Уровни модели OSI

В модели OSI сетевые функции распределены между семью уровнями. Каждому уровню соответствуют различные сетевые операции, оборудование и протоколы. На каждом уровне выполняются определенные сетевые функции, которые взаимодействуют с функциями соседних уровней, лежащих выше и ниже. Например, Сеансовый уровень должен взаимодействовать только с Представительским и Транспортным уровнями и т.д. Ниже приведено описание каждого уровня и определены услуги, которые они предоставляют смежным уровням.

Прикладной уровень (Application) выполняет функцию взаимодействия с прикладным программным обеспечением пользователя. Точнее он обменивается данными не с самим пользовательским приложением, а скорее, с сетевыми приложениями, которые применяются в них. На этом уровне чаще всего используются следующие протоколы: HTTP (Hypertext Transfer Protocol – протокол передачи гипертекста); FTP (File Transfer Protocol – протокол передачи файлов); TFTP (Trivial File Transfer Protocol – простой протокол передачи файлов); SMTP (Simple Mail Transfer Protocol – простой протокол передачи почты); POP3 (Post Office Protocol v3 – почтовый протокол версии 3); Telnet (протокол работы с терминалами). Этот уровень управляет общим доступом к сети, потоком данных и восстановлением связи после сбоев.

Представительский уровень (Presentation), включает в себя функции: трансляция форматов и синтаксиса прикладных программ в форму, удобную для сети, шифрование данных и их сжатие (в случае необходимости). На этом уровне работает утилита, называемая редиректором (redirector). Ее назначение – перенаправлять локальные операции ввода/вывода на сетевой сервер

Сеансовыйуровень (Session) включает в себя функции преобразования имен абонентов в сетевые адреса, управления доступом к сети на основе заданных прав доступа, а также взаимодействие абонентов, участвующих в сеансе связи. На сеансовом уровне чаще всего используются следующие протоколы: RPC (Remote Procedure Call – вызов удаленных процедур); LDAP и служба сеансов NetBIOS

Транспортныйуровень (Transport) выполняет функции контроля и исправления ошибок, нумерации передаваемых пакетов и контроль порядка их следования, а также согласование различных сетей между собой, например, двух локальных сетей, локальной и глобальной сети. Протоколы транспортного уровня – TCP (Transmission Control Protocol – протокол управления передачей), UDP (User Datagram Protocol – протокол пользовательских дейтаграмм) и SPX (Sequenced Packet eXchange – упорядоченный пакетный обмен).

На транспортном уровне используется два вида связи: с установлением и без установления логического соединения. В случае использования логической связи с установлением соединения компьютер – источник передает получателю специальный сегмент SYN, с помощью которого сообщает приемнику информации размер окна и его текущий порядковый номер. Получив этот сегмент компьютер – приемник отправляет источнику служебный сегмент – подтверждение (ACK), в котором также содержится информация о размере окна и начальном порядковом номере. Наконец, источник отвечает на сегмент ACK тоже подтверждением ACK. Этот процесс установления соединения получил название трехэтапное квитирование.

В большинстве случаев связь с установлением соединения поддерживает функцию гарантированной доставки информации. Другими словами, если в процессе передачи возникла ошибка, то источник осуществляет повторную передачу тех же блоков данных. Все это приводит к тому, что количество служебной информации, передаваемой вместе с пользовательскими данными, существенно возрастает.

Этого недостатка лишена связь без установления логического соединения. Однако практически полное отсутствие механизмов исправления ошибок существенно снижают область применения такого вида связи.

Сетевой уровень (Network), обеспечивает логическую адресацию сетевых устройств и определение маршрутов (маршрутизацию). Методы логической адресации зависят от набора протоколов, но основные принципы их работы остаются одинаковыми. Подавляющее большинство сетевых устройств – это компьютеры (хосты), которые объединены в локальные вычислительные сети (ЛВС). Поэтому логические адреса разделены на две части: поле сети и поле хоста. Вместе эти поля полностью описывают хост, но только в контексте сети. Для передачи пакетов между сетями используются специализированные устройства третьего уровня – маршрутизаторы (router). На сетевом уровне используются протоколы IP (Internet Protocol) и IPX (Internet work Packet Exchange – межсетевой пакетный обмен).

Канальный уровень (Data Link) предусматривает выполнение таких функций, как устранение коллизий, физическая адресация, распознавание ошибок и фреймирования. Обычно все эти функции реализует аппаратура сетевых адаптеров (NIC – Network Interface Card) и их программные драйверы, а также специализированные сетевые устройства второго уровня – коммутаторы (switches).

Подавляющее большинство ЛВС построено по технологии Ethernet, в которых используется метод доступа к передающей (физической) среде CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий). Поэтому в любой момент времени только одно устройство может передавать сигналы. Если же несколько устройств одновременно будут пытаться осуществить передачу, то возникнет так называемая коллизия.

Все сетевые устройства имеют физический адрес, в качестве которого используется уникальный MAC – адрес. Это 48-ми разрядный адрес, который обычно записывают в виде 12 шестнадцатеричных цифр, таких как 01-23-45-67-89-AB-CD-EF. Первые шесть цифр (24 разряда) однозначно определяют производителя устройства, а последние шесть – уникальный номер устройства. Обычно МАС адрес “прошивается” в сетевой плате. Не смотря на то, что максимальное количество устройств, адресуемых с помощью 48 разрядного адреса, превышает 2,8 10¹⁴, иногда в одной сети могут встретиться устройства, у которых МАС адреса совпадают. Поэтому в последнее время, многие сетевые устройства имеют МАС адреса с перестраиваемой конфигурацией.

Для обнаружения ошибок, которые могут возникнуть в процессе передачи, на канальном уровне к фрейму (пакет, передаваемый по сети, оформляется в виде фрейма) добавляется концевик (так называемое поле с контрольной суммой в конце фрейма) с последовательностью FCS (Frame Check Sequence – контрольная последовательность фрейма). Метод контроля с применением FCS предполагает использование циклического избыточного кода (Cyclic Redundancy Check - CRC), с помощью которого формируется четырех байтовая контрольная сумма, помещаемая в конец фрейма. На приемном конце полученный фрейм подвергается той же процедуре обработки, и если вычисленный код FCS не совпадает с исходным, то фрейм отбрасывается как ошибочный. Физический формат пакета показан на рис.3.1.

Рисунок 3.1. Физический формат пакета

На канальном уровне используется достаточно много различных протоколов для преобразования пакетов, поступающих с сетевого уровня, во фреймы. К числу наиболее распространенных протоколов канального уровня относятся практически все протоколы 802 (802.2, 802.3, 802.5 и т.д.), LAPB (Link Access Procedure, Balanced – сбалансированная процедура доступа к каналу), LAPD (Link Access Procedure over the D chenel – процедура доступа к D каналу) и LLC (Logical Link Control – управление логической связью).

Физическийуровень (Physical) – самый нижний в модели OSI. К нему относятся функции преобразования передаваемых данных в электрические или световые сигналы, распространяющиеся по кабелю, а также обратное преобразование, спецификации частот, требования к расстояниям и задержкам при распространении сигналов. К этому уровню относятся такие аппаратные средства, как соединительные кабели, повторители и концентраторы (hub).