Лекция 2. Уровни модели OSI и архитектуры Интернет

Цель лекции: ознакомление с уровнями модели OSI и архитектурой Интернет.

Функционирование сети Интернет основано на сложном комплексе протоколов, обеспечивающих выполнение различных функций – от непосредственно передачи данных до управления конфигурацией оборудования сети. Для классификации различных протоколов, понять их место в общей структуре технологии межсетевого взаимодействия, удобно воспользоваться так называемым «многоуровневым представлением сетевых протоколов». В рамках такого представления подразумевается, что протоколы более высокого уровня используют функции протоколов более низкого уровня. На рисунке 2.1 показаны взаимоотношения архитектуры Интернет, определенной ARPANET (The Advanced Research Projects Agency Network) с моделью OSI с соответствующими протоколами.

Рисунок 2.1 – Уровни модели OSI и архитектура Интернет

Классической моделью является семиуровневая модель взаимодействия открытых систем OSI (Open Systems Interconnection), разработанная ITU-T [2].

Архитектура Интернет была разработана агентством ARPA для соединения компьютеров, установленных в организациях.

Первый уровень модели – уровень сетевого интерфейса – поддерживает физический процесс переноса информации между устройствами в сети, т. е. объединяет функции двух уровней OSI – физического и звена данных.

Второй уровень межсетевого интерфейса обеспечивает физическое соединение со средой передачи, обеспечивает разрешение конфликтов, возникающих в процессе организации доступа к среде (например, используя технологию CSMA/CD в сети Ethernet), упаковывает данные в пакеты. Пакет – это протокольная единица, которая содержит информацию верхних уровней и служебные поля (аппаратные адреса, порядковые номера, подтверждения и т. д.), необходимые для функционирования протоколов этого уровня.

Сетевой уровень отвечает за передачу информации, упакованной в дейтаграммы (datagram), от одного компьютера к другому. Дейтаграмма - это протокольная единица, которой оперируют протоколы семейства TCP/IP. Она содержит адресную информацию, необходимую для переноса дейтаграммы через сеть, а не только в рамках одного звена данных. Понятие дейтаграммы никак не связано с физическими характеристиками сетей и каналов связи, что подчеркивает независимость протоколов TCP/IP от аппаратуры. Основным протоколом, реализующим функции сетевого уровня, является протокол IP. Этот протокол отвечает за маршрутизацию, фрагментацию и сборку дейтаграмм в рабочей станции. Обмен между сетевыми узлами информацией о состоянии сети, необходимой для формирования оптимальных маршрутов следования дейтаграмм, обеспечивают протоколы маршрутизации – RIP, EGP, BGP, OSPF и др. Когда дейтаграмма проходит по сети, она может быть потеряна или искажена.

Транспортный уровень решает эту проблему и обеспечивает надежную передачу информации от источника к приемнику. Кроме того, реализации протоколов этого уровня образуют универсальный интерфейс для приложений, дающий доступ к услугам сетевого уровня. Наиболее важными протоколами транспортного уровня являются TCP и UDP.

Конечные пользователи взаимодействуют с компьютером на уровне пользовательских приложений. Разработано множество протоколов, применяемых соответствующими приложениями. Например, приложения передачи файлов используют протокол FTP, веб-приложения - протокол HTTP. Приложения, созданные для организации речевой связи и видеосвязи, используют протокол RTP для передачи информации, чувствительной к задержкам.