bi organizirali zanesljiv in učinkovit prenos informacij med omrežnimi objekti.

Trki v omrežju segajo do fizičnih segmentov omrežja, na katere so povezani omrežni predmeti. Takšne povezave tvorijo en sam prostor trka, v katerem se vpliv trkov razširi na vse. Če želite zmanjšati velikost prostorov trkov s segmentiranjem fizičnega omrežja, lahko uporabite mostove in druge omrežne naprave, ki imajo funkcije filtriranja prometa na ravni povezave.

Omrežje ne more normalno delovati, dokler vsi omrežni objekti ne morejo nadzorovati, upravljati ali odpravljati trkov. V omrežjih je potrebna neka metoda za zmanjšanje števila trkov, motenj (prekrivanja) hkratnih signalov.

Obstajajo standardne metode dostopa do medijev, ki opisujejo pravila, ki urejajo dovoljenje za prenos informacij za omrežne naprave: spore, prenos žetonov in glasovanje.

Preden izberete protokol, ki izvaja enega od teh načinov dostopa do medija za prenos podatkov, bodite še posebej pozorni na naslednje dejavnike:

• narava prenosov - neprekinjena ali impulzna;
• število prenosov podatkov;
• potreba po prenosu podatkov v strogo določenih časovnih presledkih;
• število aktivnih naprav v omrežju.

Vsak od teh dejavnikov, skupaj s prednostmi in slabostmi, bo pomagal ugotoviti, katera metoda dostopa do medijev je najprimernejša.

Tekmovanje. Sistemi, ki temeljijo na trditvah, predvidevajo, da do medijev dostopamo po principu prvi prispe, prvi prispe. Z drugimi besedami, vsaka omrežna naprava se bori za nadzor nad prenosnim medijem. Dirkalni sistemi so zasnovani tako, da lahko vse naprave v omrežju prenašajo podatke le po potrebi. Ta praksa na koncu vodi do delne ali popolne izgube podatkov, ker dejansko pride do trkov. Ko se vsaka nova naprava doda v omrežje, se lahko število trkov eksponentno poveča. Povečanje števila trkov zmanjšuje zmogljivost omrežja, v primeru popolne nasičenosti medija za prenos informacij pa zmanjšuje zmogljivost omrežja na nič.

Za zmanjšanje števila trkov so bili razviti posebni protokoli, v katerih je funkcija poslušanja medija za prenos informacij izvedena, preden postaja začne oddajati podatke. Če poslušalna postaja zazna prenos signala (z druge postaje), se vzdrži prenosa informacij in jo bo poskušala pozneje ponoviti. Ti protokoli se imenujejo protokoli CSMA (Carrier Sense Multiple Access). Protokoli CSMA znatno zmanjšajo število trkov, vendar jih ne odpravijo v celoti. Do trkov kljub temu pride, ko dve postaji anketirata kabel: ne zaznata nobenega signala, se odločita, da je medij za prenos podatkov prost, nato pa hkrati začneta prenašati podatke.

Primeri takšnih kontradiktornih protokolov so:

• Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection (CSMA / CD);
• Carrier Sense večkratni dostop / preprečevanje trkov (CSMA / CA).

CSMA / CD protokoli. Protokoli CSMA / CD ne samo, da pred pošiljanjem poslušajo kabel, ampak tudi zaznajo trke in sprožijo ponovni prenos. Ko zaznajo trk, postaje, ki oddajajo podatke, inicializirajo posebne notranje časovnike z naključnimi vrednostmi. Merilniki časa začnejo odštevati, in ko dosežejo ničlo, morajo postaje poskušati podatke znova poslati. Ker so bili časovniki inicializirani z naključnimi vrednostmi, bo ena od postaj poskušala poskusiti znova poslati podatke pred drugo. V skladu s tem bo druga postaja ugotovila, da je medij za prenos podatkov že zaseden, in počakala, da se osvobodi.

Primeri protokolov CSMA / CD so različica Ethernet 2 (Ethernet II podjetja DEC Corporation) in IEEE802.3.

CSMA / CA protokoli. CSMA / CA uporablja sheme, na primer dostop do časovnega rezanja ali pošiljanje zahteve za dostop do predstavnosti. Pri uporabi časovnega rezanja lahko vsaka postaja prenaša informacije le v času, ki je strogo določen za to postajo. V tem primeru mora omrežje uvesti mehanizem za upravljanje časovnih zarez. Vsaka nova postaja, priključena na omrežje, objavi svoj videz in s tem sproži postopek prerazporeditve časovnih rezin za prenos informacij. V primeru uporabe centraliziranega nadzora dostopa do prenosnega medija vsaka postaja ustvari posebno zahtevo za prenos, ki je naslovljena na nadzorno postajo. Centralna postaja ureja dostop do prenosnega medija za vse omrežne objekte.

Primer CSMA / CA je protokol LocalTalk Apple Computer.

Sistemi, ki temeljijo na dirkah, so najbolj primerni za hiter promet (prenos velikih datotek) v omrežjih z relativno malo uporabniki.

Sistemi za prenos označevalcev. V sistemih prenosa žetonov se majhen okvir (žeton) v določenem vrstnem redu posreduje iz ene naprave v drugo. Žeton je posebno sporočilo, ki prenese začasni nadzor nad medijem na napravo, ki je lastnik žetona. Prenos žetonov razdeli nadzor dostopa med omrežnimi napravami.

Vsaka naprava ve, iz katere naprave prejema žeton in na katero napravo naj ga pošlje. Običajno so te naprave najbližji sosedi lastnika žetona. Vsaka naprava občasno prevzame nadzor nad žetonom, izvede njegova dejanja (posreduje informacije) in nato žeton posreduje naslednji napravi. Protokoli omejujejo čas nadzora žetona za vsako napravo.

Obstaja več protokolov za prenos žetonov. Dva omrežna standarda, ki uporabljata prenašanje žetonov, sta IEEE 802.4 Token Bus in IEEE 802.5 Token Ring. Token Bus uporablja nadzor dostopa pri prehodu žetonov in topologijo fizičnega ali logičnega vodila, medtem ko Token Ring uporablja nadzor dostopa pri prehodu žetonov in fizično ali logično topologijo obroča.

Omrežja, ki prenašajo žetone, je treba uporabiti, če obstaja časovno odvisen prednostni promet, kot so digitalni zvočni ali video podatki, ali če je zelo veliko uporabnikov.

Anketa. Polling je metoda dostopa, ki za arbitra dostopa do medijev dodeli eno samo napravo (imenovano krmilnik, primarna ali "glavna" naprava). Ta naprava anketira vse druge naprave (sekundarne) po vnaprej določenem vrstnem redu, da preveri, ali imajo informacije za prenos. Za sprejem podatkov iz sekundarne naprave primarna naprava pošlje zahtevo, nato pa od sekundarne naprave prejme podatke in jih posreduje sprejemni napravi. Nato primarna naprava anketira drugo sekundarno napravo, od nje prejme podatke itd. Protokol omejuje količino podatkov, ki jih lahko vsaka sekundarna naprava prenese po glasovanju. Sistemi za glasovanje so idealni za časovno občutljive omrežne naprave, kot je avtomatizacija opreme.

Ta plast ponuja tudi povezavo. Obstajajo tri vrste storitev povezovanja:

• nepotrjena storitev brez povezave - pošilja in sprejema okvirje brez nadzora pretoka in brez napak ali nadzora zaporedja paketov;
• storitev, usmerjena v povezavo - zagotavlja nadzor pretoka, nadzor napak in nadzor zaporedja paketov z izdajanjem potrdil (potrditev);
• potrjena storitev brez povezave - uporablja potrdila za nadzor pretoka in nadzor napak med dvema omrežnima vozliščema.

Podsloj LLC na ravni povezave omogoča sočasno uporabo več omrežnih protokolov (iz različnih skladov protokolov) pri delu prek enega omrežnega vmesnika. Z drugimi besedami, če ima računalnik samo eno omrežno kartico, vendar je treba delati z različnimi omrežnimi storitvami različnih proizvajalcev, potem odjemalska programska oprema za omrežje točno na podnivo LLC omogoča možnost takšnega dela.

Omrežni sloj

Mrežna plast določa pravila za dostavo podatkov med logičnimi omrežji, oblikovanje logičnih naslovov omrežnih naprav, opredelitev, izbiro in vzdrževanje informacij o usmerjanju, delovanje prehodov (prehodov).

Glavni cilj omrežnega sloja je rešiti problem premikanja (dostave) podatkov na določene točke v omrežju. Dostava podatkov na ravni omrežja je na splošno podobna dostavi podatkov na ravni podatkovne povezave modela OSI, kjer se za prenos podatkov uporablja fizično naslavljanje naprav. Naslavljanje na ravni povezave pa se nanaša le na eno logično omrežje, velja pa samo v tem omrežju. Omrežni sloj opisuje metode in načine prenosa informacij med številnimi neodvisnimi (in pogosto heterogenimi) logičnimi omrežji, ki, ko so skupaj povezana, tvorijo eno veliko omrežje. Takšno omrežje imenujemo omrežje, prenos informacij med omrežji pa povezovanje v omrežje.

S pomočjo fizičnega naslavljanja na ravni povezave se podatki dostavijo v vse naprave, vključene v isto logično omrežje. Vsaka omrežna naprava, vsak računalnik določa namen prejetih podatkov. Če so podatki namenjeni računalniku, jih nato obdeluje, če pa ne, jih prezre.

V nasprotju s podatkovno povezavo lahko omrežna plast izbere določeno pot v omrežju in se izogne ​​pošiljanju podatkov v tista logična omrežja, na katera podatki niso naslovljeni. Omrežni sloj to stori s preklapljanjem, naslavljanjem na omrežnem sloju in uporabo algoritmov usmerjanja. Omrežni sloj je odgovoren tudi za zagotavljanje pravilnih poti podatkov po medsebojno povezanem omrežju heterogenih omrežij.

Elementi in načini izvajanja omrežnega sloja so opredeljeni na naslednji način:

• vsa logično ločena omrežja morajo imeti edinstvene omrežne naslove;
• preklapljanje določa, kako se vzpostavljajo povezave po celotnem omrežju;
• možnost izvajanja usmerjanja, tako da računalniki in usmerjevalniki določijo najboljšo pot za prenos podatkov skozi medsebojno povezano omrežje;
• omrežje bo izvajalo različne ravni storitev povezave, odvisno od pričakovanega števila napak v medsebojno povezanem omrežju.

Na tej ravni modela OSI delujejo usmerjevalniki in nekatera stikala.

Mrežna plast določa pravila za oblikovanje logičnih omrežnih naslovov za omrežne objekte. V velikem medsebojno povezanem omrežju mora imeti vsak omrežni subjekt edinstven logični naslov. Pri oblikovanju logičnega naslova sta vključeni dve komponenti: logični naslov omrežja, ki je skupen vsem omrežnim objektom, in logični naslov omrežnega predmeta, ki je edinstven za ta objekt. Pri oblikovanju logičnega naslova omrežnega objekta se lahko uporabi bodisi fizični naslov predmeta ali pa se določi poljuben logični naslov. Z logičnim naslavljanjem lahko organizirate prenos podatkov med različnimi logičnimi omrežji.

Vsak omrežni objekt, vsak računalnik lahko hkrati opravljajo številne omrežne funkcije in zagotavljajo delovanje različnih storitev. Za dostop do storitev se uporablja poseben identifikator storitve, ki se imenuje vrata ali vtičnice. Pri dostopu do storitve identifikator storitve takoj sledi logičnemu naslovu računalnika, ki storitev ponuja.

V mnogih omrežjih so skupine logičnih naslovov in identifikatorjev storitev rezervirane za izvajanje določenih vnaprej določenih in dobro znanih dejanj. Če je na primer treba poslati podatke vsem omrežnim objektom, bodo ti poslani na poseben naslov za oddajanje.

Omrežna plast določa pravila za prenos podatkov med dvema omrežnima objektoma. Ta prenos se lahko izvede s preklapljanjem ali usmerjanjem.

Obstajajo trije načini preklopa prenosa podatkov: preklapljanje med vezji, preklapljanje sporočil in paketno preklapljanje.

Pri uporabi preklopa vezja se med pošiljateljem in sprejemnikom vzpostavi kanal za prenos podatkov. Ta kanal bo uporabljen med celotno komunikacijsko sejo. Pri uporabi te metode so možne dolge zamude pri dodeljevanju kanalov zaradi pomanjkanja zadostne pasovne širine, prezasedenosti preklopne opreme ali zasedenosti prejemnika.

Preklapljanje sporočil vam omogoča prenos celotnega (neprekinjenega) sporočila na osnovi shranjevanja in posredovanja. Vsaka vmesna naprava prejme sporočilo, ga shrani lokalno in ga, ko se sprosti komunikacijski kanal, po katerem naj se to sporočilo pošlje, pošlje. Ta metoda je zelo primerna za pošiljanje e-poštnih sporočil in organizacijo upravljanja elektronskih dokumentov.

Paketno preklapljanje združuje prednosti dveh prejšnjih metod. Vsako veliko sporočilo je razdeljeno na majhne pakete, od katerih se vsak zaporedno pošlje prejemniku. Pri prehodu skozi medsebojno povezano omrežje se za vsak paket določi najboljša pot v tem trenutku. Izkazalo se je, da lahko deli enega sporočila pridejo do prejemnika v različnih obdobjih in šele potem, ko so vsi deli sestavljeni, bo prejemnik lahko delal s prejetimi podatki.

Vsakič, ko določite nadaljnjo pot za podatke, morate izbrati najboljšo pot. Naloga določanja najboljše poti se imenuje usmerjanje. To nalogo opravljajo usmerjevalniki. Naloga usmerjevalnikov je določiti možne poti za prenos podatkov, vzdrževati informacije o usmerjanju in izbrati najboljše poti. Usmerjanje se lahko izvede na statičen ali dinamičen način. Pri podajanju statičnega usmerjanja morajo biti določena vsa razmerja med logičnimi omrežji in ostati nespremenjena. Dinamično usmerjanje predvideva, da lahko usmerjevalnik določi nove poti ali spremeni podatke o starih. Dinamično usmerjanje uporablja posebne algoritme usmerjanja, med katerimi sta najpogostejša vektor razdalje in stanje povezave. V prvem primeru usmerjevalnik uporablja rabljene informacije o omrežni strukturi iz sosednjih usmerjevalnikov. V drugem primeru usmerjevalnik deluje z informacijami o svojih komunikacijskih kanalih in sodeluje s posebnim reprezentativnim usmerjevalnikom, da sestavi celoten zemljevid omrežja.

Na izbiro najboljše poti najpogosteje vplivajo dejavniki, kot so število skokov skozi usmerjevalnike (število skokov) in število klopov (časovne enote), ki so potrebni za dosego ciljnega omrežja (število klopov).

Storitev povezave z omrežno plastjo deluje, ko se ne uporablja storitev povezave podsloja LLC OSI LLC.

Pri gradnji medsebojno povezanega omrežja je potrebno povezati logična omrežja, zgrajena z uporabo različnih tehnologij in z zagotavljanjem različnih storitev. Da bi omrežje delovalo, morajo logična omrežja pravilno razlagati podatke in nadzirati informacije. Ta naloga je opravljena s prehodom, ki je naprava ali aplikacija, ki prevaja in razlaga pravila enega logičnega omrežja v pravila drugega. Na splošno se lahko prehodi izvajajo na kateri koli ravni modela OSI, najpogosteje pa na zgornjih ravneh modela.

Transportni sloj

Transportna plast vam omogoča, da skrijete fizične in logične strukture omrežja pred aplikacijami zgornjih plasti modela OSI. Aplikacije delujejo samo s servisnimi funkcijami, ki so precej univerzalne in niso odvisne od fizičnih in logičnih topologij omrežja. Značilnosti logičnega in fizičnega omrežja so implementirane na prejšnjih plasteh, kjer transportna plast prenaša podatke.

Transportna plast pogosto kompenzira pomanjkanje zanesljive ali na povezavo usmerjene storitve povezave na spodnjih plasteh. Izraz "zanesljiv" ne pomeni, da bodo v vseh primerih posredovani vsi podatki. Vendar pa lahko zanesljive izvedbe protokolov transportne plasti običajno potrdijo ali zavrnejo dostavo podatkov. Če podatki niso pravilno dostavljeni sprejemni napravi, lahko transportni sloj ponovno pošlje ali obvesti višje plasti, da jih ni mogoče dostaviti. Zgornje ravni lahko nato izvedejo potrebne popravne ukrepe ali uporabniku ponudijo izbiro.

Številni protokoli v računalniških omrežjih uporabnikom omogočajo delo s preprostimi imeni v naravnem jeziku namesto zapletenih in težko zapomljivih alfanumeričnih naslovov. Razreševanje naslovov / imen je funkcija medsebojnega prepoznavanja ali preslikave imen in alfanumeričnih naslovov. To funkcijo lahko izvaja vsak subjekt v omrežju ali posebni ponudniki storitev, imenovani imeniški strežniki, imenski strežniki itd. Naslednje definicije razvrščajo metode prevajanja naslovov / imen:

• uvajanje potrošnikov storitev;
• na pobudo ponudnika storitev.

V prvem primeru se uporabnik omrežja nanaša na storitev s svojim logičnim imenom, ne da bi vedel natančno lokacijo storitve. Uporabnik ne ve, ali je ta storitev trenutno na voljo. Pri dostopu se logično ime preslika v fizično ime in uporabnikova delovna postaja sproži klic neposredno v storitev. V drugem primeru vsaka storitev občasno obvesti vse odjemalce omrežja. Vsaka od strank kadar koli ve, ali je storitev na voljo, in ve, kako se neposredno obrniti na storitev.

Metode naslavljanja

Naslovi storitev identificirajo posebne procese programske opreme, ki se izvajajo v omrežnih napravah. Poleg teh naslovov ponudniki storitev spremljajo različne pogovore z napravami, ki zahtevajo storitve. Dva različna načina dialoga uporabljata naslednje naslove:

• identifikator povezave;
• identifikator transakcije.

Identifikator povezave, imenovan tudi ID povezave, vrata ali vtičnice, identificira vsak pogovor. Ponudnik povezave lahko komunicira z več odjemalci z identifikatorjem povezave. Ponudnik storitev se nanaša na vsako preklopno entiteto po njeni številki in se za koordinacijo drugih naslovov nižje plasti zanaša na transportno plast. Identifikator povezave je povezan z določenim pogovorom.

ID -ji transakcij so podobni ID -jem povezav, vendar delujejo v enotah, manjših od pogovornih. Transakcija je sestavljena iz zahteve in odgovora. Ponudniki storitev in potrošniki spremljajo odhod in prihod vsake transakcije, ne celotnega pogovora.

Raven seje

Plast seje olajša komunikacijo med napravami, ki zahtevajo in ponujajo storitve. Komunikacijske seje nadzirajo mehanizmi, ki vzpostavljajo, vzdržujejo, sinhronizirajo in upravljajo dialog med subjekti, ki komunicirajo. Ta plast tudi pomaga zgornjim slojem pri prepoznavanju in povezovanju z razpoložljivo omrežno storitvijo.

Plast seje uporablja podatke o logičnem naslovu, ki jih posredujejo spodnje plasti, da identificira imena strežnikov in naslove, ki jih zahtevajo zgornje plasti.

Plast seje prav tako sproži pogovore med ponudnikom storitev in potrošniškimi napravami. Pri izvajanju te funkcije plast seje pogosto uveljavlja ali identificira vsak predmet in usklajuje pravice dostopa do njega.

Plast seje izvaja nadzor nad dialogom z eno od treh komunikacijskih metod - simpleksno, poldupleksno in polno dupleksno.

Enostavna komunikacija vključuje samo enosmerni prenos od vira do sprejemnika informacij. Ta način komunikacije ne zagotavlja povratnih informacij (od sprejemnika do vira). Half-duplex omogoča uporabo enega medija za prenos podatkov za dvosmerni prenos informacij, vendar se lahko informacije prenašajo samo v eni smeri hkrati. Full duplex omogoča hkraten prenos informacij v obe smeri po mediju za prenos podatkov.

Na tej ravni modela OSI se izvaja tudi upravljanje komunikacijske seje med dvema omrežnima objektoma, ki jo sestavlja vzpostavljanje povezave, prenos podatkov, prekinitev povezave. Po vzpostavitvi seje lahko programska oprema, ki izvaja funkcije te plasti, preveri delovanje (vzdrževanje) povezave, dokler se ne prekine.

Predstavitveni sloj

Glavna naloga sloja predstavitve podatkov je preoblikovanje podatkov v medsebojno dogovorjene formate (izmenjalna sintaksa), ki so razumljive vsem omrežnim aplikacijam in računalnikom, na katerih se aplikacije izvajajo. Na tej ravni so rešeni tudi problemi stiskanja in dekompresije podatkov ter njihovo šifriranje.

Pretvorba se nanaša na spreminjanje vrstnega reda bitov v bajtih, vrstnega reda bajtov v besedi, kod znakov in skladnje imen datotek.

Potreba po spremembi vrstnega reda bitov in bajtov je posledica prisotnosti velikega števila različnih procesorjev, računalnikov, kompleksov in sistemov. Procesorji različnih proizvajalcev lahko različno razlagajo ničelni in sedmi bit v bajtu (bodisi je nič pomemben ali sedmi). Bajte, ki sestavljajo velike enote informacij - besede - obravnavamo na podoben način.

Da bi uporabniki različnih operacijskih sistemov prejemali informacije v obliki datotek s pravilnimi imeni in vsebino, ta raven zagotavlja pravilno pretvorbo skladnje datotek. Različni operacijski sistemi različno delujejo s svojimi datotečnimi sistemi in izvajajo različne načine ustvarjanja imen datotek. Podatki v datotekah so shranjeni tudi v posebnem kodiranju znakov. Ko medsebojno delujeta dva omrežna objekta, je pomembno, da si lahko vsak od njih na svoj način razlaga podatke o datoteki, vendar se pomen informacij ne sme spremeniti.

Predstavitvena plast pretvori podatke v medsebojno skladen format (izmenjalna sintaksa), ki je razumljiv vsem omrežnim aplikacijam in računalnikom, ki izvajajo aplikacije. Prav tako lahko stisne in razširi ter šifrira in dešifrira podatke.

Računalniki uporabljajo drugačna pravila za predstavitev podatkov z uporabo binarnih ničel in enot. Medtem ko vsa ta pravila poskušajo doseči skupni cilj predstavitve človeško berljivih podatkov, so proizvajalci računalnikov in organizacije za standardizacijo ustvarili nasprotujoča si pravila. Ko dva računalnika, ki uporabljata različna nabora pravil, poskušata medsebojno komunicirati, morata pogosto izvesti nekaj sprememb.

Lokalni in omrežni operacijski sistemi pogosto šifrirajo podatke, da jih zaščitijo pred nepooblaščeno uporabo. Šifriranje je splošen izraz, ki opisuje nekatere metode zaščite podatkov. Zaščita se pogosto izvaja s šifriranjem podatkov, ki uporablja eno ali več od treh metod: permutacijo, zamenjavo, algebrsko metodo.

Vsaka od teh metod je preprosto poseben način zaščite podatkov na tak način, da jih lahko razumejo le tisti, ki poznajo šifrirni algoritem. Šifriranje podatkov je mogoče izvajati tako strojno kot programsko. Vendar se šifriranje podatkov od konca do konca običajno izvaja v programski opremi in velja za del funkcionalnosti predstavitvene plasti. Za obveščanje predmetov o uporabljeni metodi šifriranja se običajno uporabljata 2 metodi - zasebni in javni ključi.

Metode šifriranja tajnih ključev uporabljajo en sam ključ. Mrežne entitete, ki imajo v lasti ključ, lahko šifrirajo in dešifrirajo vsako sporočilo. Zato je treba ključ hraniti v tajnosti. Ključ je lahko vgrajen v strojne čipe ali pa ga namesti skrbnik omrežja. Vsakič, ko spremenite ključ, je treba spremeniti vse naprave (priporočljivo je, da za prenos vrednosti novega ključa ne uporabljate omrežja).

Mrežne entitete, ki uporabljajo tehnike šifriranja javnega ključa, podpirajo skrivni ključ in neka znana vrednost. Objekt ustvari javni ključ z manipulacijo znane vrednosti s skrivnim ključem. Subjekt, ki sproži komunikacijo, pošlje prejemniku svoj javni ključ. Drugi subjekt nato matematično združi svoj zasebni ključ z javnim ključem, ki mu je bil posredovan, da nastavi vzajemno sprejemljivo vrednost šifriranja.

Nepooblaščenim uporabnikom ni na voljo le javni ključ. Kompleksnost nastalega šifrirnega ključa je dovolj velika, da se lahko izračuna v razumnem času. Tudi poznavanje lastnega zasebnega ključa in javnega ključa nekoga drugega ne bo veliko pomagalo določiti druge skrivnosti - zaradi zapletenosti logaritemskih izračunov za velika števila.

Raven aplikacije

Aplikacijska plast vsebuje vse elemente in funkcije, značilne za vsako vrsto omrežne storitve. Šest spodnjih plasti združuje naloge in tehnologije, ki zagotavljajo splošno podporo omrežnim storitvam, medtem ko aplikacijska plast nudi protokole, potrebne za izvajanje določenih funkcij omrežnih storitev.

Strežniki strankam v omrežju predstavljajo informacije o vrstah storitev, ki jih ponujajo. Osnovni mehanizmi za identifikacijo ponujenih storitev vsebujejo elemente, kot so naslovi storitev. Poleg tega strežniki uporabljajo metode za predstavitev svoje storitve, kot so aktivne in pasivne predstavitve storitev.

Pri izvajanju oglasa za aktivno storitev vsak strežnik občasno pošilja sporočila (vključno z naslovi storitev), ki oznanjujejo njegovo razpoložljivost. Stranke lahko anketirajo tudi omrežne naprave, ki iščejo določeno vrsto storitve. Odjemalci v omrežju zbirajo poglede strežnikov in ustvarjajo tabele trenutno razpoložljivih storitev. Večina omrežij, ki uporabljajo aktivno predstavitveno metodo, določa tudi določeno obdobje veljavnosti predstavitev storitev. Na primer, če omrežni protokol določa, da je treba predstavitve storitev pošiljati vsakih pet minut, bodo odjemalci odšteli tiste storitve, ki niso bile predstavljene v zadnjih petih minutah. Ko poteče časovna omejitev, odjemalec odstrani storitev iz tabel.

Strežniki izvajajo oglas pasivne storitve tako, da svojo storitev in naslov registrirajo v imeniku. Ko želijo stranke določiti razpoložljive vrste storitev, v imeniku preprosto vprašajo lokacijo želene storitve in njen naslov.

Preden lahko uporabite omrežno storitev, jo morate dati na voljo lokalnemu operacijskemu sistemu računalnika. Obstaja več načinov za rešitev tega problema, vendar je vsako takšno metodo mogoče določiti glede na položaj ali raven, na kateri lokalni operacijski sistem prepozna omrežni operacijski sistem. Storitve lahko razdelimo v tri kategorije:

• prestrezanje klicev v operacijski sistem;
• oddaljeni način;
• skupna obdelava podatkov.

Ko uporabljate OC Call Interception, se lokalni operacijski sistem popolnoma ne zaveda obstoja omrežne storitve. Ko na primer aplikacija DOS poskuša prebrati datoteko z omrežnega datotečnega strežnika, predpostavlja, da je datoteka v lokalnem pomnilniku. V resnici poseben del programske opreme prestreže zahtevo po branju datoteke, preden pride v lokalni operacijski sistem (DOS), in zahtevo posreduje omrežni datotečni storitvi.

Na drugi skrajnosti, z oddaljenim upravljanjem, se lokalni operacijski sistem zaveda omrežja in je odgovoren za pošiljanje zahtev omrežnim storitvam. Strežnik pa o odjemalcu ne ve ničesar. Operacijskemu sistemu strežnika so vse storitvene zahteve enake, ne glede na to, ali so notranje ali poslane po omrežju.

Končno obstajajo operacijski sistemi, ki se zavedajo obstoja omrežja. Potrošnik storitev in ponudnik storitev se medsebojno zavedata obstoja in skupaj sodelujeta pri usklajevanju uporabe storitve. Ta vrsta uporabe storitev je običajno potrebna za medsebojno medsebojno obdelavo. Sodelovalna obdelava podatkov pomeni ločitev zmogljivosti obdelave podatkov za opravljanje ene naloge. To pomeni, da se mora operacijski sistem zavedati obstoja in zmožnosti drugih ter biti sposoben sodelovati z njimi za dosego želene naloge.

RačunalnikPritisnite 6 "1999

Za enotno predstavitev podatkov v omrežjih z heterogenimi napravami in programsko opremo je Mednarodna organizacija za standardizacijo (ISO) razvila osnovni komunikacijski model za odprte sisteme OSI (Open System Interconnection). Ta model opisuje pravila in postopke za prenos podatkov v različnih omrežnih okoljih pri vzpostavljanju komunikacijske seje. Glavni elementi modela so plasti, aplikacijski procesi in fizična povezljivost. Na sl. 1.10 prikazuje strukturo osnovnega modela.

Vsaka plast modela OSI opravlja posebno nalogo v procesu prenosa podatkov po omrežju. Osnovni model je osnova za razvoj omrežnih protokolov. OSI deli komunikacijske funkcije v omrežju v sedem plasti, od katerih vsaka služi drugačnemu delu procesa medsebojnega povezovanja odprtih sistemov.

Model OSI opisuje samo sistemske komunikacije, ne pa aplikacije končnega uporabnika. Aplikacije izvajajo lastne komunikacijske protokole z dostopom do sistemskih orodij.

Riž. 1.10. OSI model

Če lahko aplikacija prevzame funkcije nekaterih zgornjih plasti modela OSI, se za izmenjavo podatkov obrne neposredno na sistemska orodja, ki opravljajo funkcije preostalih spodnjih plasti modela OSI.

Interakcija sloja modela OSI

Model OSI lahko razvrstimo v dva različna modela, kot je prikazano na sl. 1.11:

Vodoravni model, ki temelji na protokolu in ponuja mehanizem za interakcijo programov in procesov na različnih strojih;

Navpični model, ki temelji na storitvah, ki jih na istem stroju med seboj ponujajo sosednje plasti.

Vsaka raven računalnika pošiljatelja deluje z isto stopnjo sprejemnega računalnika, kot če bi bil neposredno povezan. Takšna povezava se imenuje logična ali virtualna povezava. V resnici komunikacija poteka med sosednjima nivojema istega računalnika.

Torej morajo informacije o pošiljateljskem računalniku prehajati vse ravni. Nato se prek fizičnega medija prenese na sprejemni računalnik in spet preide skozi vse plasti, dokler ne doseže iste ravni, s katere je bil poslan na računalniku pošiljatelju.

V horizontalnem modelu oba programa zahtevata skupen protokol za izmenjavo podatkov. V navpičnem modelu sosednje plasti komunicirajo z API -ji (Application Programming Interface).

Riž. 1.11. Shema interakcije računalnikov v osnovnem referenčnem modelu OSI

Podatki so razdeljeni v pakete, preden so poslani v omrežje. Paket je enota informacij, ki se prenaša med postajami v omrežju.

Pri pošiljanju podatkov gre paket zaporedno skozi vse plasti programske opreme. Na vsaki ravni se v paket dodajo nadzorne informacije te ravni (glava), ki so potrebne za uspešen prenos podatkov po omrežju, kot je prikazano na sliki 1. 1.12, kjer je Zag glava paketa, Kon pa konec paketa.

Na sprejemni strani gre paket skozi vse plasti v obratnem vrstnem redu. Na vsakem sloju protokol te plasti prebere informacije o paketu, nato odstrani podatke, ki jih pošiljatelju doda stran na isti ravni, in paket posreduje naslednji plasti. Ko paket doseže plast aplikacije, bodo iz paketa odstranjeni vsi kontrolni podatki, podatki pa se bodo vrnili v prvotno obliko.

Riž. 1.12. Oblikovanje paketa vsake stopnje sedemstopenjskega modela

Vsaka raven modela izpolnjuje svojo funkcijo. Višja kot je raven, težje težavo reši.

Posamezne plasti modela OSI je primerno razmišljati kot skupine programov, namenjenih opravljanju določenih funkcij. En sloj je na primer odgovoren za pretvorbo podatkov iz ASCII v EBCDIC in vsebuje programe, potrebne za izvedbo te naloge.

Vsak sloj zagotavlja storitev višjemu sloju, zahteva pa storitev od spodnjega sloja. Zgornje plasti zahtevajo storitev na skoraj enak način: praviloma je to zahteva za usmerjanje nekaterih podatkov iz enega omrežja v drugo. Praktično izvajanje načel obravnave podatkov je dodeljeno nižjim stopnjam. Na sl. 1.13 vsebuje kratek opis funkcij vseh ravni.

Riž. 1.13. Funkcije sloja modela OSI

Obravnavani model opredeljuje interakcijo odprtih sistemov različnih proizvajalcev v istem omrežju. Zato zanje izvaja usklajevalna dejanja:

Interakcija uporabljenih procesov;

Obrazci za predstavitev podatkov;

Enotno shranjevanje podatkov;

Upravljanje omrežnih virov;

Varnost podatkov in zaščita informacij;

Diagnostika programov in tehničnih sredstev.

Aplikacijski sloj

Aplikacijska plast omogoča aplikacijskim procesom dostop do interakcijskega območja, je zgornja (sedma) raven in neposredno meji na aplikacijske procese.

V resnici je aplikacijski sloj zbirka različnih protokolov, ki uporabnikom omrežja omogočajo dostop do virov v skupni rabi, kot so datoteke, tiskalniki ali hipertekstne spletne strani, in organizirajo njihovo sodelovanje, na primer z uporabo e-poštnega protokola. Elementi aplikacijske storitve ponujajo storitev za posebne aplikacijske programe, kot so programi za prenos datotek in programi za emulacijo terminala. Če mora na primer program poslati datoteke, se bo uporabil protokol za prenos datotek, dostop in upravljanje FTAM (prenos datotek, dostop in upravljanje). V modelu OSI aplikacija, ki mora izvesti določeno nalogo (na primer posodobiti bazo podatkov v računalniku), pošlje določene podatke kot podatkovni sloj na aplikacijsko plast. Ena od glavnih nalog te plasti je določiti, kako naj se obravnava zahteva aplikacije, z drugimi besedami, kakšno zahtevo mora sprejeti določena zahteva.

Podatkovna enota, na kateri deluje aplikacijski sloj, se običajno imenuje sporočilo.

Aplikacijska plast opravlja naslednje funkcije:

1. Izvajanje različnih vrst del.

Prenos datoteke;

Upravljanje delovnih mest;

Upravljanje sistema itd.

2. Identifikacija uporabnikov po njihovih geslih, naslovih, elektronskih podpisih;

3. Določitev delujočih naročnikov in možnost dostopa do novih aplikacijskih procesov;

4. Določitev ustreznosti razpoložljivih virov;

5. Organizacija zahtev za povezavo z drugimi prijavnimi procesi;

6. prenos vlog na reprezentativno raven za potrebne metode opisovanja informacij;

7. Izbira postopkov za načrtovani dialog procesov;

8. Upravljanje podatkov, ki se izmenjujejo z aplikacijskimi procesi, in sinhronizacija interakcije aplikacijskih procesov;

9. Določanje kakovosti storitve (čas dostave podatkovnih blokov, dovoljena stopnja napak);

10. Sporazum o popravku napak in potrditvi podatkov;

11. Pogajanja o omejitvah, ki veljajo za skladnjo (nabori znakov, struktura podatkov).

Te funkcije določajo vrste storitev, ki jih aplikacijska plast ponuja aplikacijskim procesom. Poleg tega aplikacijska plast v aplikacijske procese prenese storitve, ki jih ponujajo fizični, kanalski, omrežni, transportni, sejni in predstavitveni sloj.

Na ravni aplikacije je treba uporabnikom zagotoviti obdelane podatke. S tem se lahko spopade sistemska in uporabniška programska oprema.

Aplikacijska plast je odgovorna za dostop aplikacij do omrežja. Naloge te plasti so prenos datotek, izmenjava e-pošte in upravljanje omrežja.

Najpogostejši protokoli v zgornjih treh plasteh so:

Protokol za prenos datotek FTP (File Transfer Protocol);

TFTP (Trivial File Transfer Protocol) je najpreprostejši protokol za prenos datotek;

E -pošta X.400;

Telnet deluje z oddaljenim terminalom;

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) je preprost protokol za izmenjavo pošte;

CMIP (Common Management Information Protocol) splošni protokol za upravljanje informacij;

SLIP (Serial Line IP) IP za serijske linije. Zaporedni protokol za prenos podatkov po znakih;

SNMP (Simple Network Management Protocol) je preprost protokol za upravljanje omrežja;

FTAM (prenos datotek, dostop in upravljanje) je protokol za prenos datotek, dostop in upravljanje.

Predstavitveni sloj

Funkcije te ravni so predstavitev podatkov, prenesenih med aplikacijskimi procesi v zahtevani obliki.

Ta plast zagotavlja, da bo aplikacijska plast v drugem sistemu razumela informacije, ki jih posreduje aplikacijska plast. Če je potrebno, predstavitvena plast v času prenosa informacij pretvori podatkovne formate v določeno skupno predstavitveno obliko in v času sprejema ustrezno izvede obratno transformacijo. Tako lahko aplikacijske plasti premagajo na primer skladenjske razlike v predstavitvi podatkov. Do te situacije lahko pride v omrežju LAN z heterogenimi računalniki (IBM PC in Macintosh), ki potrebujejo izmenjavo podatkov. Torej, na področjih zbirk podatkov je treba informacije predstaviti v obliki črk in številk, pogosto pa tudi v obliki grafične podobe. Te podatke morate na primer obdelati kot številke s plavajočo vejico.

Splošna predstavitev podatkov temelji na sistemu ASN.1, poenotenem za vse ravni modela. Ta sistem služi za opis strukture datotek in vam omogoča tudi rešitev problema šifriranja podatkov. Na tej ravni je mogoče izvesti šifriranje in dešifriranje podatkov, zaradi česar je tajnost izmenjave podatkov zagotovljena za vse aplikacijske storitve hkrati. Primer takšnega protokola je plast zaščitene vtičnice (SSL), ki zagotavlja varno sporočanje za protokole aplikacijske plasti za sklad TCP / IP. Ta plast zagotavlja pretvorbo podatkov (kodiranje, stiskanje itd.) Aplikacijske plasti v tok informacij za transportno plast.

Reprezentativna raven opravlja naslednje glavne funkcije:

1. Generiranje zahtev za vzpostavitev sej interakcije med aplikacijskimi procesi.

2. Usklajevanje predstavitve podatkov med prijavnimi procesi.

3. Izvajanje obrazcev za predstavitev podatkov.

4. Predstavitev grafičnega materiala (risbe, slike, diagrami).

5. Razvrščanje podatkov.

6. Prenos zahtev za prekinitev sej.

Protokoli predstavitvene plasti so običajno del protokolov treh zgornjih plasti modela.

Sejni sloj

Plast seje je plast, ki opredeljuje postopek za vodenje sej med uporabniki ali aplikacijskimi procesi.

Plast seje zagotavlja nadzor nad pogovorom, da zabeleži, katera stran je trenutno aktivna, in ponuja tudi sredstva za sinhronizacijo. Slednji omogočajo vstavljanje prelomnih točk v dolge prehode, tako da se lahko v primeru napake vrnete na zadnjo točko preloma, namesto da bi začeli znova. V praksi le malo aplikacij uporablja plast seje in le redko se izvaja.

Plast seje upravlja prenos podatkov med aplikacijskimi procesi, usklajuje sprejem, prenos in izdajo ene komunikacijske seje. Poleg tega plast seje dodatno vsebuje funkcije upravljanja gesel, upravljanja dialogov, sinhronizacije in preklica komunikacije v seji prenosa po napaki zaradi napak v spodnjih plasteh. Naloge tega sloja so usklajevanje komunikacije med dvema aplikacijama, ki delujeta na različnih delovnih postajah. To se zgodi v obliki dobro strukturiranega dialoga. Te funkcije vključujejo ustvarjanje seje, nadzor prenosa in sprejemanja paketov sporočil med sejo ter prekinitev seje.

Na ravni seje je določeno, kakšen bo prenos med dvema aplikacijskima procesoma:

Half-duplex (procesi bodo po vrsti prenašali in prejemali podatke);

Duplex (procesi bodo prenašali podatke in jih hkrati prejemali).

V načinu pol-dupleksa plast seje izda podatkovni žeton procesu, ki začne prenos. Ko pride čas za odziv drugega procesa, se mu posreduje podatkovni žeton. Plast seje dovoljuje prenos samo na stran, ki ima žeton podatkov.

Plast seje zagotavlja naslednje funkcije:

1. Vzpostavitev in prekinitev povezave med interakcijskimi sistemi na ravni seje.

2. Izvajanje običajne in nujne izmenjave podatkov med prijavnimi procesi.

3. Upravljanje interakcije uporabljenih procesov.

4. Sinhronizacija povezav sej.

5. Obveščanje o postopkih prijave izjemnih situacij.

6. Vzpostavitev oznak v postopku prijave, ki po napaki ali napaki omogočajo obnovitev njene izvedbe z najbližje oznake.

7. Po potrebi prekinitev postopka prijave in njegovo pravilno nadaljevanje.

8. Prekinitev seje brez izgube podatkov.

9. Pošiljanje posebnih sporočil o poteku seje.

Sloj seje je odgovoren za organizacijo sej izmenjave podatkov med končnimi stroji. Protokoli na ravni seje so običajno del protokolov treh zgornjih plasti modela.

Transportna plast

Transportni sloj je zasnovan za prenos paketov po komunikacijskem omrežju. Na transportni ravni so paketi razdeljeni v bloke.

Na poti od pošiljatelja do prejemnika se lahko paketi pokvarijo ali izgubijo. Medtem ko imajo nekatere aplikacije svoje pripomočke za odpravljanje napak, so druge, ki se raje takoj lotijo ​​zanesljive povezave. Naloga transportne plasti je zagotoviti, da aplikacije ali zgornje plasti modela (aplikacija in seja) prenašajo podatke s potrebno stopnjo zanesljivosti. Model OSI opredeljuje pet razredov storitev, ki jih zagotavlja transportna plast. Te vrste storitev se odlikujejo po kakovosti ponujenih storitev: nujnost, možnost obnovitve prekinjene povezave, razpoložljivost naprav za multipleksiranje za več povezav med različnimi aplikacijskimi protokoli prek skupnega transportnega protokola in kar je najpomembneje, sposobnost zaznavanja in odpraviti napake pri prenosu, kot so popačenje, izguba in podvajanje paketov.

Transportna plast definira naslavljanje fizičnih naprav (sistemov, njihovih delov) v omrežju. Ta plast zagotavlja dostavo blokov informacij naslovnikom in nadzoruje to dostavo. Njegova glavna naloga je zagotoviti učinkovite, priročne in zanesljive oblike prenosa informacij med sistemi. Ko se obdeluje več kot en paket, transportni sloj nadzoruje vrstni red prenosa paketov. Če dvojnik prej prejetega sporočila preide, potem ta sloj to prepozna in sporočilo prezre.

Funkcije transportnega sloja vključujejo:

1. Upravljanje prenosa po omrežju in zagotavljanje celovitosti podatkovnih blokov.

2. Odkrivanje napak, njihovo delno odpravljanje in poročanje o nepopravljenih napakah.

3. Obnova menjalnika po okvarah in okvarah.

4. Konsolidacija ali delitev podatkovnih blokov.

5. Dodelitev prednostnih nalog pri prenosu blokov (običajnih ali nujnih).

6. Potrditev prenosa.

7. Odprava blokov v primeru zastojev v omrežju.

Začenši s transportno plastjo, se vsi nadrejeni protokoli izvajajo s programsko opremo, običajno vključeno v omrežni operacijski sistem.

Najpogostejši protokoli transportne plasti vključujejo:

TCP (Transmission Control Protocol) protokol za nadzor prenosa sklada TCP / IP;

UDP (protokol uporabniškega datagrama) protokol datagrama po meri sklada TCP / IP;

NCP (NetWare Core Protocol) je osnovni protokol za omrežja NetWare;

SPX (Sequenced Packet eXchange) Zaporedna izmenjava paketov sklada Novell;

TP4 (prenosni protokol) je prenosni protokol razreda 4.

Omrežni sloj

Omrežni sloj zagotavlja polaganje kanalov, ki povezujejo naročniške in upravne sisteme prek komunikacijskega omrežja, izbiro poti na najhitrejši in najbolj zanesljiv način.

Omrežna plast vzpostavlja komunikacijo v računalniškem omrežju med dvema sistemoma in zagotavlja polaganje navideznih kanalov med njimi. Navidezni ali logični kanal je takšno delovanje omrežnih komponent, ki ustvarja iluzijo postavitve potrebne poti med medsebojno delujočimi komponentami. Poleg tega omrežni sloj poroča o napakah transportnemu sloju. Sporočila omrežne plasti se običajno imenujejo paketi. Vanj so vstavljeni kosi podatkov. Omrežna plast je odgovorna za njihovo naslavljanje in dostavo.

Najboljša pot za prenos podatkov se imenuje usmerjanje, njena rešitev pa je glavna naloga omrežnega sloja. Temu problemu povečuje dejstvo, da najkrajša pot ni vedno najboljša. Pogosto je merilo za izbiro poti čas prenosa podatkov po tej poti; odvisno je od pasovne širine komunikacijskih kanalov in intenzivnosti prometa, ki se lahko sčasoma spreminja. Nekateri algoritmi usmerjanja se poskušajo prilagoditi spremembam obremenitve, drugi pa se sčasoma odločajo na podlagi povprečja. Izbira poti se lahko izvede po drugih merilih, na primer glede zanesljivosti prenosa.

Protokol veznega sloja zagotavlja dostavo podatkov med poljubnimi vozlišči samo v omrežju z ustrezno tipično topologijo. To je zelo huda omejitev, ki ne dovoljuje gradnje omrežij z razvito strukturo, na primer omrežij, ki združujejo več omrežij podjetij v eno samo omrežje, ali zelo zanesljivih omrežij, v katerih obstajajo odvečne povezave med vozlišči.

Tako v omrežju dostavo podatkov ureja plast povezave, medtem ko je omrežna plast odgovorna za dostavo podatkov med omrežji. Pri organizaciji dostave paketov na ravni omrežja se uporablja koncept omrežne številke. V tem primeru naslov prejemnika sestavljata številka omrežja in številka računalnika v tem omrežju.

Omrežja so med seboj povezana s posebnimi napravami, imenovanimi usmerjevalniki. Usmerjevalnik je naprava, ki zbira informacije o topologiji medsebojne povezave in na podlagi njih posreduje pakete omrežne plasti v ciljno omrežje. Če želite poslati sporočilo od pošiljatelja, ki je v enem omrežju, do prejemnika, ki se nahaja v drugem omrežju, morate med omrežji narediti določeno število skokov in vsakič izbrati ustrezno pot. Tako je pot zaporedje usmerjevalnikov, skozi katere potuje paket.

Omrežni sloj je odgovoren za razdelitev uporabnikov v skupine in usmerjanje paketov na podlagi prevajanja naslovov MAC v omrežne naslove. Mrežni sloj zagotavlja tudi pregleden prenos paketov na transportno plast.

Omrežni sloj opravlja naslednje funkcije:

1. Ustvarjanje omrežnih povezav in identifikacija njihovih vrat.

2. Odkrivanje in odpravljanje napak, ki nastanejo pri prenosu po komunikacijskem omrežju.

3. Nadzor paketnega pretoka.

4. Organizacija (urejanje) zaporedij paketov.

5. Usmerjanje in preklapljanje.

6. Segmentacija in konsolidacija paketov.

Na omrežnem nivoju sta definirani dve vrsti protokolov. Prva vrsta se nanaša na opredelitev pravil za prenos paketov s podatki končnih vozlišč iz vozlišča v usmerjevalnik in med usmerjevalniki. To so protokoli, na katere se običajno sklicuje, ko govorimo o protokolih omrežne plasti. Druga vrsta protokola, imenovana protokoli za izmenjavo informacij o usmerjanju, se pogosto imenuje omrežna plast. Z uporabo teh protokolov usmerjevalniki zbirajo informacije o topologiji medsebojnega povezovanja.

Protokole omrežne plasti izvajajo moduli programske opreme operacijskega sistema ter programska in strojna oprema usmerjevalnikov.

Najpogosteje uporabljeni protokoli na ravni omrežja so:

IP (internetni protokol) internetni protokol, omrežni protokol sklada TCP / IP, ki zagotavlja informacije o naslovu in usmerjanju;

IPX (Internetwork Packet Exchange) je protokol za izmenjavo paketov v omrežju za naslavljanje in usmerjanje paketov v omrežjih Novell;

X.25 je mednarodni standard za globalno komunikacijo s paketno komutacijo (ta protokol je delno izveden na ravni 2);

CLNP (Connection Less Network Protocol) je omrežni protokol brez povezave.

Podatkovna povezava

Informacijska enota plast povezave so okvirji. Okviri so logično organizirana struktura, v katero je mogoče vnesti podatke. Naloga plasti povezave je prenos okvirjev iz omrežne plasti na fizično plast.

Na fizični plasti se bitovi preprosto prenesejo. To ne upošteva, da je v nekaterih omrežjih, kjer komunikacijske linije izmenično uporablja več parov medsebojno delujočih računalnikov, fizični prenosni medij morda zaposlen. Zato je ena od nalog povezanega sloja preverjanje razpoložljivosti prenosnega medija. Druga naloga plasti podatkovne povezave je izvajanje mehanizmov odkrivanja in odpravljanja napak.

Plast povezave zagotavlja pravilen prenos vsakega okvirja tako, da na začetek in konec vsakega okvira postavi posebno zaporedje bitov, da ga označi, prav tako pa izračuna kontrolno vsoto tako, da na poseben način sešteje vse bajte okvirja in doda kontrolno vsoto do okvirja. Ko prispe okvir, sprejemnik znova izračuna kontrolno vsoto prejetih podatkov in primerja rezultat s kontrolno vsoto iz okvira. Če se ujemajo, se okvir šteje za pravilen in sprejet. Če se kontrolne vsote ne ujemajo, se zabeleži napaka.

Naloga povezanega sloja je, da vzame pakete, ki prihajajo iz omrežnega sloja, in jih pripravi na prenos ter jih postavi v okvir ustrezne velikosti. Ta plast je potrebna za določitev, kje se blok začne in konča, ter za odkrivanje napak pri prenosu.

Na isti ravni so določena pravila za uporabo fizične plasti po omrežnih vozliščih. Električna predstavitev podatkov v lokalnem omrežju (bitovi podatkov, metode kodiranja podatkov in označevalci) se prepoznajo na tej in samo na tej ravni. Tu se odkrijejo in odpravijo napake (z zahtevami za ponovni prenos).

Plast povezave omogoča ustvarjanje, prenos in sprejem podatkovnih okvirjev. Ta plast služi zahtevam omrežne plasti in uporablja storitev fizične plasti za sprejem in prenos paketov. Specifikacije IEEE 802.X razdelijo plast podatkovne povezave na dva podsloja:

LLC (Logical Link Control) je nadzor logične povezave. Podsloj LLC ponuja storitve omrežne plasti in je povezan s pošiljanjem in prejemanjem uporabniških sporočil.

MAC (Media Assess Control) nadzor dostopa do medijev. Podsloj MAC ureja dostop do fizičnega medija v skupni rabi (prehod žetona ali trčenje ali odkrivanje trkov) in nadzoruje dostop do komunikacijskega kanala. Podsloj LLC je nad podslojem MAC.

Plast povezave definira dostop do medijev in nadzor prenosa s postopkom prenosa podatkov po povezavi.

Ko je velikost poslanih podatkovnih blokov velika, jih plast povezave razdeli na okvirje in jih prenese v obliki zaporedij.

Pri sprejemanju okvirjev sloj iz njih tvori poslane podatkovne bloke. Velikost podatkovnega bloka je odvisna od načina prenosa, kakovosti kanala, po katerem se prenaša.

V lokalnih omrežjih protokole na ravni povezave uporabljajo računalniki, mostovi, stikala in usmerjevalniki. V računalnikih funkcije povezanega sloja skupaj izvajajo omrežni vmesniki in njihovi gonilniki.

Plast povezave lahko opravlja naslednje vrste funkcij:

1. Organizacija (vzpostavitev, upravljanje, prekinitev) povezav kanalov in identifikacija njihovih pristanišč.

2. Organizacija in premestitev osebja.

3. Odkrivanje in odpravljanje napak.

4. Nadzor pretoka podatkov.

5. Zagotavljanje preglednosti logičnih kanalov (prenos podatkov, kodiranih na kakršen koli način).

Najpogosteje uporabljeni protokoli plasti povezave vključujejo:

HDLC (High Level Data Link Control) nadzorni protokol za podatkovno povezavo na visoki ravni za serijske povezave;

IEEE 802.2 LLC (tip I in tip II) zagotavlja MAC za okolja 802.x;

Ethernetna omrežna tehnologija po standardu IEEE 802.3 za omrežja, ki uporabljajo topologijo vodila in dostop v skupni rabi s poslušalcem in odkrivanjem trkov;

Omrežna tehnologija žetonskega obroča po standardu IEEE 802.5, ki uporablja topologijo obroča in način prenosa žetonov za dostop do obroča;

FDDI (Fibre Distributed Date Interface Station) je omrežna tehnologija IEEE 802.6, ki uporablja optična vlakna;

X.25 je mednarodni standard za globalno komunikacijo s paketno komutacijo;

Okvirno relejno omrežje, organizirano iz tehnologij X25 in ISDN.

Fizični sloj

Fizični sloj je zasnovan za vmesnik s fizičnimi sredstvi povezave. Fizična povezljivost je zbirka fizičnih medijev, strojne in programske opreme, ki prenašajo signale med sistemi.

Fizično okolje je materialna snov, po kateri se prenašajo signali. Fizično okolje je temelj, na katerem temelji fizična povezanost. Eter, kovine, optično steklo in kremen se pogosto uporabljajo kot fizični medij.

Fizično plast sestavljata srednji priključni podplast in podplast pretvorbe prenosa.

Prvi od njih zagotavlja vmesnik podatkovnega toka z uporabljenim fizičnim komunikacijskim kanalom. Drugi izvaja transformacije, povezane z uporabljenimi protokoli. Fizična plast zagotavlja fizični vmesnik za podatkovni kanal in opisuje tudi postopke za prenos signalov v kanal in iz njega. Ta raven opredeljuje električne, mehanske, funkcionalne in proceduralne parametre za fizično komunikacijo v sistemih. Fizična plast sprejema zgornje podatkovne pakete in jih pretvori v optične ali električne signale, ki ustrezajo 0 in 1 binarnega toka. Ti signali se pošiljajo po prenosnem mediju v sprejemno vozlišče. Mehanske in električne / optične lastnosti prenosnega medija so določene na fizični ravni in vključujejo:

Vrsta kablov in priključkov;

Pinout v priključkih;

Shema kodiranja signala za vrednosti 0 in 1.

Fizična plast opravlja naslednje funkcije:

1. Vzpostavitev in prekinitev fizičnih povezav.

2. Zaporedni prenos in sprejem kode.

3. Po potrebi poslušanje kanalov.

4. Identifikacija kanalov.

5. Obvestilo o napakah in okvarah.

Obvestilo o napakah in okvarah je posledica dejstva, da je na fizični ravni zaznan določen razred dogodkov, ki motijo ​​normalno delovanje omrežja (trčenje okvirjev, ki jih pošilja več sistemov hkrati, prekinitev kanala, izpad električne energije, izguba mehanski stik itd.). Vrste storitev za plast podatkovne povezave so določene s protokoli fizične plasti. Poslušanje kanala je potrebno, če je skupina sistemov povezana z enim kanalom, vendar lahko le eden od njih hkrati prenaša signale. Poslušanje kanala vam torej omogoča, da ugotovite, ali je brezplačen za prenos. V nekaterih primerih je za jasnejšo opredelitev strukture fizična plast razdeljena na več podnivov. Na primer, fizična plast brezžičnega omrežja je razdeljena na tri podravni (slika 1.14).

Riž. 1.14. Fizična plast brezžičnega LAN -a

Funkcije fizične plasti se izvajajo v vseh napravah, povezanih v omrežje. Z računalniške strani funkcije fizične plasti izvaja omrežni adapter. Ponavljalci so edina vrsta opreme, ki deluje samo na fizični plasti.

Fizična plast lahko zagotavlja asinhroni (zaporedni) in sinhroni (vzporedni) prenos, ki se uporablja za nekatere glavne računalnike in mini računalnike. Na fizični plasti je treba definirati shemo kodiranja, ki predstavlja binarne vrednosti za prenos po komunikacijskem kanalu. Številna lokalna omrežja uporabljajo Manchester kodiranje.

Primer protokola fizične plasti je specifikacija 10Base-T Ethernet, ki določa, da se kabel uporablja kot neoklopljen zvit par kategorije 3 z značilno impedanco 100 ohmov, priključek RJ-45, največja dolžina fizičnega odsek 100 metrov, Manchester koda za predstavitev podatkov in druge značilnosti okolja in električnih signalov.

Nekatere najpogostejše specifikacije fizične plasti so:

EIA-RS-232-C, CCITT V.24 / V.28-mehanske / električne značilnosti neuravnoteženega serijskega vmesnika;

EIA-RS-422/449, CCITT V.10-Mehanske, električne in optične značilnosti uravnoteženega serijskega vmesnika;

Ethernet je omrežna tehnologija IEEE 802.3 za omrežja, ki uporabljajo topologijo vodila in dostop v skupni rabi s poslušanjem operaterja in odkrivanjem trkov;

Token ring je omrežna tehnologija IEEE 802.5, ki uporablja topologijo obroča in način prenosa žetonov za dostop do obroča.

), IPX, IGMP, ICMP, ARP.

Morate razumeti, zakaj je bilo treba zgraditi omrežno plast, zakaj omrežja, zgrajena s pomočjo kanala in fizičnih plasti, niso mogla izpolniti zahtev uporabnikov.

S plastjo povezave je mogoče ustvariti kompleksno, strukturirano omrežje z integracijo različnih osnovnih omrežnih tehnologij: za to se lahko uporabijo nekatere vrste mostov in stikal. Seveda se na splošno promet v takem omrežju razvija naključno, po drugi strani pa so zanj značilne tudi nekatere zakonitosti. Praviloma v takem omrežju nekateri uporabniki, ki delajo na skupni nalogi (na primer zaposleni v enem oddelku), najpogosteje podajajo zahteve drug drugemu ali skupnemu strežniku, le včasih pa potrebujejo dostop do virov računalnikov na drugem oddelku. Zato so računalniki v omrežju glede na omrežni promet razdeljeni v skupine, ki se imenujejo segmenti omrežja. Računalniki so združeni, če je večina njihovih sporočil namenjenih (naslovljenih) na računalnike iste skupine. Razdelitev omrežja na segmente je mogoče izvesti z mostovi in ​​stikali. Ščitijo lokalni promet znotraj segmenta in ne prenašajo nobenih okvirjev zunaj njega, razen tistih, ki so naslovljeni na računalnike v drugih segmentih. Tako je eno omrežje razdeljeno na ločene podmreže. Iz teh podomrežij bo v prihodnje mogoče zgraditi sestavljena omrežja precej velikih velikosti.

Zamisel o podomrežju je temelj za gradnjo sestavljenih omrežij.

Mreža se imenuje kompozitni(omrežje ali internet), če ga lahko predstavimo kot zbirko več omrežij. Mreže, ki sestavljajo sestavljeno omrežje, se imenujejo podomrežja, sestavna omrežja ali preprosto omrežja, od katerih lahko vsako deluje na svoji tehnologiji plast povezave (čeprav to ni potrebno).

Toda uresničitev te ideje z repetitorji, mostovi in ​​stikali ima zelo pomembne omejitve in slabosti.

V topologiji omrežja, zgrajenega z uporabo repetitorjev in mostov ali stikal, ne sme biti zank. Dejansko lahko most ali stikalo reši problem dostave paketa naslovniku le, če je med pošiljateljem in prejemnikom le ena pot. Čeprav je hkrati prisotnost odvečnih povezav, ki tvorijo zanke, pogosto potrebna za boljše uravnoteženje obremenitve, pa tudi za povečanje zanesljivosti omrežja z ustvarjanjem odvečnih poti.

Logični segmenti omrežja, ki se nahajajo med mostovi ali stikali, so med seboj slabo izolirani. Niso imuni na nevihte. Če katera koli postaja pošlje oddajno sporočilo, se to sporočilo prenese na vse postaje na vseh logičnih segmentih omrežja. Skrbnik mora ročno omejiti število oddajnih paketov, ki jih določeno vozlišče lahko ustvari na časovno enoto. Načeloma je bilo mogoče na nek način odpraviti problem oddajnih neviht z uporabo mehanizma navideznega omrežja (Debian D-Link VLAN Setting), implementiranega v številnih stikalih. Toda v tem primeru, čeprav je mogoče ustvariti precej prilagodljive skupine postaj, izolirane od prometa, so popolnoma izolirane, to je, da vozlišča enega navideznega omrežja ne morejo komunicirati z vozlišči drugega navideznega omrežja.

V omrežjih, zgrajenih na osnovi mostov in stikal, je problem nadzora prometa na podlagi vrednosti podatkov v paketu precej težko rešiti. V takih omrežjih je to mogoče le s pomočjo filtrov po meri, za katere se mora skrbnik ukvarjati z binarno predstavitvijo vsebine paketov.

Izvajanje transportnega podsistema samo s fizičnimi in povezavnimi plastmi, ki vključujejo mostove in stikala, vodi do premalo prilagodljivega enonivojskega sistema naslavljanja: naslov MAC se uporablja kot naslov ciljne postaje - naslov, ki je tog povezane z omrežnim vmesnikom.

Vse zgoraj navedene pomanjkljivosti mostov in stikal so povezane le z dejstvom, da delujejo po protokolih veznega sloja. Bistvo je, da ti protokoli ne opredeljujejo izrecno pojma dela omrežja (ali podomrežja ali segmenta), ki bi ga lahko uporabili pri strukturiranju velikega omrežja. Zato so se razvijalci omrežnih tehnologij odločili, da nalogo izgradnje sestavljenega omrežja zaupajo novi ravni - ravni omrežja.

Njegov razvoj ni bil povezan z modelom OSI.

OSI modelne plasti

Model je sestavljen iz 7 stopenj, ki se nahajajo ena nad drugo. Plasti medsebojno delujejo ("navpično") prek vmesnikov in lahko uporabljajo protokole z vzporedno plastjo drugega sistema ("vodoravno"). Vsaka raven lahko komunicira samo s sosedi in opravlja funkcije, ki so ji dodeljene. Več podrobnosti najdete na sliki.

Uporabljena (Aplikacije) raven (eng. Aplikacijski sloj)

Zgornja raven modela omogoča interakcijo uporabniških aplikacij z omrežjem. Ta plast aplikacijam omogoča uporabo omrežnih storitev, kot so oddaljeni dostop do datotek in zbirk podatkov, posredovanje e -pošte. Odgovoren je tudi za prenos informacij o storitvah, aplikacijam posreduje informacije o napakah in ustvarja zahteve za predstavitveni ravni... Primer: HTTP, POP3, SMTP, FTP, XMPP, OSCAR, BitTorrent, MODBUS, SIP

Reprezentativni (predstavitvena raven) (eng. Predstavitveni sloj)

Ta plast je odgovorna za pretvorbo protokolov in kodiranje / dekodiranje podatkov. Zahteve aplikacij, prejete iz aplikacijske plasti, pretvori v obliko za prenos po omrežju, podatke, prejete iz omrežja, pa pretvori v obliko, ki jo aplikacije lahko razumejo. Na tej ravni je mogoče izvesti stiskanje / dekompresijo ali kodiranje / dekodiranje podatkov, pa tudi preusmerjanje zahtev na drug omrežni vir, če jih ni mogoče lokalno obdelati.

Plast 6 (pogledi) referenčnega modela OSI je običajno vmesni protokol za preoblikovanje informacij iz sosednjih plasti. To omogoča izmenjavo aplikacij v heterogenih računalniških sistemih na pregleden način. Predstavitveni sloj omogoča oblikovanje in preoblikovanje kode. Oblikovanje kode se uporablja za zagotovitev, da aplikacija prejme informacije za obdelavo, ki so zanjo smiselne. Po potrebi lahko ta plast prevaja iz enega podatkovnega formata v drugega. Predstavitvena plast se ne ukvarja samo z oblikami in predstavitvijo podatkov, temveč tudi s podatkovnimi strukturami, ki jih uporabljajo programi. Tako sloj 6 zagotavlja, da so podatki organizirani med prenosom.

Če želite razumeti, kako to deluje, si predstavljajte, da obstajata dva sistema. Eden uporablja razširjeno binarno kodo EBCDIC za predstavitev podatkov, na primer IBM -ovega glavnega računalnika, drugi pa uporablja American Standard Information Interchange Code (ASCII) (uporablja ga večina drugih proizvajalcev računalnikov). Če morata sistema izmenjati informacije, je potrebna predstavitvena plast, ki bo izvedla pretvorbo in prevajala med dvema različnima formatoma.

Druga funkcija, ki se izvaja na predstavitveni ravni, je šifriranje podatkov, ki se uporablja, kadar je treba zaščititi poslane informacije pred prejemom nepooblaščenih prejemnikov. Da bi to dosegli, morajo procesi in koda na predstavitveni ravni preoblikovati podatke. Na tej ravni obstajajo druge rutine, ki stisnejo besedila in pretvorijo grafične slike v bitne tokove, tako da se lahko prenašajo po omrežju.

Standardi na ravni predstavitve določajo tudi način predstavitve grafike. V te namene se lahko uporabi format PICT, format slike, ki se uporablja za prenos grafike QuickDraw med programi Macintosh in PowerPC. Druga oblika predstavitve je označena oblika slikovne datoteke TIFF, ki se običajno uporablja za bitne slike visoke ločljivosti. Naslednji standard na ravni predstavitve, ki ga je mogoče uporabiti za grafiko, je standard, ki ga je razvila Skupna fotografska strokovna skupina; pri vsakodnevni uporabi se ta standard preprosto imenuje JPEG.

Obstaja še ena skupina standardov na ravni predstavitve, ki opredeljujejo predstavitev zvoka in filma. To vključuje digitalni vmesnik za glasbene instrumente (MIDI) za digitalno predstavitev glasbe, standard MPEG, ki ga je razvila skupina strokovnjakov za kinematografijo in se uporablja za stiskanje in kodiranje video posnetkov na CD -jih, digitalizacijo pomnilnika in prenos s hitrostjo do 1,5 Mb / s. in QuickTime, standard, ki opisuje zvočne in video elemente za programe, ki se izvajajo v računalnikih Macintosh in PowerPC.

Raven seje (eng. Sejni sloj)

5. raven modela je odgovorna za vzdrževanje komunikacijske seje, kar aplikacijam omogoča dolgo medsebojno interakcijo. Plast nadzoruje ustvarjanje / prekinitev seje, izmenjavo informacij, sinhronizacijo opravil, določanje pravice do prenosa podatkov in vzdrževanje seje v obdobjih neaktivnosti aplikacij. Sinhronizacija prenosa je zagotovljena z vstavljanjem kontrolnih točk v podatkovni tok, s katerega se postopek nadaljuje, ko je komunikacija prekinjena.

Transportna plast (eng. Transportni sloj)

Četrta raven modela je zasnovana tako, da podaja podatke brez napak, izgub in podvajanja v zaporedju, kot so bili poslani. V tem primeru ni pomembno, kateri podatki se prenašajo, od kod in kje, torej zagotavlja sam prenosni mehanizem. Podatkovne bloke razdeli na fragmente, katerih velikost je odvisna od protokola, združi kratke v enega in razcepi dolge. Primer: TCP, UDP.

Obstaja veliko razredov protokolov transportne plasti, od protokolov, ki zagotavljajo le osnovne transportne funkcije (na primer funkcije prenosa podatkov brez potrditve prejema), in konča s protokoli, ki zagotavljajo dostavo več podatkovnih paketov v pravilnem zaporedju do cilja , multipleksira več podatkovnih tokov, zagotavlja mehanizem za nadzor pretoka podatkov in jamči za veljavnost prejetih podatkov.

Nekateri protokoli omrežne plasti, imenovani protokoli brez povezave, ne zagotavljajo, da so podatki dostavljeni na cilj v vrstnem redu, v katerem so jih poslali izvorni napravi. Nekateri transportni sloji to obravnavajo tako, da pred pošiljanjem na plast seje zbirajo podatke v pravilnem zaporedju. Multipleksiranje podatkov pomeni, da je transportna plast sposobna hkrati obdelati več podatkovnih tokov (tokovi lahko prihajajo iz različnih aplikacij) med dvema sistemoma. Mehanizem za nadzor pretoka je mehanizem, ki vam omogoča regulacijo količine podatkov, prenesenih iz enega sistema v drugega. Protokoli transportnega sloja imajo pogosto funkcijo nadzora nad dostavo podatkov in tako prisilijo sprejemni sistem, da pošilja pošiljatelju potrditve, da so bili podatki prejeti.

Delovanje protokolov z vzpostavitvijo povezave lahko opišete na primeru delovanja običajnega telefona. Protokoli tega razreda začnejo prenos podatkov z klicem ali nastavljanjem poti paketov od vira do cilja. Po tem se začne serijski prenos podatkov, nato pa se na koncu prenosa povezava prekine.

Protokoli brez povezave, ki v vsakem paketu pošiljajo podatke, ki vsebujejo popolne podatke o naslovu, delujejo podobno kot poštni sistem. Vsaka črka ali paket vsebuje naslov pošiljatelja in prejemnika. Nadalje vsaka vmesna pošta ali omrežna naprava prebere podatke o naslovu in se odloči o usmerjanju podatkov. Pismo ali podatkovni paket se posreduje iz ene vmesne naprave v drugo, dokler ni dostavljen prejemniku. Protokoli brez povezave ne jamčijo, da informacije pridejo do prejemnika v vrstnem redu, v katerem so bile poslane. Transportni protokoli so odgovorni za pravilno nastavitev podatkov pri uporabi omrežnih protokolov brez povezave.

Omrežni sloj (eng. Omrežni sloj)

Tretji sloj omrežnega modela OSI je namenjen določanju poti prenosa podatkov. Odgovoren za prevajanje logičnih naslovov in imen v fizične, določanje najkrajših poti, preklapljanje in usmerjanje, sledenje težavam in zastojem v omrežju. Na tej ravni deluje omrežna naprava, kot je usmerjevalnik.

Protokoli omrežne plasti usmerjajo podatke od vira do cilja.

Povezovalni sloj (eng. Plast podatkovne povezave)

Ta plast je zasnovana tako, da zagotavlja medsebojno povezavo omrežij na fizični plasti in nadzoruje napake, ki se lahko pojavijo. Podatke, prejete s fizične plasti, zapakira v okvirje, po potrebi preveri celovitost, popravi napake (pošlje drugo zahtevo za poškodovan okvir) in jih pošlje na omrežno plast. Plast povezave lahko komunicira z eno ali več fizičnimi plastmi, ki nadzoruje in upravlja to interakcijo. Specifikacija IEEE 802 razdeli ta sloj na 2 podsloja - MAC (nadzor dostopa do medijev) ureja dostop do fizičnega medija v skupni rabi, LLC (nadzor logične povezave) ponuja storitve omrežne plasti.

V programiranju ta raven predstavlja gonilnik omrežne kartice, v operacijskih sistemih obstaja programski vmesnik za medsebojno delovanje kanalov in omrežnih plasti, to ni nova raven, ampak preprosto izvedba modela za poseben OS. Primeri takšnih vmesnikov: ODI, NDIS

Fizični sloj (eng. Fizični sloj)

Najnižja raven modela je namenjena neposredno prenosu podatkovnega toka. Oddaja električne ali optične signale v kabelski ali radijski zrak in v skladu s tem njihov sprejem in pretvorbo v podatkovne bite v skladu z metodami kodiranja digitalnih signalov. Z drugimi besedami, ponuja vmesnik med omrežnim medijem in omrežno napravo.

OSI model in resnični protokoli

Sedemplastni model OSI je teoretičen in vsebuje številne pomanjkljivosti. Bili so poskusi izgradnje omrežij v strogem skladu z modelom OSI, vendar so bila tako ustvarjena omrežja draga, nezanesljiva in neprimerna za upravljanje. Resnični omrežni protokoli, ki se uporabljajo v obstoječih omrežjih, so prisiljeni odstopati od njega, kar zagotavlja nenamerne zmogljivosti, zato je vezava nekaterih od njih na sloje OSI nekoliko poljubna: nekateri protokoli zasedajo več plasti modela OSI, funkcije zanesljivosti se izvajajo na več plasti modela OSI.

Glavna napaka OSI je slabo zasnovana transportna plast. Na njem OSI omogoča izmenjavo podatkov med aplikacijami (uvaja koncept pristanišče- identifikator aplikacije), pa možnost izmenjave preprostih datagramov (na primer UDP) v OSI ni predvidena - transportna plast mora vzpostaviti povezave, zagotoviti dostavo, nadzorovati tok itd. (kot je TCP). Pravi protokoli to počnejo.

Družina TCP / IP

Družina TCP / IP ima tri transportne protokole: TCP, ki je popolnoma skladen z OSI, ki zagotavlja preverjanje prejema podatkov, UDP, ki transportni plasti ustreza le s prisotnostjo vrat, omogoča izmenjavo datagramov med aplikacijami , ne jamči za prejem podatkov in SCTP, ki je namenjen odpravljanju nekaterih pomanjkljivosti TCP in je dodal nekaj novosti. (V družini TCP / IP je še približno dvesto drugih protokolov, med katerimi je najbolj znan servisni protokol ICMP, ki se uporablja za notranje namene zagotavljanja dela; ostali tudi niso transportni protokoli.)

Družina IPX / SPX

V družini IPX / SPX se v protokolu omrežnega sloja IPX pojavijo vrata (imenovana "vtičnice" ali "vtičnice"), ki omogočajo izmenjavo podatkovgramov med aplikacijami (operacijski sistem si nekatere vtičnice pridrži zase). Protokol SPX pa IPX dopolnjuje z vsemi drugimi zmogljivostmi transportne plasti v popolni skladnosti z OSI.

IPX za identifikator gostitelja uporablja identifikator, ki je sestavljen iz štiribajtne omrežne številke (ki jo dodelijo usmerjevalniki) in naslova MAC omrežnega vmesnika.

Model DOD

Niz protokolov TCP / IP z uporabo poenostavljenega štiriplastnega modela OSI.

Naslov IPv6

Ciljni in izvorni naslovi v IPv6 so dolgi 128 bitov ali 16 bajtov. Različica 6 posplošuje posebne vrste naslovov različice 4 v naslednje vrste naslovov:

• Unicast je individualni naslov. Določa eno samo vozlišče - računalnik ali vrata usmerjevalnika. Paket mora biti dostavljen v vozlišče po najkrajši poti.
• Grozd - naslov gruče. Nanaša se na skupino vozlišč, ki imajo skupno predpono naslova (na primer priključeno na isto fizično omrežje). Paket mora biti preusmerjen v skupino vozlišč po najkrajši poti in nato dostavljen le enemu od članov skupine (na primer najbližjemu vozlišču).
• Multicast - naslov niza vozlišč, po možnosti v različnih fizičnih omrežjih. Kopije paketa je treba dostaviti vsakemu vozlišču v nizu s strojno večpredstavnostjo ali možnostmi oddajanja, če je mogoče.

Tako kot v različici IPv4 so naslovi v različici IPv6 razdeljeni na razrede, odvisno od pomena več bitov naslova visokega reda.

Večina razredov je rezerviranih za prihodnjo uporabo. Najbolj zanimiv za praktično uporabo je razred za ponudnike internetnih storitev, imenovan Unicast, ki ga dodeli ponudnik.

Naslov tega razreda ima naslednjo strukturo:

Vsakemu ponudniku internetnih storitev je dodeljen edinstven identifikator, ki identificira vsa omrežja, ki jih podpira. Poleg tega ponudnik svojim naročnikom dodeli edinstvene identifikatorje in oba identifikatorja uporabi pri dodeljevanju bloka naslova naročnika. Naročnik sam dodeljuje edinstvene identifikatorje svojim podomrežjem in vozliščem teh omrežij.

Naročnik lahko s tehniko podomreženja, ki se uporablja v IPv4, dodatno razdeli polje ID podomrežja na manjša polja.

Opisana shema približuje shemo naslavljanja IPv6 shemam, ki se uporabljajo v širokopasovnih omrežjih, kot so telefonska omrežja ali omrežja X.25. Hierarhija naslovnih polj bo omogočila, da hrbtenični usmerjevalniki delujejo samo z zgornjimi deli naslova, obdelava manj pomembnih polj pa ostane naročniškim usmerjevalnikom.

Pod poljem za identifikacijo vozlišča je treba dodeliti najmanj 6 bajtov, da lahko uporabljate naslove MAC lokalnih omrežij neposredno v naslovih IP.

Zaradi združljivosti s shemo naslavljanja IPv4 ima IPv6 razred naslovov, ki imajo 0000 0000 v najpomembnejših bitih naslova. Spodnji 4 bajti tega naslova razreda morajo vsebovati naslov IPv4. Usmerjevalniki, ki podpirajo obe naslovni različici, morajo paket prevesti iz omrežja, ki podpira IPv4, v omrežje, ki podpira IPv6, in obratno.

Kritika

Nekateri strokovnjaki so kritizirali sedemplastni model OSI. Zlasti v klasični knjigi »UNIX. Priročnik sistemskega skrbnika «Evie Nemeth in drugi pišejo:

... Medtem ko so se odbori ISO prerekali o svojih standardih, se je za njimi spreminjal celoten koncept povezovanja v mrežo in protokol TCP / IP se je uveljavil po vsem svetu. ...
…
Ko so bili protokoli ISO končno implementirani, so se pojavile številne težave:
Ti protokoli so temeljili na konceptih, ki v današnjih omrežjih nimajo smisla.
Njihove specifikacije so bile v nekaterih primerih nepopolne.
Po svoji funkcionalnosti so bili slabši od drugih protokolov.
Zaradi več plasti so bili ti protokoli počasni in težki za izvajanje.
…
... Zdaj tudi najbolj goreči zagovorniki teh protokolov priznavajo, da se OSI postopoma premika proti majhni opombi na straneh računalniške zgodovine.

Za lažje razumevanje delovanja vseh omrežnih naprav, navedenih v članku Omrežne naprave, glede plasti referenčnega modela omrežja OSI sem naredil shematske risbe z majhnimi komentarji.

Najprej se spomnimo slojev referenčnega modela omrežja OSI in inkapsulacije podatkov.

Oglejte si, kako se podatki prenašajo med dvema povezanima računalnikoma. Hkrati bom izpostavil delo omrežne kartice na računalnikih, tk. ona je tista, ki je omrežna naprava, računalnik pa načeloma ni. (Vse slike je mogoče klikniti - če želite sliko povečati, kliknite nanjo.)

Aplikacija na PC1 pošilja podatke drugi aplikaciji na drugem PC2. Od zgornje plasti (aplikacijske plasti) se podatki usmerijo na omrežno kartico na plasti podatkovne povezave. Na njej omrežna kartica okvirje pretvori v bite in jih pošlje na fizični medij (na primer kabel zvitega para). Na drugi strani kabla prihaja signal in omrežna kartica PC2 sprejema te signale, jih prepozna kot bitove in iz njih oblikuje okvirje. Podatki (vsebovani v okvirih) se dekopsulirajo na najvišjo raven in ko dosežejo raven aplikacije, jih prejme ustrezen program na PC2.

Ponavljalec. Koncentrator.

Ponavljalnik in zvezdišče delujeta na isti plasti, zato sta prikazana enako glede na model omrežja OSI. Za lažje predstavljanje omrežnih naprav jih bomo prikazali med računalniki.

Ponavljalnik in pesto naprave prve (fizične) plasti. Prejemajo signal, ga prepoznajo in signal posredujejo na vsa aktivna vrata.

Omrežni most. Preklopite.

Omrežni most in stikalo delujeta tudi na isti ravni (kanal) in sta prikazana na enak način.

Obe napravi sta že na drugi stopnji, zato poleg prepoznavanja signala (kot vozlišča na prvi ravni), razgrajujejo (signal) v okvirje. Druga raven primerja kontrolno vsoto okvirja priklopnika (priklopnika). Nato se naslov MAC sprejemnika nauči iz glave okvirja in se preveri njegova prisotnost v preklopljeni tabeli. Če je naslov prisoten, se okvir vrne nazaj v bite in pošlje (že kot signal) na ustrezna vrata. Če naslova ni mogoče najti, se izvede postopek iskanja tega naslova v povezanih omrežjih.

Usmerjevalnik.

Kot lahko vidite, je usmerjevalnik (ali usmerjevalnik) naprava tretje ravni. Tako približno deluje usmerjevalnik: v vrata prispe signal, ki ga usmerjevalnik prepozna. Prepoznani signal (bitovi) tvorijo okvirje (okvirje). Preveri se kontrolna vsota v napovedniku in prejemnikov MAC naslov. Če so vsa preverjanja uspešna, okvirji tvorijo paket. Na tretji ravni usmerjevalnik pregleda glavo paketa. Vsebuje naslov IP cilja (prejemnika). Na podlagi naslova IP in lastne usmerjevalne tabele usmerjevalnik izbere najboljšo pot, po kateri bodo paketi dosegli cilj. Po izbiri poti usmerjevalnik paket zapakira v okvirje in nato v bite ter jih kot signale pošlje na ustrezna vrata (izbrana v tabeli usmerjanja).

Zaključek

Skratka, vse naprave sem združil na eni sliki.

Zdaj imate dovolj znanja, da ugotovite, katere naprave in kako delujejo. Če imate še vprašanja, me vprašajte in v bližnji prihodnosti vam ali jaz ali drugi uporabniki zagotovo pomagamo.