WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Эталонная сетевая модель OSI УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ По специальности ПРИКЛАДНАЯ МАТЕМАТИКА И ИНФОРМАТИКА 010501 (010200) ВОРОНЕЖ 2005 2 Утверждено научно-методическим советом факультета ПММ (12 мая 2005 г., протокол № 9) СоставительЧернышов М.К.

Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре математического обеспечения ЭВМ факультета ПММ Воронежского государственного университета Рекомендуется для студентов факультета ПММ, специализирующихся по кафедре МО ЭВМ.

3 Введение Процессы сетевого взаимодействия происходят на множестве уровней и могутбыть сложны для понимания даже для хорошо подготовленного администратора сети. Эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI, Open Systems Interconnection reference model) представляет собой некую парадигму, теоретическоепостроение, котороеразделяет взаимодействиев сети на семь отдельных уровней, как показано на рис. 1. Каждый компьютер в сети использует набор протоколов для выполнения функций, назначенных каждому уровню. Совокупность уровней называется стеком протоколов или сетевым стеком. На вершине стека расположено приложение, делающее запросы к ресурсам, расположенным где-то в сети. Внизу стека находится среда передачи данных, такая как кабель, объединяющая компьютеры в сеть на физическом уровне.

Прикладной уровень Представительский уровень Сеансовый уровень Транспортный уровень Сетевой уровень Канальный уровень Физический уровень Рис. 1. Сетевая модель OSI Модель OSI появиласьв результате разработки двух независимых проектов, осуществляемых Международной организацией по стандартизации (ISO, International Organization for Standardization) и Международным консультативным комитетом по телеграфии и телефонии (CCITT, Consultative Committee for International Telephone and Telegraphy), который также известен, как Отдел стандартизации международного союза телекоммуникаций (ITU-T, Telecommunications Standardization Sector of the International Telecommunications Union). Каждая из этих организаций разрабатывала свою собственную семиуровневую модель, но в 1983 году модели были объединены в один документ. Он был назван “Эталонная модельвзаимодействия открытых систем” и опубликован ISO, как ISO 7498, а ITU-T как X.200.

Первоначально стек OSI задумывался как модельдля создания набора протоколов, который должен строго соответствовать семи уровням, но этотнабор так никогда и не был воплощен в жизнь. С тех пор модельиспользуется как средство для обучения и описания сетевых процессов. Профессионалы в области сетевых технологий, представляя протоколы, устройства или программы, часто привязывают их к определенным уровням модели OSI. Такой подход позволяет рассматривать сложные процессы как наборы элементов, вы полняющих рольосновы для описания какой-либо сетевой технологии. Однако очень важно понимать, что ни один из используемых на сегодняшний день стеков сетевых протоколов не имеет точного соответствия уровням модели OSI. Во многих случаях протоколы имеют функциональность, которая перекрывает два или более уровней. Примером может служить Ethernet, который рассматривается как протокол Канального уровня, но также определяет элементы Физического уровня.

Основным объяснением отличия реально существующих стеков протоколов от модели OSI является то, что множество протоколов (включая Ethernet), используемых сегодня, были задуманы еще до публикации документов, описывающих модель OSI. Протоколы ТСР/IP, например, имеют свою собственную многоуровневую модель, которая во многом похожа на модель OSI, но использует только четыре уровня (рис. 2).

OSI TCP/IP Прикладной уровень Прикладной уровень Представительский уровень Сеансовый уровень Транспортный уровень Транспортный уровень Сетевой уровень Уровень межсетевого взаимодействия Канальный уровень Уровень межсетевых интерфейсов Физический уровень Рис. 2. Эталонные модели OSI и TCP/IP Вдобавок, разработчики обычно больше заботятся о практической функциональности, нежели чем о соответствии существующей модели. Семиуровневая модельбыла разработана таким образом, что стало возможным разделить функции стека протоколов так, чтобы независимые группы разработчиков могли работать над различными уровнями. То есть общий процесс разработки стал более рациональным. Тем не менее, если отдельный протокол может легко обеспечивать функции, относящиеся к нескольким уровням модели, то почему бы его не разделить на два отдельных протокола, хотя бы просто для согласованности 1. Межуровневые взаимодействия Передача данных по сети - это процесс отправки сообщений из одного места в другое. Стек протоколов описывает в терминах модели OSI элементы, необходимые для доставки сообщений по их назначению. Процесс передачи достаточно сложен, поскольку приложения, генерирующие сообщения, выдвигают различные требования. Некоторые сеансы обмена сообщениями со стоят из кратких запросов и ответов, которые должны быть приняты и отправлены так быстро, как только это возможно и с минимальным числом затрат Другиесетевые транзакции, такиекак передача программных файлов,.

включают в себя передачу большого количества данных, которые должны быть доставлены приемнику в исходном состоянии, без изменения значения даже хотя бы одного бита. Еще остаются такиетипы сетевой передачи, как потоковоевидео или аудио, которые состоят из просто огромного количества данных и могутпренебречь потерей небольшого числа пакетов, но при этом данные должны быть переправлены получателю в строго определенный промежуток времени.



Сетевые процессы также включают некоторое количество преобразований, которые, в конечном счете, переводят API-вызовы, генерируемые приложениями, в электрическиеразряды, импульсы света или другиевиды сигналов, передаваемые посредством сетевой среды. В заключение, сетевые протоколы должны иметь возможность убедиться в том, что данные достигли адресата в заданные временные сроки. Когда вы отправляете письмо, то помещаете его в конверт и пишете на конверте адрес. Также и сетевые протоколы, прежде чем обменяться информацией с другим компьютером в сети, упаковывают данные, сгенерированные приложением, и адресуют их компьютеруполучателю.

1.1. Инкапсуляция данных Чтобы удовлетворять всем требованиям, описанным выше и подобным им, протоколы различных уровней работают вместе, обеспечивая унифицированный уровень сервиса. Каждый уровень предоставляет услуги уровням, расположенным непосредственно ниже и выше его в стеке. Исходящий трафик проходитсверху вниз через весьстек до сетевой среды передачи, дополняясь служебной информацией, необходимой для осуществления передачи данных. Служебная информация представляет собой заголовки и иногда постинформацию, которые обрамляют данные, полученные с вышележащего уровня. Такой способ представления информации называется инкапсуляцией данных (data encapsulation). Заголовки и постфиксы составлены из отдельных полей, содержащих служебные сведения, используемые для доставки пакетов по их назначению. В известном смысле форма, состоящая из заго, ловков и хвостов, - это оболочка, которая является носителем сообщения, полученного отвышележащего уровня.

В процессетипичной передачи данных по сети работающий на Прикладном уровне протокол (включающий функции Представительского и Сеансового уровня), формирует сообщение которое передается вниз протоколу Транс, портного уровня. Протокол Транспортного уровня имеет свою собственную структуру пакетов, называемую протокольным блоком данных (PDU, protocol data init), которая включает специальные поля заголовка и поледанных, несущее на себе полезную нагрузку (пользовательскую информацию). В данном случаеполезной нагрузкой являются данные, полученные отпротокола Прикладного уровня. Помещая информацию в свой собственный PDU, Транспортный уровень инкапсулирует данные Прикладного уровня, и затем передает их на уровень ниже.

После этого протокол Сетевого уровня получает PDU от Транспортного уровня и инкапсулирует его внутри собственного PDU, добавляя заголовок и используя PDU Транспортного уровня в качестве полезных данных. Данный процесс повторяется снова, когда Сетевой уровень передает свой PDU протоколуКанального уровня, который добавляет к нему свой заголовок и хвост.

На Канальном уровне информация внутри кадра рассматривается только как полезные данные. Если провести аналогию с почтовым отделением, то в данном случаевсевыглядиттак, как будто бы почтовые служащиене представляют, что находится внутри посылки, которую они передают. Только система, адрес которой совпадает с адресом получателя пакета, может прочитать полезные данные. Эта система может либо передать данные протокола Сетевого уровня, содержащиеся в полезной нагрузке, вверх по стеку протоколов, либо использовать эти данные для определения следующего получателя пакета. В любом случае, протоколы, работающиена других уровнях, распознают информацию, содержащуюся в своих собственных заголовках, но не в состоянии определить, что содержится в полепередаваемых полезных данных.

Только после инкапсуляции протоколом Канального уровня пакет готов к преобразованию в сигнал, соответствующий сетевой среде передачи данных.

Таким образом, пакет, передаваемый по сети, состоит из первоначальных данных Прикладного уровня и нескольких заголовков, добавляемых протоколами уровней, которые он проходит.

1.2. Горизонтальная передача информации В случаепередачи по сети информации между двумя компьютерами протоколы, используемые на каждом уровне модели OSI передающей системы, должны быть такими же и у принимающей системы. Когда пакет достигает места своего назначения, процесс, в ходе выполнения которого к полезной информации были добавлены заголовки, повторяется, но уже в обратном порядке. Пакет передается вверх по стеку протоколов, и каждый заголовок обрабатывается соответствующим протоколом. В сущности, протоколы, выполняющиеся на различных уровнях, взаимодействуют с протоколами, расположенными на точно таком же уровне другого компьютера, как показано на рис. 3.

Горизонтальные связи между различными уровнями являются логическими;

между уровнями нет прямого взаимодействия, но информация, добавленная передающей системой в заголовок каждого протокола - это сообщение, которое будет доставлено именно соответствующему протоколу принимающей системы.

Прикладной уровень Прикладной уровень Представительский уровень Представительский уровень Сеансовый уровень Сеансовый уровень Транспортный уровень Транспортный уровень Сетевой уровень Сетевой уровень Канальный уровень Канальный уровень Физический уровень Физический уровень Рис. 3. Протоколы на различных уровнях системы логически связаны со своими эквивалентами в других системах 1.3. Вертикальная передача информации Заголовки, присоединенные различными протоколами, выполняют специфические функции, возложенные на эти протоколы. В дополнение к горизонтальному взаимодействию протоколов одинаковых уровней, информация, содержащаяся в заголовке, дает возможность каждому уровню взаимодействовать с уровнями, расположенными выше и ниже его в стеке (рис. 4).





Прикладной уровень Представительский уровень Сеансовый уровень Транспортный уровень Сетевой уровень Канальный уровень Физический уровень Рис. 4. Каждый уровень модели OSI непосредственно взаимодействует только с соседними уровнями Например, когда система получает пакет и пропускает его через свой стек протоколов, то заголовок протокола Канального уровня включает поле, идентифицирующее протокол Сетевого уровня, который необходимо использовать для обработки пакета. Заголовок протокола Сетевого уровня, в свою очередь, определяет один из протоколов Транспортного уровня, а протокол Транспортного уровня идентифицирует приложение, для которого, в конечном счете, и предназначаются данные. Такого рода вертикальное взаимовлияние делает возможным оперирование на одном компьютере одновременно несколькими протоколами одного уровня до тех пор, пока заголовки содержаткорректную информацию, пакет может быть передан через стек в назначенноеместо.

1.4. Терминология инкапсуляции Одним из наиболее запутанных аспектов инкапсуляции является терминология, используемая для описания протокольных блоков данных (PDUs), генерируемых каждым уровнем. Термин пакет (packet), в частности, определяет блок данных, передаваемый через сетевую среду, хотя он также применяется и для описания данных на любой стадии процесса. Большинство протоколов Канального уровня работают с кадрами (frames), которые включают заголовок и постинформацию, окружающиеданные, полученные отпротокола Сетевого уровня. Термин кадр описывает PDU произвольного размера, зависящего от количества вложенных данных. Протокол Канального уровня, использующий PDU одинакового размера, такой как Режим Асинхронной Передачи (ATM, Asynchronous Transfer Mode), оперирует блоками данных, называемыми ячейками или сотами (cells).

Когда информация Транспортного уровня инкапсулируется протоколом Сетевого уровня, то получающиеся блоки данных называются дейтаграммами (datagram). В течениепроцесса передачи дейтаграмма должна быть разбита на фрагменты (fragments), каждый из которых иногда неправильно называют дейтаграммой. Терминология Транспортного уровня в большей степени, нежели чем на нижних уровнях, зависит от используемого протокола.

ТСР/IP, например, имеет два протокола Транспортного уровня. Первый, называемый Протоколом пользовательских дейтаграмм (UDP, User Datagram Protocol), также при описании созданных им PDU использует термин дейтаграмма, хотя последний не является эквивалентом дейтаграммы Сетевого уровня. Как следствие, когда данные протокола UDP Транспортного уровня инкапсулируются протоколом IP на Сетевом уровне, то результатом является дейтаграмма, вложенная внутрь другой дейтаграммы.

Разница между UDP и TCP (Transmission Control Protocol, протокол управления передачей), который также функционирует на Транспортном уровне, заключается в том, что дейтаграммы UDP содержатв себе неделимые данные, генерируемые протоколом Транспортного уровня. Поэтому UDP используется для передачи небольшого количества данных. Протокол TCP, с другой стороны, используется для передачи большого количества информации, которая обычно не помещается в один пакет. Соответственно, каждый из PDU, созданный протоколом TCP, называется сегментом (segment), а совокупность сегментов, включающая данные протокола Прикладного уровня, определяется как последовательность (sequence). PDU, создаваемые протоколом Прикладного уровня, обычно называются сообщениями (messages).

Представительский и Сеансовый уровни обычно не связаны с какими-либо отдельными протоколами. Функции этих уровней внедрены в другиеэлементы стека протоколов, а их протоколы не поддерживают своих заголовков и PDU.

Всеэти термины часто путаются, и не удивительно, что в авторитетных документах можно встретить их некорректноеупотребление Следующиераз.

делы описывают уровни модели OSI, протоколы, наиболее часто встречающиеся на них, и функции, связанные с каждым из уровней.

2. Физический уровень Физический уровень модели OSI определяет среду передачи, предназначенную для обмена информацией между компьютерами. Наиболее широко применяемая среда передачи данных по сети - медный электрический кабель, хотя сейчас всеболее популярными становятся оптоволоконные линии. Также существуют беспроводные реализации Физического уровня, которые используют радиоволны, инфракрасноеизлучение, лазеры, микроволновые и другие технологии. Физический уровень включает в себя: саму технологию передачи данных, оборудование необходимое для поддержки данной технологии,, спецификации, которым должно удовлетворять оборудование и природу, сигналов, используемых для кодирования передаваемой информации.

Для примера возьмем 10BaseT Ethernet - один из наиболее популярных на сегодня стандартов Физического уровня для локальных вычислительных сетей.

В “классическом” Ethernet в основном нас интересует протокол Канального уровня, но как и большинство протоколов, функционирующих на Канальном уровне, он в большой степени привязан к специфике реализации Физического уровня, и стандарты, описывающие этот протокол, определяют также и элементы Физического уровня. В основе 10BaseT лежиттип кабеля, используемого для создания сети Ethernet. Стандарт Ethernet определяет 10BaseT как сеть на основе кабеля из неэкранированной витой пары, содержащего четыре пары проводов, заключенных в одну оплетку.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.