Cum se numește nivelul superior al modelului de rețea? Cum funcționează dispozitivele de rețea conform modelului de rețea OSI

Pentru a armoniza funcționarea dispozitivelor de rețea de la diferiți producători și pentru a asigura interacțiunea rețelelor care utilizează diferite medii de propagare a semnalului, a fost creat un model de referință al interacțiunii sistemelor deschise (OSI). Modelul de referință este construit pe un principiu ierarhic. Fiecare strat oferă servicii stratului superior și utilizează serviciile stratului inferior.

Procesarea datelor începe la nivelul aplicației. După aceasta, datele trec prin toate straturile modelului de referință și sunt trimise prin stratul fizic către canalul de comunicare. La recepție are loc procesarea inversă a datelor.

Modelul de referință OSI introduce două concepte: protocolȘi interfata.

Un protocol este un set de reguli pe baza cărora interacționează straturile diferitelor sisteme deschise.

O interfață este un set de mijloace și metode de interacțiune între elementele unui sistem deschis.

Protocolul definește regulile de interacțiune între modulele de același nivel în noduri diferite, iar interfața - între modulele de niveluri adiacente în același nod.

Există un total de șapte straturi ale modelului de referință OSI. Este demn de remarcat faptul că stivele reale folosesc mai puține straturi. De exemplu, popularul TCP/IP folosește doar patru straturi. De ce este asta? Vom explica puțin mai târziu. Acum să ne uităm la fiecare dintre cele șapte niveluri separat.

Straturi model OSI:

• Nivelul fizic. Determină tipul de mediu de transmisie a datelor, caracteristicile fizice și electrice ale interfețelor și tipul de semnal. Acest strat se ocupă de biți de informații. Exemple de protocoale de nivel fizic: Ethernet, ISDN, Wi-Fi.
• Nivel de legătură de date. Responsabil pentru accesul la mediul de transmisie, corectarea erorilor și transmiterea fiabilă a datelor. La receptie Datele primite de la stratul fizic sunt împachetate în cadre și apoi este verificată integritatea acestora. Dacă nu există erori, atunci datele sunt transferate în stratul de rețea. Dacă există erori, cadrul este eliminat și este generată o cerere de retransmisie. Stratul de legătură de date este împărțit în două substraturi: MAC (Media Access Control) și LLC (Local Link Control). MAC reglementează accesul la mediul fizic partajat. LLC oferă servicii de nivel de rețea. Comutatoarele operează la nivelul de legătură de date. Exemple de protocoale: Ethernet, PPP.
• Stratul de rețea. Sarcinile sale principale sunt rutarea - determinarea căii optime de transmisie a datelor, adresarea logică a nodurilor. În plus, acest nivel poate fi însărcinat cu depanarea problemelor de rețea (protocol ICMP). Stratul de rețea funcționează cu pachete. Exemple de protocoale: IP, ICMP, IGMP, BGP, OSPF).
• Stratul de transport. Conceput pentru a furniza date fără erori, pierderi și duplicare în ordinea în care au fost transmise. Efectuează controlul de la capăt la capăt al transmiterii datelor de la expeditor la destinatar. Exemple de protocoale: TCP, UDP.
• Nivel de sesiune. Gestionează crearea/întreținerea/încetarea unei sesiuni de comunicare. Exemple de protocoale: L2TP, RTCP.
• Nivel executiv. Convertește datele în forma necesară, criptează/codifică și comprimă.
• Strat de aplicație. Oferă interacțiune între utilizator și rețea. Interacționează cu aplicațiile de pe partea clientului. Exemple de protocoale: HTTP, FTP, Telnet, SSH, SNMP.

După ce ne-am familiarizat cu modelul de referință, să ne uităm la stiva de protocoale TCP/IP.

Există patru straturi definite în modelul TCP/IP. După cum se poate observa din figura de mai sus, un strat TCP/IP poate corespunde mai multor straturi ale modelului OSI.

Niveluri de model TCP/IP:

• Nivelul interfeței de rețea. Corespunde celor două straturi inferioare ale modelului OSI: legătura de date și fizic. Pe baza acestui fapt, este clar că acest nivel determină caracteristicile mediului de transmisie (pereche răsucită, fibră optică, radio), tipul semnalului, metoda de codare, accesul la mediul de transmisie, corectarea erorilor, adresarea fizică (adresele MAC) . În modelul TCP/IP, protocolul Ethrnet și derivatele acestuia (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet) operează la acest nivel.
• Stratul de interconectare. Corespunde stratului de rețea al modelului OSI. Preia toate funcțiile sale: rutare, adresare logică (adrese IP). Protocolul IP funcționează la acest nivel.
• Stratul de transport. Corespunde stratului de transport al modelului OSI. Responsabil cu livrarea pachetelor de la sursă la destinație. La acest nivel sunt utilizate două protocoale: TCP și UDP. TCP este mai fiabil decât UDP prin crearea de cereri de pre-conectare pentru retransmitere atunci când apar erori. Totuși, în același timp, TCP este mai lent decât UDP.
• Strat de aplicație. Sarcina sa principală este să interacționeze cu aplicațiile și procesele de pe gazde. Exemple de protocoale: HTTP, FTP, POP3, SNMP, NTP, DNS, DHCP.

Încapsularea este o metodă de împachetare a unui pachet de date în care anteturile de pachete independente sunt extrase din anteturile nivelurilor inferioare prin includerea lor la nivelurile superioare.

Să ne uităm la un exemplu concret. Să presupunem că vrem să trecem de la un computer la un site web. Pentru a face acest lucru, computerul nostru trebuie să pregătească o cerere http pentru a obține resursele serverului web pe care este stocată pagina site-ului de care avem nevoie. La nivel de aplicație, la datele browserului este adăugat un antet HTTP. În continuare, la nivelul de transport, la pachetul nostru este adăugat un antet TCP, care conține numerele de port ale expeditorului și destinatarului (portul 80 pentru HTTP). La nivelul de rețea, este generat un antet IP care conține adresele IP ale expeditorului și destinatarului. Imediat înainte de transmitere, se adaugă un antet Ethrnet la nivelul de legătură, care conține datele fizice (adresele MAC) ale expeditorului și destinatarului. După toate aceste proceduri, pachetul sub formă de biți de informație este transmis prin rețea. La recepție are loc procedura inversă. Serverul web de la fiecare nivel va verifica antetul corespunzător. Dacă verificarea are succes, antetul este eliminat și pachetul se mută la nivelul superior. În caz contrar, întregul pachet este aruncat.

Abonați-vă la nostru

A cărui dezvoltare nu a fost legată de modelul OSI.

Straturi de model OSI

Modelul este format din 7 niveluri situate unul deasupra celuilalt. Straturile interacționează între ele (vertical) prin interfețe și pot interacționa cu un strat paralel al altui sistem (pe orizontală) folosind protocoale. Fiecare nivel poate interacționa doar cu vecinii săi și poate îndeplini funcțiile care i-au fost atribuite numai acestuia. Mai multe detalii pot fi văzute în figură.

Nivel de aplicație (aplicație). Strat de aplicație)

Nivelul superior al modelului asigură interacțiunea aplicațiilor utilizatorului cu rețeaua. Acest nivel permite aplicațiilor să utilizeze servicii de rețea, cum ar fi accesul de la distanță la fișiere și baze de date și redirecționarea e-mailurilor. De asemenea, este responsabil pentru transmiterea informațiilor despre servicii, furnizarea aplicațiilor cu informații despre erori și generarea de solicitări către nivelul de prezentare. Exemplu: HTTP, POP3, SMTP, FTP, XMPP, OSCAR, BitTorrent, MODBUS, SIP

Executiv (nivel de prezentare) Stratul de prezentare)

Acest nivel este responsabil pentru conversia protocolului și codificarea/decodificarea datelor. Acesta convertește cererile de aplicații primite de la nivelul aplicației într-un format pentru transmisie prin rețea și convertește datele primite din rețea într-un format ușor de înțeles pentru aplicații. Acest strat poate efectua compresia/decompresia sau codificarea/decodarea datelor, precum și redirecționarea cererilor către o altă resursă de rețea dacă acestea nu pot fi procesate local.

Stratul 6 (prezentări) al modelului de referință OSI este de obicei un protocol intermediar pentru conversia informațiilor din straturi învecinate. Acest lucru permite comunicarea între aplicații pe sisteme informatice disparate într-un mod transparent pentru aplicații. Stratul de prezentare oferă formatarea și transformarea codului. Formatarea codului este utilizată pentru a se asigura că aplicația primește informații de prelucrat care au sens pentru ea. Dacă este necesar, acest strat poate efectua traducerea dintr-un format de date în altul. Stratul de prezentare nu se ocupă doar de formatele și prezentarea datelor, ci se ocupă și de structurile de date care sunt utilizate de programe. Astfel, stratul 6 asigură organizarea datelor pe măsură ce sunt trimise.

Pentru a înțelege cum funcționează, să ne imaginăm că există două sisteme. Unul folosește EBCDIC, cum ar fi un mainframe IBM, pentru a reprezenta date, iar celălalt folosește ASCII (cei mai mulți producători de computere îl folosesc). Dacă aceste două sisteme trebuie să facă schimb de informații, atunci este necesar un strat de prezentare care va efectua conversia și traducerea între cele două formate diferite.

O altă funcție îndeplinită la nivelul de prezentare este criptarea datelor, care este utilizată în cazurile în care este necesar să se protejeze informațiile transmise împotriva primirii de către destinatari neautorizați. Pentru a îndeplini această sarcină, procesele și codul din stratul de prezentare trebuie să efectueze transformarea datelor. Există și alte rutine la acest nivel care comprimă textele și convertesc graficele în fluxuri de biți, astfel încât acestea să poată fi transmise printr-o rețea.

Standardele stratului de prezentare definesc, de asemenea, modul în care sunt reprezentate imaginile grafice. În aceste scopuri, poate fi folosit formatul PICT, un format de imagine folosit pentru a transfera grafica QuickDraw între programele Macintosh și PowerPC. Un alt format de reprezentare este formatul de fișier imagine TIFF etichetat, care este de obicei folosit pentru imagini raster de înaltă rezoluție. Următorul standard al stratului de prezentare care poate fi utilizat pentru imaginile grafice este cel dezvoltat de Joint Photographic Expert Group; în utilizarea de zi cu zi, acest standard se numește pur și simplu JPEG.

Există un alt grup de standarde la nivel de prezentare care definesc prezentarea fragmentelor audio și de film. Aceasta include interfața MIDI (Musical Instrument Digital Interface) pentru reprezentarea digitală a muzicii, dezvoltată de standardul MPEG Motion Picture Experts Group, utilizată pentru comprimarea și codificarea clipurilor video pe CD-uri, stocarea lor în formă digitalizată și transmiterea la viteze de până la 1,5 Mbits /s și QuickTime este un standard care descrie elemente audio și video pentru programe care rulează pe computere Macintosh și PowerPC.

Nivel de sesiune Stratul de sesiune)

Nivelul 5 al modelului este responsabil pentru menținerea unei sesiuni de comunicare, permițând aplicațiilor să interacționeze între ele pentru o perioadă lungă de timp. Stratul gestionează crearea/încheierea sesiunii, schimbul de informații, sincronizarea sarcinilor, determinarea eligibilității pentru transferul de date și întreținerea sesiunii în perioadele de inactivitate a aplicației. Sincronizarea transmisiei este asigurată prin plasarea punctelor de control în fluxul de date, de la care procesul este reluat dacă interacțiunea este întreruptă.

Stratul de transport Stratul de transport)

Nivelul 4 al modelului este conceput pentru a furniza date fără erori, pierderi și dublare în secvența în care au fost transmise. Nu contează ce date sunt transmise, de unde și unde, adică asigură mecanismul de transmisie în sine. Împarte blocurile de date în fragmente, a căror dimensiune depinde de protocol, le combină pe cele scurte într-unul singur și le împarte pe cele lungi. Exemplu: TCP, UDP.

Există multe clase de protocoale de nivel de transport, de la protocoale care oferă doar funcții de transport de bază (de exemplu, funcții de transfer de date fără confirmare), până la protocoale care asigură că pachetele de date multiple sunt livrate la destinație în secvența corespunzătoare, multiplexarea datelor multiple. fluxuri, oferă mecanism de control al fluxului de date și garantează fiabilitatea datelor primite.

Unele protocoale de nivel de rețea, numite protocoale fără conexiune, nu garantează că datele sunt livrate la destinație în ordinea în care au fost trimise de dispozitivul sursă. Unele straturi de transport fac față acestui lucru prin colectarea datelor în secvența corectă înainte de a le transmite stratului de sesiune. Multiplexarea datelor înseamnă că stratul de transport este capabil să proceseze simultan mai multe fluxuri de date (fluxurile pot proveni din aplicații diferite) între două sisteme. Un mecanism de control al fluxului este un mecanism care vă permite să reglați cantitatea de date transferate de la un sistem la altul. Protocoalele stratului de transport au adesea o funcție de control al livrării datelor, forțând sistemul de recepție să trimită confirmări către partea care trimite că datele au fost primite.

Funcționarea protocoalelor cu stabilirea conexiunii poate fi descrisă folosind exemplul de funcționare a unui telefon obișnuit. Protocoalele acestei clase încep transmisia de date prin apelarea sau stabilirea unei rute pentru ca pachetele să urmeze de la sursă la destinație. După aceea, începe transferul de date în serie și apoi conexiunea se încheie la finalizarea transferului.

Protocoalele fără conexiune, care trimit date care conțin informații complete de adresă în fiecare pachet, funcționează în mod similar cu sistemul de e-mail. Fiecare scrisoare sau pachet conține adresa expeditorului și destinatarului. În continuare, fiecare oficiu poștal intermediar sau dispozitiv de rețea citește informațiile despre adresă și ia o decizie privind rutarea datelor. O scrisoare sau un pachet de date este transmis de la un dispozitiv intermediar la altul până când este livrat destinatarului. Protocoalele fără conexiune nu garantează că informațiile vor ajunge la destinatar în ordinea în care au fost trimise. Protocoalele de transport sunt responsabile pentru instalarea datelor în ordinea corespunzătoare atunci când se utilizează protocoale de rețea fără conexiune.

Stratul de rețea Stratul de rețea)

Nivelul 3 al modelului de rețea OSI este conceput pentru a defini calea pentru transmiterea datelor. Responsabil cu traducerea adreselor și numelor logice în cele fizice, determinarea celor mai scurte rute, comutarea și rutarea, monitorizarea problemelor și congestionarea rețelei. Un dispozitiv de rețea, cum ar fi un router, funcționează la acest nivel.

Protocoalele stratului de rețea direcționează datele de la sursă la destinație.

Stratul de legătură de date Stratul de legătură de date)

Acest nivel este conceput pentru a asigura interacțiunea rețelelor la nivelul fizic și a controla erorile care pot apărea. Acesta împachetează datele primite de la nivelul fizic în cadre, le verifică integritatea, corectează erorile dacă este necesar (trimite o cerere repetată pentru un cadru deteriorat) și le trimite la nivelul de rețea. Stratul de legătură de date poate comunica cu unul sau mai multe straturi fizice, monitorizând și gestionând această interacțiune. Specificația IEEE 802 împarte acest strat în 2 substraturi - MAC (Media Access Control) reglementează accesul la mediul fizic partajat, LLC (Logical Link Control) oferă serviciul de nivel de rețea.

În programare, acest nivel reprezintă driverul plăcii de rețea în sistemele de operare, există o interfață software pentru interacțiunea straturilor de canal și de rețea, acesta nu este un nivel nou, ci pur și simplu o implementare a modelului pentru un anumit sistem de operare; . Exemple de astfel de interfețe: ODI, NDIS

Nivelul fizic Strat fizic)

Cel mai de jos nivel al modelului este destinat transmiterii directe a fluxului de date. Transmite semnale electrice sau optice într-o transmisie prin cablu sau radio și, în consecință, le primește și le convertește în biți de date în conformitate cu metodele de codificare a semnalului digital. Cu alte cuvinte, oferă o interfață între mediul de rețea și dispozitivul de rețea.

Protocoale: IRDA, USB, EIA RS-232, EIA-422, EIA-423, RS-449, RS-485, Ethernet (inclusiv 10BASE-T, 10BASE2,

Principalul defect al OSI este stratul de transport prost conceput. Pe acesta, OSI permite schimbul de date între aplicații (introducând conceptul port- identificatorul aplicației), însă, capacitatea de a schimba datagrame simple (tip UDP) nu este prevăzută în OSI - stratul de transport trebuie să formeze conexiuni, să asigure livrarea, să controleze fluxul etc. (tip TCP). Protocoalele reale implementează această posibilitate.

Familia TCP/IP

Familia TCP/IP are trei protocoale de transport: TCP, care este pe deplin compatibil cu OSI, care asigură verificarea primirii datelor, UDP, care corespunde stratului de transport doar prin prezența unui port, permițând schimbul de datagrame între aplicații , dar nu garantează primirea datelor, și SCTP, menit să depășească unele dintre deficiențele TCP și în care au adăugat câteva inovații. (Există aproximativ două sute de alte protocoale în familia TCP/IP, dintre care cel mai faimos este protocolul de serviciu ICMP, utilizat pentru nevoile operaționale interne; restul nu sunt, de asemenea, protocoale de transport.)

Familia IPX/SPX

În familia IPX/SPX, porturile (numite „sockets” sau „sockets”) apar în protocolul de nivel de rețea IPX, permițând schimbul de datagrame între aplicații (sistemul de operare își rezervă o parte din socket-uri). Protocolul SPX, la rândul său, completează IPX cu toate celelalte capabilități ale stratului de transport, în deplină conformitate cu OSI.

Ca adresă gazdă, IPX folosește un identificator format dintr-un număr de rețea de patru octeți (atribuit de routere) și adresa MAC a adaptorului de rețea.

Model DOD

O stivă de protocoale TCP/IP folosind un model OSI simplificat pe patru straturi.

Adresarea în IPv6

Adresele de destinație și sursă în IPv6 au o lungime de 128 de biți sau 16 de biți. Versiunea 6 generalizează tipurile de adrese speciale ale versiunii 4 în următoarele tipuri de adrese:

• Unicast – adresa individuală. Definește un singur nod - un computer sau un port de router. Pachetul trebuie livrat la nod de-a lungul celei mai scurte rute.
• Cluster – adresa cluster. Se referă la un grup de noduri care au un prefix de adresă comun (de exemplu, atașat la aceeași rețea fizică). Pachetul trebuie direcționat către un grup de noduri de-a lungul celei mai scurte căi și apoi livrat doar unuia dintre membrii grupului (de exemplu, cel mai apropiat nod).
• Multicast – adresa unui set de noduri, eventual în diferite rețele fizice. Copii ale pachetului trebuie să fie livrate la fiecare nod de apelare folosind capabilități hardware de multicast sau difuzare, dacă este posibil.

La fel ca IPv4, adresele IPv6 sunt împărțite în clase în funcție de valoarea celor mai semnificativi biți ai adresei.

Majoritatea claselor sunt rezervate pentru utilizare ulterioară. Cea mai interesantă pentru utilizare practică este clasa destinată furnizorilor de servicii Internet, numită Unicast atribuit de furnizor.

Adresa acestei clase are următoarea structură:

Fiecărui furnizor de servicii de internet i se atribuie un identificator unic care identifică toate rețelele pe care le acceptă. Apoi, furnizorul atribuie identificatori unici abonaților săi și folosește ambii identificatori atunci când atribuie un bloc de adrese de abonat. Abonatul însuși atribuie identificatori unici subrețelelor și nodurilor sale ale acestor rețele.

Abonatul poate folosi tehnica de subrețea IPv4 pentru a împărți în continuare câmpul ID subrețea în câmpuri mai mici.

Schema descrisă aduce schema de adresare IPv6 mai aproape de schemele utilizate în rețelele teritoriale, cum ar fi rețelele de telefonie sau rețelele X.25. Ierarhia câmpurilor de adrese va permite routerelor backbone să lucreze numai cu părțile superioare ale adresei, lăsând procesarea câmpurilor mai puțin semnificative ruterelor abonaților.

Trebuie să fie alocați cel puțin 6 octeți pentru câmpul de identificare a gazdei pentru a putea folosi adresele MAC ale rețelei locale direct în adresele IP.

Pentru a asigura compatibilitatea cu schema de adresare IPv4, IPv6 are o clasă de adrese care au 0000 0000 în cei mai semnificativi biți ai adresei. Cei 4 octeți inferiori ai adresei acestei clase trebuie să conțină adresa IPv4. Routerele care acceptă ambele versiuni de adrese trebuie să ofere traducere atunci când transmit un pachet dintr-o rețea care acceptă adresarea IPv4 la o rețea care acceptă adresarea IPv6 și invers.

Critică

Modelul OSI cu șapte straturi a fost criticat de unii experți. În special, în cartea clasică „UNIX. Ghidul administratorului de sistem” Evi Nemeth și alții scriu:

… În timp ce comitetele ISO se certau despre standardele lor, în spatele lor întregul concept de rețea se schimba și protocolul TCP/IP era implementat în întreaga lume. ...
…
Și astfel, când protocoalele ISO au fost în sfârșit implementate, au apărut o serie de probleme:
Aceste protocoale s-au bazat pe concepte care nu au sens în rețelele moderne.
Specificațiile lor au fost în unele cazuri incomplete.
În ceea ce privește funcționalitatea, acestea erau inferioare altor protocoale.
Prezența mai multor straturi a făcut ca aceste protocoale să fie lente și dificil de implementat.
…
... Acum chiar și cei mai înfocați susținători ai acestor protocoale recunosc că OSI se îndreaptă treptat spre a deveni o notă de subsol în paginile istoriei computerelor.

Tocmai a început să lucrezi ca administrator de rețea? Nu vrei să te încurci? Articolul nostru vă va fi de folos. Ați auzit un administrator testat în timp vorbind despre probleme de rețea și menționând unele niveluri? Ați fost vreodată întrebat la serviciu ce straturi sunt sigure și funcționează dacă utilizați un firewall vechi? Pentru a înțelege elementele de bază ale securității informațiilor, trebuie să înțelegeți ierarhia modelului OSI. Să încercăm să vedem capabilitățile acestui model.

Un administrator de sistem care se respectă ar trebui să cunoască bine termenii rețelei

Tradus din engleză - modelul de referință de bază pentru interacțiunea sistemelor deschise. Mai precis, modelul de rețea al stivei de protocol de rețea OSI/ISO. Introdus în 1984 ca un cadru conceptual care a împărțit procesul de trimitere a datelor pe World Wide Web în șapte pași simpli. Nu este cel mai popular, deoarece dezvoltarea specificației OSI a fost amânată. Stiva de protocol TCP/IP este mai avantajoasă și este considerat modelul principal utilizat. Cu toate acestea, aveți șanse uriașe să întâlniți modelul OSI ca administrator de sistem sau în domeniul IT.

Au fost create multe specificații și tehnologii pentru dispozitivele de rețea. Este ușor să fii confuz într-o asemenea diversitate. Este modelul de interacțiune a sistemelor deschise care ajută dispozitivele de rețea care folosesc diferite metode de comunicare să se înțeleagă între ele. Rețineți că OSI este cel mai util pentru producătorii de software și hardware implicați în proiectarea produselor compatibile.

Întreabă, ce beneficii are asta pentru tine? Cunoașterea modelului pe mai multe niveluri vă va oferi posibilitatea de a comunica liber cu angajații companiilor IT, discutarea problemelor de rețea nu va mai fi o plictiseală apăsătoare; Și atunci când înveți să înțelegi în ce stadiu a avut loc eșecul, poți găsi cu ușurință motivele și poți reduce semnificativ aria muncii tale.

Nivelurile OSI

Modelul conține șapte pași simplificați:

• Fizic.
• Conductă.
• Reţea.
• Transport.
• Sesiune.
• Executiv.
• Aplicat.

De ce împărțirea în pași face viața mai ușoară? Fiecare nivel corespunde unei etape specifice de trimitere a unui mesaj de rețea. Toți pașii sunt secvențiali, ceea ce înseamnă că funcțiile sunt efectuate independent, nu este nevoie de informații despre munca de la nivelul anterior. Singurele componente necesare sunt modul în care sunt primite datele de la pasul anterior și modul în care informațiile sunt trimise la pasul următor.

Să trecem la o cunoaștere directă a nivelurilor.

Strat fizic

Sarcina principală a primei etape este trimiterea de biți prin canalele de comunicare fizică. Canalele de comunicații fizice sunt dispozitive create pentru transmiterea și recepția semnalelor informaționale. De exemplu, fibră optică, cablu coaxial sau pereche torsadată. Transferul poate avea loc și prin comunicare fără fir. Prima etapă este caracterizată de mediul de transmisie a datelor: protecție împotriva interferențelor, lățime de bandă, impedanță caracteristică. De asemenea, sunt stabilite calitățile semnalelor electrice finale (tip de codificare, niveluri de tensiune și viteza de transmisie a semnalului) și conectate la tipuri standard de conectori și sunt atribuite conexiuni de contact.

Funcțiile etapei fizice sunt îndeplinite pe absolut fiecare dispozitiv conectat la rețea. De exemplu, un adaptor de rețea implementează aceste funcții pe partea computerului. Este posibil să fi întâlnit deja protocoalele de prim pas: RS-232, DSL și 10Base-T, care definesc caracteristicile fizice ale canalului de comunicație.

Stratul de legătură de date

În a doua etapă, adresa abstractă a dispozitivului este asociată cu dispozitivul fizic, iar disponibilitatea mediului de transmisie este verificată. Biții sunt formați în seturi - cadre. Sarcina principală a stratului de legătură este identificarea și corectarea erorilor. Pentru transmisia corectă, secvențele de biți specializate sunt inserate înainte și după cadru și se adaugă o sumă de control calculată. Când cadrul ajunge la destinație, suma de control a datelor deja sosite este calculată din nou dacă se potrivește cu suma de control din cadrul, cadrul este considerat corect; În caz contrar, apare o eroare care poate fi corectată prin retransmiterea informațiilor.

Etapa de canal face posibilă transmiterea informațiilor datorită unei structuri speciale de conexiune. În special, autobuzele, podurile și comutatoarele funcționează prin protocoale de nivel de legătură. Specificațiile pasului doi includ: Ethernet, Token Ring și PPP. Funcțiile etapei de canal într-un computer sunt îndeplinite de adaptoarele de rețea și driverele pentru acestea.

Stratul de rețea

În situații standard, funcțiile etapei de canal nu sunt suficiente pentru transferul de informații de înaltă calitate. Specificațiile pasului al doilea pot transfera date numai între noduri cu aceeași topologie, de exemplu, un arbore. Este nevoie de o a treia etapă. Este necesar să se formeze un sistem de transport unificat cu o structură ramificată pentru mai multe rețele care au o structură arbitrară și diferă prin metoda de transfer de date.

Pentru a explica altfel, al treilea pas procesează protocolul Internet și îndeplinește funcția unui router: găsirea celei mai bune căi pentru informații. Un router este un dispozitiv care colectează date despre structura conexiunilor de internet și transmite pachete către rețeaua de destinație (transferuri de tranzit - hop-uri). Dacă întâmpinați o eroare la adresa IP, atunci este o problemă care are originea la nivel de rețea. Protocoalele din a treia etapă sunt împărțite în protocoale de rețea, de rutare sau de rezoluție de adrese: ICMP, IPSec, ARP și BGP.

Stratul de transport

Pentru ca datele să ajungă la aplicații și la straturile superioare ale stivei, este necesară o a patra etapă. Oferă gradul necesar de fiabilitate a transmiterii informațiilor. Există cinci clase de servicii de etapă de transport. Diferența lor constă în urgența, fezabilitatea restabilirii comunicării întrerupte și capacitatea de a detecta și corecta erorile de transmisie. De exemplu, pierderea sau duplicarea pachetelor.

Cum să alegi o clasă de servicii pentru etapa de transport? Atunci când calitatea canalelor de comunicare este ridicată, un serviciu ușor este o alegere adecvată. Dacă canalele de comunicare nu funcționează în siguranță la început, este indicat să se recurgă la un serviciu dezvoltat care să ofere oportunități maxime de găsire și rezolvare a problemelor (controlul livrării datelor, timeout-uri de livrare). Specificații etapa 4: TCP și UDP ale stivei TCP/IP, SPX ale stivei Novell.

Combinația primelor patru niveluri se numește subsistem transport. Oferă pe deplin nivelul de calitate selectat.

Stratul de sesiune

A cincea etapă ajută la reglarea dialogurilor. Este imposibil ca interlocutorii să se întrerupă sau să vorbească sincron. Stratul de sesiune își amintește partea activă la un anumit moment și sincronizează informațiile, coordonând și menținând conexiunile între dispozitive. Funcțiile sale vă permit să vă întoarceți la un punct de control în timpul unui transfer lung, fără a fi nevoie să începeți totul din nou. Tot în a cincea etapă, puteți întrerupe conexiunea atunci când schimbul de informații este finalizat. Specificații nivel de sesiune: NetBIOS.

Nivel executiv

A șasea etapă este implicată în transformarea datelor într-un format universal recunoscut fără modificarea conținutului. Deoarece diferite formate sunt utilizate în diferite dispozitive, informațiile procesate la nivel de reprezentare permit sistemelor să se înțeleagă între ele, depășind diferențele sintactice și de codificare. În plus, în a șasea etapă, devine posibilă criptarea și decriptarea datelor, ceea ce asigură secretul. Exemple de protocoale: ASCII și MIDI, SSL.

Strat de aplicație

A șaptea etapă de pe lista noastră și prima dacă programul trimite date prin rețea. Constă din seturi de specificații prin care utilizatorul, paginile Web. De exemplu, atunci când trimiteți mesaje prin poștă, este selectat un protocol convenabil la nivelul aplicației. Compoziția specificațiilor etapei a șaptea este foarte diversă. De exemplu, SMTP și HTTP, FTP, TFTP sau SMB.

Poate ați auzit undeva despre al optulea nivel al modelului ISO. Oficial, nu există, dar în rândul lucrătorilor IT a apărut o a opta etapă comică. Totul se datorează faptului că problemele pot apărea din vina utilizatorului și, după cum știți, o persoană se află în vârful evoluției, așa că a apărut al optulea nivel.

Având în vedere modelul OSI, ați putut înțelege structura complexă a rețelei și acum înțelegeți esența muncii dvs. Lucrurile devin destul de simple atunci când descompuneți procesul!

În știința rețelelor, ca și în orice alt domeniu al cunoașterii, există două abordări fundamentale ale învățării: trecerea de la general la specific și invers. Ei bine, nu este că în viață oamenii folosesc aceste abordări în forma lor pură, dar totuși, în stadiile inițiale, fiecare elev își alege una dintre direcțiile menționate mai sus. Pentru învățământul superior (cel puțin modelul (post)sovietic) prima metodă este mai tipică, pentru autoeducație cel mai adesea a doua: o persoană lucra în rețea, rezolvând din când în când sarcini administrative mici cu un singur utilizator și deodată a vrut să-și dea seama cum, de fapt, cum funcționează toate prostiile astea?

Dar scopul acestui articol nu este discuțiile filozofice despre metodologia de predare. Aș dori să prezint în atenția rețelelor începători că general si cel mai important, din care, ca dintr-un aragaz, poti dansa la cele mai sofisticate magazine private. Înțelegând modelul OSI cu șapte straturi și învățând să „recunoașteți” straturile acestuia în tehnologiile pe care le cunoașteți deja, puteți avansa cu ușurință în orice direcție a industriei de rețele pe care o alegeți. Modelul OSI este cadrul de care vor fi agățate orice cunoștințe noi despre rețele.

Acest model este menționat într-un fel sau altul în aproape orice literatură modernă despre rețele, precum și în multe specificații ale protocoalelor și tehnologiilor specifice. Fără a simți nevoia să reinventez roata, am decis să public fragmente din lucrarea lui N. Olifer, V. Olifer (Centrul de Tehnologia Informației) intitulată „Rolul protocoalelor de comunicare și scopul funcțional al principalelor tipuri de echipamente în rețelele corporative. ”, pe care o consider cea mai bună și mai cuprinzătoare publicație pe această temă.

editor sef

model

Doar pentru că un protocol este un acord între două entități care interacționează, în acest caz două computere care lucrează într-o rețea, nu înseamnă că este neapărat un standard. Dar, în practică, atunci când implementează rețele, acestea tind să folosească protocoale standard. Acestea pot fi standarde de proprietate, naționale sau internaționale.

Organizația Internațională de Standardizare (ISO) a dezvoltat un model care definește în mod clar diferitele niveluri de interacțiune între sisteme, le dă nume standard și specifică ce activitate ar trebui să facă fiecare nivel. Acest model se numește model Open System Interconnection (OSI) sau model ISO/OSI.

În modelul OSI, comunicarea este împărțită în șapte straturi sau straturi (Figura 1.1). Fiecare nivel tratează un aspect specific al interacțiunii. Astfel, problema interacțiunii este descompusă în 7 probleme particulare, fiecare dintre acestea putând fi rezolvată independent de celelalte. Fiecare strat menține interfețe cu straturile de deasupra și dedesubt.

Orez. 1.1. Model de interconectare a sistemelor deschise ISO/OSI

Modelul OSI descrie doar comunicațiile de sistem, nu aplicațiile utilizatorului final. Aplicațiile își implementează propriile protocoale de comunicare accesând facilitățile sistemului. Trebuie avut în vedere faptul că aplicația poate prelua funcțiile unora dintre straturile superioare ale modelului OSI, caz în care, dacă este necesar, internetworking accesează direct instrumentele de sistem care îndeplinesc funcțiile straturilor inferioare rămase ale sistemului. Modelul OSI.

O aplicație de utilizator final poate folosi instrumente de interacțiune cu sistem nu numai pentru a organiza un dialog cu o altă aplicație care rulează pe o altă mașină, ci și pur și simplu pentru a primi serviciile unui anumit serviciu de rețea, de exemplu, accesarea fișierelor de la distanță, primirea e-mailurilor sau imprimarea pe o imprimantă partajată.

Deci, să presupunem că o aplicație face o solicitare unui strat de aplicație, cum ar fi un serviciu de fișiere. Pe baza acestei solicitări, software-ul la nivel de aplicație generează un mesaj în format standard, care conține informații de serviciu (antet) și, eventual, date transmise. Acest mesaj este apoi transmis la nivelul reprezentativ. Stratul de prezentare își adaugă antetul mesajului și transmite rezultatul în stratul de sesiune, care la rândul său își adaugă antetul și așa mai departe. Unele implementări de protocol prevăd că mesajul conține nu numai un antet, ci și un trailer. În cele din urmă, mesajul ajunge la nivelul cel mai de jos, fizic, care de fapt îl transmite de-a lungul liniilor de comunicare.

Când un mesaj sosește pe o altă mașină prin rețea, acesta se mută secvenţial de la un nivel la altul. Fiecare nivel analizează, prelucrează și șterge antetul nivelului său, îndeplinește funcții corespunzătoare acestui nivel și transmite mesajul la nivelul superior.

Pe lângă termenul mesaj, există și alte denumiri folosite de specialiștii în rețea pentru a desemna o unitate de schimb de date. Standardele ISO pentru protocoale de orice nivel folosesc termenul „unitate de date protocol” - Protocol Data Unit (PDU). În plus, sunt folosite adesea numele cadru, pachet și datagramă.

Funcții ale stratului modelului ISO/OSI

Stratul fizic: Acest strat se ocupă cu transmiterea de biți pe canale fizice, cum ar fi cablul coaxial, cablul cu perechi răsucite sau cablul cu fibră optică. Acest nivel este legat de caracteristicile mediilor fizice de transmisie a datelor, cum ar fi lățimea de bandă, imunitatea la zgomot, impedanța caracteristică și altele. La același nivel se determină caracteristicile semnalelor electrice, cum ar fi cerințele pentru marginile impulsurilor, nivelurile de tensiune sau curent ale semnalului transmis, tipul de codare, viteza de transmisie a semnalului. În plus, aici sunt standardizate tipurile de conectori și scopul fiecărui contact.

Funcțiile stratului fizic sunt implementate în toate dispozitivele conectate la rețea. Pe partea computerului, funcțiile stratului fizic sunt realizate de adaptorul de rețea sau portul serial.

Un exemplu de protocol de nivel fizic este specificația tehnologiei 10Base-T Ethernet, care definește cablul utilizat ca pereche torsadată neecranată de Categoria 3 cu o impedanță caracteristică de 100 ohmi, un conector RJ-45, o lungime maximă a segmentului fizic de 100 de metri, Cod Manchester pentru reprezentarea datelor pe cablu și a altor caracteristici ale mediului și semnalelor electrice.

Strat de legătură de date: stratul fizic transferă pur și simplu biți. Aceasta nu ține cont de faptul că în unele rețele în care liniile de comunicație sunt utilizate (partajate) alternativ de mai multe perechi de calculatoare care interacționează, mediul fizic de transmisie poate fi ocupat. Prin urmare, una dintre sarcinile stratului de legătură este de a verifica disponibilitatea mediului de transmisie. O altă sarcină a stratului de legătură este implementarea mecanismelor de detectare și corectare a erorilor. Pentru a face acest lucru, la nivelul de legătură de date, biții sunt grupați în seturi numite cadre. Stratul de legătură asigură că fiecare cadru este transmis corect prin plasarea unei secvențe speciale de biți la începutul și la sfârșitul fiecărui cadru pentru a-l marca și, de asemenea, calculează o sumă de control prin însumarea tuturor octeților cadrului într-un anumit mod și adăugând suma de control. la cadru. Când sosește cadrul, receptorul calculează din nou suma de control a datelor primite și compară rezultatul cu suma de control din cadrul. Dacă se potrivesc, cadrul este considerat corect și acceptat. Dacă sumele de control nu se potrivesc, se înregistrează o eroare.

Protocoalele stratului de legătură utilizate în rețelele locale conțin o anumită structură de conexiuni între computere și metode de adresare a acestora. Deși stratul de legătură de date asigură livrarea de cadre între oricare două noduri dintr-o rețea locală, face acest lucru numai într-o rețea cu o topologie de conexiune foarte specifică, exact topologia pentru care a fost proiectat. Topologiile tipice acceptate de protocoalele stratului de legătură LAN includ magistrală partajată, inel și stea. Exemple de protocoale de nivel de legătură sunt Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

În rețelele locale, protocoalele de nivel de legătură sunt utilizate de computere, poduri, comutatoare și routere. În computere, funcțiile stratului de legătură sunt implementate prin eforturile comune ale adaptoarelor de rețea și driverelor acestora.

În rețelele globale, care rareori au o topologie obișnuită, stratul de legătură de date asigură schimbul de mesaje între două computere învecinate conectate printr-o linie de comunicație individuală. Exemple de protocoale punct la punct (cum sunt adesea numite astfel de protocoale) sunt protocoalele PPP și LAP-B utilizate pe scară largă.

Nivelul de rețea Acest nivel servește la formarea unui sistem de transport unificat care unește mai multe rețele cu principii diferite de transmitere a informațiilor între nodurile terminale. Să ne uităm la funcțiile stratului de rețea folosind rețelele locale ca exemplu. Protocolul de nivel de legătură în rețea locală asigură livrarea de date între orice nod numai într-o rețea cu corespondența topologie tipică. Aceasta este o limitare foarte strictă care nu permite construirea de rețele cu o structură dezvoltată, de exemplu, rețele care combină mai multe rețele de întreprindere într-o singură rețea sau rețele foarte fiabile în care există conexiuni redundante între noduri. Pentru a menține, pe de o parte, simplitatea procedurilor de transfer de date pentru topologiile standard și, pe de altă parte, pentru a permite utilizarea topologiilor arbitrare, este utilizat un strat de rețea suplimentar. La acest nivel este introdus conceptul de „rețea”. În acest caz, o rețea este înțeleasă ca o colecție de calculatoare conectate între ele în conformitate cu una dintre topologiile tipice standard și care utilizează unul dintre protocoalele stratului de legătură definite pentru această topologie pentru a transmite date.

Astfel, în cadrul rețelei, livrarea de date este reglementată de nivelul de legătură de date, dar livrarea de date între rețele este gestionată de nivelul de rețea.

Mesajele de nivel de rețea sunt de obicei numite pachete. Atunci când se organizează livrarea pachetelor la nivel de rețea, se folosește conceptul "numar de retea". În acest caz, adresa destinatarului constă din numărul de rețea și numărul computerului din această rețea.

Rețelele sunt conectate între ele prin dispozitive speciale numite routere. Router este un dispozitiv care colectează informații despre topologia conexiunilor de internet și, pe baza acestuia, transmite pachete de nivel de rețea către rețeaua de destinație. Pentru a transmite un mesaj de la un expeditor aflat într-o rețea către un destinatar situat pe o altă rețea, trebuie să efectuați un număr de transferuri de tranzit (hopuri) între rețele, alegând de fiecare dată ruta corespunzătoare. Astfel, o rută este o secvență de routere prin care trece un pachet.

Problema alegerii celei mai bune căi se numește rutare iar soluția sa este sarcina principală a nivelului de rețea. Această problemă este complicată de faptul că calea cea mai scurtă nu este întotdeauna cea mai bună. Adesea, criteriul de alegere a unei rute este timpul de transmitere a datelor de-a lungul acestui traseu depinde de capacitatea canalelor de comunicație și de intensitatea traficului, care se poate modifica în timp; Unii algoritmi de rutare încearcă să se adapteze la schimbările de încărcare, în timp ce alții iau decizii bazate pe medii pe termen lung. Ruta poate fi selectată pe baza altor criterii, de exemplu, fiabilitatea transmisiei.

La nivel de rețea, sunt definite două tipuri de protocoale. Primul tip se referă la definirea regulilor de transmitere a pachetelor de date ale nodului final de la nod la router și între routere. Acestea sunt protocoalele care se referă de obicei atunci când oamenii vorbesc despre protocoale de nivel de rețea. Stratul de rețea include și un alt tip de protocol numit protocoale de schimb de informații de rutare. Folosind aceste protocoale, routerele colectează informații despre topologia conexiunilor la internet. Protocoalele de nivel de rețea sunt implementate de modulele software ale sistemului de operare, precum și de software-ul și hardware-ul routerului.

Exemple de protocoale de nivel de rețea sunt protocolul de rețea IP a stivei TCP/IP și protocolul de rețea a stivei Novell IPX.

Stratul de transport: Pe drumul de la expeditor la destinatar, pachetele pot fi corupte sau pierdute. În timp ce unele aplicații au propria lor gestionare a erorilor, există altele care preferă să se ocupe imediat de o conexiune fiabilă. Sarcina stratului de transport este să se asigure că aplicațiile sau straturile superioare ale stivei - aplicație și sesiune - transferă date cu gradul de fiabilitate pe care îl necesită. Modelul OSI definește cinci clase de servicii furnizate de stratul de transport. Aceste tipuri de servicii se disting prin calitatea serviciilor furnizate: urgență, capacitatea de a restabili comunicațiile întrerupte, disponibilitatea mijloacelor de multiplexare a conexiunilor multiple între diferite protocoale de aplicație printr-un protocol de transport comun și, cel mai important, capacitatea de a detecta și corectarea erorilor de transmisie, cum ar fi distorsiunea, pierderea și duplicarea pachetelor.

Alegerea clasei de serviciu la nivel de transport este determinată, pe de o parte, de măsura în care problema asigurării fiabilității este rezolvată de aplicațiile și protocoalele de nivel superior celui de transport, iar pe de altă parte, această alegere depinde de cât de fiabil este întregul sistem de transport de date online. Deci, de exemplu, dacă calitatea canalelor de comunicație este foarte ridicată și probabilitatea erorilor nedetectate de protocoalele de nivel inferior este mică, atunci este rezonabil să folosiți unul dintre serviciile de nivel de transport ușor care nu sunt împovărate cu numeroase verificări. , strângere de mână și alte tehnici pentru creșterea fiabilității. Dacă vehiculele sunt inițial foarte nesigure, atunci este recomandabil să apelați la cel mai dezvoltat serviciu de nivel de transport, care funcționează folosind mijloace maxime pentru detectarea și eliminarea erorilor - folosind stabilirea preliminară a unei conexiuni logice, monitorizarea livrării mesajelor folosind sume de control și numerotarea ciclică a pachetelor, stabilirea termenelor de livrare etc.

De regulă, toate protocoalele, începând de la nivelul de transport și mai sus, sunt implementate de software-ul nodurilor terminale ale rețelei - componente ale sistemelor lor de operare în rețea. Exemple de protocoale de transport includ protocoalele TCP și UDP ale stivei TCP/IP și protocolul SPX al stivei Novell.

Stratul de sesiune: stratul de sesiune oferă gestionarea conversațiilor pentru a înregistra ce parte este activă în prezent și oferă, de asemenea, facilități de sincronizare. Acestea din urmă vă permit să introduceți puncte de control în transferuri lungi, astfel încât, în caz de eșec, să vă puteți întoarce la ultimul punct de control, în loc să începeți totul de la capăt. În practică, puține aplicații folosesc stratul de sesiune și este rar implementat.

Stratul de prezentare: Acest strat oferă asigurarea că informațiile transmise de stratul de aplicație vor fi înțelese de stratul de aplicare într-un alt sistem. Dacă este necesar, stratul de prezentare convertește formatele de date într-un format comun de prezentare, iar la recepție, în consecință, efectuează conversia inversă. În acest fel, straturile de aplicație pot depăși, de exemplu, diferențele sintactice în reprezentarea datelor. La acest nivel se poate realiza criptarea și decriptarea datelor, datorită cărora se asigură secretul schimbului de date pentru toate serviciile aplicației simultan. Un exemplu de protocol care funcționează la nivelul de prezentare este protocolul Secure Socket Layer (SSL), care oferă mesaje securizate pentru protocoalele stratului de aplicație ale stivei TCP/IP.

Stratul de aplicație Stratul de aplicație este de fapt doar un set de diferite protocoale prin care utilizatorii rețelei accesează resurse partajate, cum ar fi fișiere, imprimante sau pagini Web hipertext și, de asemenea, își organizează colaborarea, de exemplu, folosind protocolul de poștă electronică. Unitatea de date pe care operează stratul de aplicație este de obicei numită mesaj .

Există o varietate foarte mare de protocoale de nivel de aplicație. Să dăm ca exemple cel puțin câteva dintre cele mai comune implementări ale serviciilor de fișiere: NCP în sistemul de operare Novell NetWare, SMB în Microsoft Windows NT, NFS, FTP și TFTP, care fac parte din stiva TCP/IP.

Modelul OSI, deși foarte important, este doar unul dintre multele modele de comunicare. Aceste modele și stivele lor de protocoale asociate pot diferi în ceea ce privește numărul de straturi, funcțiile lor, formatele de mesaje, serviciile furnizate la straturile superioare și alți parametri.

Caracteristicile stivelor de protocoale de comunicare populare

Deci, interacțiunea computerelor în rețele are loc în conformitate cu anumite reguli de schimb de mesaje și formatele acestora, adică în conformitate cu anumite protocoale. Un set de protocoale organizat ierarhic care rezolvă problema interacțiunii dintre nodurile rețelei se numește stivă de protocoale de comunicație.

Există multe stive de protocoale care sunt utilizate pe scară largă în rețele. Acestea sunt stive care sunt standarde internaționale și naționale și stive de proprietate care au devenit larg răspândite datorită prevalenței echipamentelor de la o anumită companie. Exemple de stive de protocoale populare includ stiva IPX/SPX de la Novell, stiva TCP/IP utilizată pe Internet și multe rețele bazate pe sistemul de operare UNIX, stiva OSI a Organizației Internaționale de Standardizare, stiva DECnet a Digital Equipment Corporation și mai multe alții.

Utilizarea unei anumite stive de protocoale de comunicație într-o rețea determină în mare măsură fața rețelei și caracteristicile acesteia. Rețelele mai mici pot folosi o singură stivă. În rețelele corporative mari care conectează diverse rețele, mai multe stive sunt de obicei utilizate în paralel.

Echipamentele de comunicație implementează protocoale de nivel inferior, care sunt mai standardizate decât protocoalele de nivel superior, iar aceasta este o condiție prealabilă pentru o colaborare de succes între echipamente de la diferiți producători. Lista protocoalelor acceptate de un anumit dispozitiv de comunicație este una dintre cele mai importante caracteristici ale acestui dispozitiv.

Calculatoarele implementează protocoale de comunicație sub formă de elemente software corespunzătoare ale unui sistem de operare de rețea, de exemplu, protocoalele la nivel de legătură sunt de obicei implementate sub formă de drivere de adaptoare de rețea, iar protocoalele de nivel superior sunt implementate sub formă de componente server și client a serviciilor de rețea.

Abilitatea de a funcționa bine într-un anumit mediu de sistem de operare este o caracteristică importantă a echipamentelor de comunicații. Puteți citi adesea în anunțurile pentru un adaptor de rețea sau un hub că a fost conceput special pentru a funcționa într-o rețea NetWare sau UNIX. Aceasta înseamnă că dezvoltatorii de hardware și-au optimizat caracteristicile pentru protocoalele utilizate în acel sistem de operare de rețea sau pentru o anumită versiune a implementării lor dacă aceste protocoale sunt utilizate în sisteme de operare diferite. Datorită particularităților implementării protocoalelor în diferite sisteme de operare, una dintre caracteristicile echipamentelor de comunicație este certificarea acestuia pentru capacitatea de a lucra în mediul unui anumit sistem de operare.

La nivelurile inferioare - fizică și legătură de date - aproape toate stivele folosesc aceleași protocoale. Acestea sunt protocoale bine standardizate: Ethernet, Token Ring, FDDI și altele, care permit utilizarea aceluiași echipament în toate rețelele.

Rețeaua și protocoalele de nivel superior ale stivelor standard existente sunt foarte variabile și, în general, nu sunt conforme cu stratificarea recomandată de modelul ISO. În special, în aceste stive, funcțiile stratului de sesiune și prezentare sunt cel mai adesea combinate cu stratul de aplicație. Această discrepanță se datorează faptului că modelul ISO a apărut ca urmare a unei generalizări a stivelor deja existente și utilizate efectiv și nu invers.

Stiva OSI

Trebuie făcută o distincție între stiva de protocol OSI și modelul OSI. În timp ce modelul OSI definește conceptual procedura de interacțiune a sistemelor deschise, descompunând sarcina în 7 straturi, standardizează scopul fiecărui strat și introduce nume standard pentru straturi, stiva OSI este un set de specificații de protocol foarte specifice care formează o conexiune consistentă. stiva de protocoale. Această stivă de protocoale este susținută de guvernul SUA în programul său GOSIP. Toate rețelele de computere guvernamentale instalate după 1990 trebuie fie să suporte direct stiva OSI, fie să ofere un mijloc de migrare la stivă în viitor. Cu toate acestea, stiva OSI este mai populară în Europa decât în ​​SUA, deoarece Europa are mai puține rețele vechi instalate care folosesc propriile protocoale. Există, de asemenea, o mare nevoie de o stivă comună în Europa, deoarece există atât de multe țări diferite.

Acesta este un standard internațional, independent de producător. Poate permite colaborarea între corporații, parteneri și furnizori. Această interacțiune este complicată prin abordarea, denumirea și problemele de securitate a datelor. Toate aceste probleme sunt parțial rezolvate în stiva OSI. Protocoalele OSI necesită multă putere de procesare a procesorului, ceea ce le face mai potrivite pentru mașini puternice, mai degrabă decât pentru rețele de computere personale. Majoritatea organizațiilor doar planifică tranziția la stiva OSI. Printre cei care lucrează în această direcție se numără Departamentul Marinei SUA și rețeaua NFSNET. Unul dintre cei mai mari producători care acceptă OSI este AT&T. Rețeaua Stargroup se bazează în întregime pe stiva OSI.

Din motive evidente, stiva OSI, spre deosebire de alte stive standard, respectă pe deplin modelul de interconectare OSI, include specificații pentru toate cele șapte straturi ale modelului de interconectare a sistemelor deschise (Figura 1.3).

Orez. 1.3. Stiva OSI

Pe Stiva OSI acceptă protocoale Ethernet, Token Ring, FDDI, precum și protocoale LLC, X.25 și ISDN. Aceste protocoale vor fi discutate în detaliu în alte secțiuni ale manualului.

Servicii rețea, transport și sesiune niveluri sunt disponibile și în stiva OSI, dar nu sunt foarte comune. Stratul de rețea implementează atât protocoale fără conexiune, cât și protocoale bazate pe conexiune. Protocolul de transport al stivei OSI, în concordanță cu funcțiile definite pentru acesta în modelul OSI, ascunde diferențele dintre serviciile de rețea orientate spre conexiune și cele fără conexiune, astfel încât utilizatorii să primească calitatea dorită a serviciului indiferent de stratul de rețea subiacent. Pentru a oferi acest lucru, stratul de transport solicită utilizatorului să specifice calitatea dorită a serviciului. Au fost definite 5 clase de servicii de transport, de la cea mai joasă clasă 0 la cea mai înaltă clasă 4, care diferă prin gradul de toleranță la erori și cerințele pentru recuperarea datelor după erori.

Servicii nivelul de aplicare includ transferul de fișiere, emularea terminalului, serviciile de directoare și poșta. Dintre acestea, cele mai promițătoare sunt serviciul de directoare (standard X.500), poșta electronică (X.400), protocolul terminal virtual (VT), protocolul de transfer de fișiere, acces și gestionare (FTAM), protocol de redirecționare și gestionare a joburilor (JTM). . Recent, ISO și-a concentrat eforturile pe servicii de nivel superior.

Recomandările X.400 definesc următorul set minim necesar de servicii care urmează să fie furnizate utilizatorilor: controlul accesului, menținerea identificatorilor unici de mesaje de sistem, livrarea mesajelor sau notificarea de nelivrare cu motiv, indicarea tipului de conținut al mesajului, indicarea conversiei conținutului mesajului, transmiterea și marcajele de timp de livrare, selectarea unei categorii de livrare (urgent, non-urgent, normal), livrare multicast, livrare întârziată (până la un anumit moment de timp), transformarea conținutului pentru a interfața cu sisteme de poștă incompatibile, cum ar fi serviciile telex și fax, interogarea dacă a fost livrat un anumit mesaj, liste de corespondență, care pot avea o structură imbricată, mijloace de protejare a mesajelor împotriva accesului neautorizat, bazate pe un criptosistem asimetric cu cheie publică.

Scopul recomandărilor X.500 este de a dezvolta standarde globale pentru biroul de asistență. Procesul de livrare a unui mesaj necesită cunoașterea adresei destinatarului, ceea ce reprezintă o problemă în rețelele mari, de aceea este necesar să existe un birou de asistență care să ajute la obținerea adreselor expeditorilor și destinatarilor. În general, un serviciu X.500 este o bază de date distribuită de nume și adrese. Tuturor utilizatorilor li se permite să se conecteze la această bază de date folosind un set specific de atribute.

Următoarele operațiuni sunt definite în baza de date cu nume și adrese:

• citire - obținerea unei adrese după un nume cunoscut,
• cerere - obținerea unui nume pe baza atributelor de adresă cunoscute,
• modificare care implică ștergerea și adăugarea înregistrărilor într-o bază de date.

Principalele provocări ale implementării recomandărilor X.500 provin din amploarea acestui proiect, care se pretinde a fi un serviciu de referință la nivel mondial. Prin urmare, software-ul care implementează recomandările X.500 este foarte greoaie și impune cerințe mari asupra performanței hardware.

Protocol VT rezolvă problema incompatibilității între diferite protocoale de emulare a terminalelor. În prezent, un utilizator al unui computer personal compatibil cu un PC IBM, pentru a lucra simultan cu calculatoare VAX, IBM 3090 și HP9000, trebuie să achiziționeze trei programe diferite pentru a emula terminale de diferite tipuri și folosind protocoale diferite. Dacă fiecare computer gazdă ar avea software pentru protocolul de emulare a terminalelor ISO, atunci utilizatorul ar avea nevoie de un singur program care să accepte protocolul VT. În standardul său, ISO a acumulat funcții de emulare terminale utilizate pe scară largă.

Transferul de fișiere este cel mai comun serviciu de calculator. Accesul la fișiere, atât locale, cât și la distanță, este necesar pentru toate aplicațiile - editori de text, e-mail, baze de date sau programe de lansare de la distanță. ISO oferă un astfel de serviciu în protocol FTAM. Alături de standardul X.400, este cel mai popular standard de stivă OSI. FTAM oferă facilități pentru localizarea și accesarea conținutului fișierului și include un set de directive pentru inserarea, înlocuirea, extinderea și ștergerea conținutului fișierului. FTAM oferă, de asemenea, facilități pentru manipularea fișierului ca întreg, inclusiv crearea, ștergerea, citirea, deschiderea, închiderea fișierului și selectarea atributelor acestuia.

Protocolul de redirecționare și control al muncii JTM Permite utilizatorilor să trimită lucrări care trebuie finalizate pe computerul gazdă. Limbajul de control al jobului care permite trimiterea jobului spune computerului gazdă ce acțiuni trebuie efectuate pentru ce programe și fișiere. Protocolul JTM acceptă procesarea tradițională în lot, procesarea tranzacțiilor, intrarea de la distanță a joburilor și accesul la baza de date distribuită.

Stiva TCP/IP

Stiva TCP/IP, numită și stiva DoD și stiva Internet, este una dintre cele mai populare și promițătoare stive de protocoale de comunicare. Dacă în prezent este distribuit în principal în rețele cu OS UNIX, atunci implementarea sa în cele mai recente versiuni de sisteme de operare de rețea pentru computere personale (Windows NT, NetWare) este o condiție prealabilă bună pentru creșterea rapidă a numărului de instalări ale TCP/ stiva IP.

Stack-ul a fost dezvoltat la inițiativa Departamentului de Apărare al SUA (DoD) cu mai bine de 20 de ani în urmă pentru a conecta rețeaua experimentală ARPAnet cu alte rețele de satelit ca un set de protocoale comune pentru medii de calcul eterogene. Rețeaua ARPA a sprijinit dezvoltatorii și cercetătorii din domeniile militare. În rețeaua ARPA, comunicarea între două computere s-a realizat folosind Internet Protocol (IP), care până în prezent este unul dintre principalele din stiva TCP/IP și apare în numele stivei.

Universitatea Berkeley a adus o contribuție majoră la dezvoltarea stivei TCP/IP prin implementarea protocoalelor stivei în versiunea sa a sistemului de operare UNIX. Adoptarea pe scară largă a sistemului de operare UNIX a dus, de asemenea, la adoptarea pe scară largă a IP și a altor protocoale de stivă. Această stivă alimentează, de asemenea, Internetul, al cărui grup operativ de inginerie Internet (IETF) este un contributor major la dezvoltarea standardelor de stivă publicate sub forma specificațiilor RFC.

Deoarece stiva TCP/IP a fost dezvoltată înainte de apariția modelului de interconectare a sistemelor deschise ISO/OSI, deși are și o structură pe mai multe niveluri, corespondența nivelurilor stivei TCP/IP cu nivelurile modelului OSI este mai degrabă condiționată. .

Structura protocoalelor TCP/IP este prezentată în Figura 1.4. Protocoalele TCP/IP sunt împărțite în 4 straturi.

Orez. 1.4. Stiva TCP/IP

Cel mai jos ( nivelul IV ) - nivelul interfețelor de rețea - corespunde nivelurilor fizice și de legătură de date ale modelului OSI. Acest nivel în protocoalele TCP/IP nu este reglementat, dar acceptă toate standardele populare ale stratului fizic și de legătură de date: pentru canalele locale acestea sunt Ethernet, Token Ring, FDDI, pentru canalele globale - propriile protocoale pentru operarea pe apel analogic - linii up și închiriate SLIP/PPP, care stabilesc conexiuni punct la punct prin legături seriale WAN și protocoale WAN X.25 și ISDN. De asemenea, a fost dezvoltată o specificație specială care definește utilizarea tehnologiei ATM ca transport de nivel de legătură de date.

Nivelul următor ( nivelul III ) este stratul de internetworking care se ocupă cu transmiterea de datagrame folosind diverse rețele locale, rețele de zonă X.25, linii ad-hoc etc. Stiva folosește protocolul IP, care a fost conceput inițial ca un protocol pentru transmiterea de pachete în rețele compuse constând dintr-un număr mare de rețele locale conectate atât prin conexiuni locale cât și globale. Prin urmare, protocolul IP funcționează bine în rețelele cu topologii complexe, utilizând rațional prezența subsistemelor în ele și utilizând economic lățimea de bandă a liniilor de comunicație cu viteză redusă. Protocolul IP este un protocol de datagramă.

Nivelul de interconectare include, de asemenea, toate protocoalele legate de compilarea și modificarea tabelelor de rutare, cum ar fi protocoalele pentru colectarea informațiilor de rutare RIP.(Routing Internet Protocol) și OSPF(Deschideți mai întâi calea cea mai scurtă), precum și protocolul pentru mesaje de control pe internet ICMP(Internet Control Message Protocol). Ultimul protocol este conceput pentru a face schimb de informații despre erori între router și gateway, sistemul sursă și sistemul destinație, adică pentru a organiza feedback-ul. Folosind pachete speciale ICMP, se raportează că este imposibil să se livreze un pachet, că a fost depășită durata de viață sau durata asamblarii unui pachet din fragmente, valori anormale ale parametrilor, o modificare a rutei de redirecționare și a tipului de serviciu, starea sistemul etc.

Nivelul următor ( nivelul II) se numește de bază. Protocolul de control al transmisiei operează la acest nivel TCP(Transmission Control Protocol) și User Datagram Protocol UDP(Protocol de datagramă utilizator). Protocolul TCP oferă o conexiune virtuală stabilă între procesele aplicației de la distanță. Protocolul UDP asigură transmiterea pachetelor de aplicație folosind metoda datagramei, adică fără a stabili o conexiune virtuală și, prin urmare, necesită mai puțină supraîncărcare decât TCP.

Nivel superior ( nivelul I) se numește aplicat. De-a lungul multor ani de utilizare în rețelele diferitelor țări și organizații, stiva TCP/IP a acumulat un număr mare de protocoale și servicii la nivel de aplicație. Acestea includ protocoale utilizate pe scară largă precum protocolul de copiere a fișierelor FTP, protocolul de emulare a terminalului telnet, protocolul de e-mail SMTP utilizat în e-mail-ul pe Internet și filiala sa rusă RELCOM, servicii hipertext pentru accesarea informațiilor de la distanță, cum ar fi WWW și multe altele. Să aruncăm o privire mai atentă la unele dintre ele care sunt cel mai strâns legate de subiectele acestui curs.

Protocol SNMP(Simple Network Management Protocol) este utilizat pentru a organiza managementul rețelei. Problema managementului este împărțită aici în două probleme. Prima sarcină este legată de transferul de informații. Protocoalele de transfer de informații de control determină procedura de interacțiune între server și programul client care rulează pe gazda administratorului. Acestea definesc formatele de mesaje care sunt schimbate între clienți și servere, precum și formatele pentru nume și adrese. A doua provocare este legată de datele controlate. Standardele reglementează ce date trebuie stocate și acumulate în gateway-uri, numele acestor date și sintaxa acestor nume. Standardul SNMP definește o specificație pentru o bază de date de informații de gestionare a rețelei. Această specificație, cunoscută sub numele de Management Information Base (MIB), definește elementele de date pe care o gazdă sau un gateway trebuie să le stocheze și operațiunile permise asupra acestora.

Protocolul de transfer de fișiere FTP(File Transfer Protocol) implementează acces la fișiere de la distanță. Pentru a asigura un transfer fiabil, FTP utilizează protocolul orientat spre conexiune - TCP - ca transport. Pe lângă protocolul de transfer de fișiere, FTP oferă și alte servicii. Acest lucru oferă utilizatorului posibilitatea de a interacționa interactiv cu o mașină de la distanță, de exemplu, el poate imprima conținutul directoarelor acesteia, permite utilizatorului să specifice tipul și formatul datelor care vor fi stocate; În cele din urmă, FTP autentifică utilizatorii. Înainte de a accesa fișierul, protocolul solicită utilizatorilor să furnizeze numele de utilizator și parola.

În stiva TCP/IP, FTP oferă cel mai cuprinzător set de servicii de fișiere, dar este și cel mai complex de programat. Aplicațiile care nu necesită toate capabilitățile FTP pot folosi un alt protocol, mai rentabil - Protocolul simplu de transfer de fișiere TFTP(Protocol de transfer de fișiere trivial). Acest protocol implementează doar transferul de fișiere, iar transportul utilizat este un protocol fără conexiune mai simplu decât TCP - UDP.

Protocol telnet asigură transferul unui flux de octeți între procese, precum și între un proces și un terminal. Cel mai adesea, acest protocol este folosit pentru a emula un terminal de computer la distanță.

Stiva IPX/SPX

Această stivă este stiva originală de protocol Novell, pe care a dezvoltat-o ​​pentru sistemul său de operare de rețea NetWare la începutul anilor 80. Protocoalele Internetwork Packet Exchange (IPX) și Sequenced Packet Exchange (SPX), care dau numele stivei, sunt adaptări directe ale protocoalelor XNS Xerox, care sunt mult mai puțin comune decât IPX/SPX. În ceea ce privește instalațiile, protocoalele IPX/SPX sunt lideri, iar acest lucru se datorează faptului că sistemul de operare NetWare în sine ocupă o poziție de lider cu o pondere a instalărilor la nivel mondial de aproximativ 65%.

Familia de protocoale Novell și corespondența lor cu modelul ISO/OSI sunt prezentate în Figura 1.5.

Orez. 1.5. Stiva IPX/SPX

Pe niveluri fizice și de legătură de date Rețelele Novell utilizează toate protocoalele populare ale acestor niveluri (Ethernet, Token Ring, FDDI și altele).

Pe nivel de rețea protocolul funcționează în stiva Novell IPX, precum și protocoalele de schimb de informații de rutare RIP.Și NLSP(analog cu protocolul OSPF al stivei TCP/IP). IPX este un protocol care se ocupă cu adresarea și rutarea pachetelor în rețelele Novell. Deciziile de rutare IPX se bazează pe câmpurile de adresă din antetul pachetului, precum și pe informațiile din protocoalele de schimb de informații de rutare. De exemplu, IPX folosește informațiile furnizate fie de RIP, fie de NLSP (NetWare Link State Protocol) pentru a trimite pachete către computerul de destinație sau către următorul router. Protocolul IPX acceptă doar metoda datagramelor de schimb de mesaje, datorită căreia consumă economic resurse de calcul. Deci, protocolul IPX oferă trei funcții: setarea unei adrese, stabilirea unei rute și trimiterea de datagrame.

Stratul de transport al modelului OSI din stiva Novell corespunde protocolului SPX, care realizează transferul de mesaje orientat spre conexiune.

Deasupra niveluri de aplicație, prezentare și sesiune Protocoalele NCP și SAP funcționează. Protocol NCP(NetWare Core Protocol) este un protocol pentru interacțiunea dintre serverul NetWare și shell-ul stației de lucru. Acest protocol de nivel de aplicație implementează arhitectura client-server la straturile superioare ale modelului OSI. Folosind funcțiile acestui protocol, stația de lucru se conectează la server, mapează directoarele serverului la literele unității locale, scanează sistemul de fișiere al serverului, copiază fișierele de la distanță, le modifică atributele etc. și, de asemenea, partajează o imprimantă de rețea între stațiile de lucru.

Serverele și routerele folosesc SAP pentru a-și face publicitate serviciilor și adreselor de rețea. Protocolul SAP permite dispozitivelor de rețea să actualizeze în mod constant informații despre ce servicii sunt disponibile în prezent în rețea. La pornire, serverele folosesc SAP pentru a notifica restul rețelei despre serviciile lor. Când un server se închide, folosește SAP pentru a notifica rețeaua că serviciile sale au încetat.

Pe rețelele Novell, serverele NetWare 3.x trimit pachete de difuzare SAP în fiecare minut. Pachetele SAP blochează în mod semnificativ rețeaua, așa că una dintre sarcinile principale ale routerelor care accesează comunicațiile globale este filtrarea traficului de la pachetele SAP și pachetele RIP.

Caracteristicile stivei IPX/SPX se datorează caracteristicilor sistemului de operare NetWare, și anume orientării versiunilor sale timpurii (până la 4.0) pentru lucrul în rețele locale mici formate din computere personale cu resurse modeste. Prin urmare, Novell avea nevoie de protocoale care necesită o cantitate minimă de RAM (limitată la computerele compatibile IBM care rulează MS-DOS la 640 KB) și care să ruleze rapid pe procesoare cu putere redusă. Ca urmare, protocoalele stivei IPX/SPX până de curând au funcționat bine în rețelele locale și nu atât de bine în rețelele corporative mari, deoarece supraîncărcau legături globale lente cu pachete de difuzare care sunt utilizate intens de mai multe protocoale din această stivă (de exemplu, pentru a stabilirea comunicațiilor între clienți și servere).

Această împrejurare, precum și faptul că stiva IPX/SPX este proprietatea Novell și necesită o licență pentru a-l implementa, a limitat mult timp distribuția sa doar la rețelele NetWare. Cu toate acestea, până la lansarea NetWare 4.0, Novell a făcut și continuă să facă schimbări majore la protocoalele sale menite să le adapteze pentru a funcționa în rețelele corporative. Acum, stiva IPX/SPX este implementată nu numai în NetWare, ci și în alte câteva sisteme de operare de rețea populare - SCO UNIX, Sun Solaris, Microsoft Windows NT.

Stiva NetBIOS/SMB

Microsoft și IBM au lucrat împreună la instrumente de rețea pentru computere personale, astfel încât stiva de protocoale NetBIOS/SMB este creația lor comună. Instrumentele NetBIOS au apărut în 1984 ca o extensie de rețea a funcțiilor standard ale sistemului de bază de intrare/ieșire (BIOS) al PC-ului IBM pentru programul de rețea PC Network de la IBM, care la nivel de aplicație (Fig. 1.6) folosea SMB ( Server Message Block) pentru implementarea serviciilor de rețea.

Orez. 1.6. Stiva NetBIOS/SMB

Protocol NetBIOS funcționează la trei niveluri ale modelului de interacțiune a sistemelor deschise: rețea, transport și sesiune. NetBIOS poate oferi un nivel mai ridicat de serviciu decât protocoalele IPX și SPX, dar nu are capabilități de rutare. Astfel, NetBIOS nu este un protocol de rețea în sensul strict al cuvântului. NetBIOS conține multe funcții utile de rețea care pot fi atribuite straturilor de rețea, transport și sesiune, dar nu poate fi folosit pentru a ruta pachete, deoarece protocolul de schimb de cadre NetBIOS nu introduce un astfel de concept ca rețea. Acest lucru limitează utilizarea protocolului NetBIOS la rețelele locale care nu sunt subrețele. NetBIOS acceptă atât comunicații bazate pe datagramă, cât și pe conexiune.

Protocol SMB, corespunzătoare nivelurilor de aplicație și reprezentative ale modelului OSI, reglementează interacțiunea stației de lucru cu serverul. Funcțiile SMB includ următoarele operații:

• Managementul sesiunii. Crearea și întreruperea unui canal logic între stația de lucru și resursele de rețea ale serverului de fișiere.
• Acces la fișiere. O stație de lucru poate contacta serverul de fișiere cu solicitări de a crea și șterge directoare, de a crea, deschide și închide fișiere, de a citi și de a scrie în fișiere, de a redenumi și de a șterge fișiere, de a căuta fișiere, de a obține și de a seta atribute de fișiere și de a bloca înregistrările.
• Serviciu de imprimare. Stația de lucru poate pune în coadă fișiere pentru imprimare pe server și poate obține informații despre coada de imprimare.
• Serviciu de mesagerie. SMB acceptă mesagerie simplă cu următoarele funcții: trimite un mesaj simplu; trimite un mesaj difuzat; trimite începutul blocului de mesaje; trimite text blocat mesaj; trimite sfârșitul blocului de mesaje; transmite numele de utilizator; anularea expedierii; obțineți numele mașinii.

Datorită numărului mare de aplicații care utilizează funcțiile API furnizate de NetBIOS, multe sisteme de operare de rețea implementează aceste funcții ca interfață pentru protocoalele lor de transport. NetWare are un program care emulează funcțiile NetBIOS bazate pe protocolul IPX și există emulatori software pentru NetBIOS pentru Windows NT și stiva TCP/IP.

De ce avem nevoie de aceste cunoștințe valoroase? (editorial)

Un coleg mi-a pus odată o întrebare dificilă. Ei bine, spune el, știi ce este modelul OSI... Și de ce ai nevoie de el, care este beneficiul practic al acestor cunoștințe: dacă nu te arăți în fața manechinelor? Nu este adevărat, beneficiile acestor cunoștințe sunt o abordare sistematică pentru rezolvarea multor probleme practice. De exemplu:

• depanare (