osi datalinkkikerros. OSI-referenssimalli

Käsite "avoin järjestelmä"

Laajassa merkityksessä avoin systeemi voidaan kutsua mille tahansa järjestelmälle (tietokone, verkko, käyttöjärjestelmä, ohjelmistopaketti, muut laitteistot ja ohjelmistotuotteet), joka on rakennettu avoimien eritelmien mukaisesti.

Muistakaamme, että termillä "spesifikaatio" (laskennassa) ymmärretään formalisoitu kuvaus laitteisto- tai ohjelmistokomponenteista, niiden toimintatavoista, vuorovaikutuksesta muiden komponenttien kanssa, toimintaolosuhteista, rajoituksista ja erityisominaisuuksista. On selvää, että kaikki spesifikaatiot eivät ole standardeja. Avoimet spesifikaatiot puolestaan viittaavat julkaistuihin, julkisesti saatavilla oleviin spesifikaatioihin, jotka ovat standardien mukaisia ja jotka hyväksytään yksimielisesti kaikkien asianomaisten osapuolten keskustelun jälkeen.

Avointen spesifikaatioiden käyttö järjestelmien kehittämisessä antaa kolmansille osapuolille mahdollisuuden kehittää näihin järjestelmiin erilaisia laitteisto- tai ohjelmistolaajennuksia ja modifikaatioita sekä luoda ohjelmistoja ja laitteistojärjestelmiä eri valmistajien tuotteista.

Todellisille järjestelmille täydellinen avoimuus on saavuttamaton ihanne. Yleensä jopa avoimina kutsutuissa järjestelmissä vain jotkin ulkoisia rajapintoja tukevat osat täyttävät tämän määritelmän. Esimerkiksi Unix-käyttöjärjestelmäperheen avoimuus koostuu muun muassa standardisoidusta ohjelmistorajapinnasta ytimen ja sovellusten välillä, mikä helpottaa sovellusten siirtämistä Unix-versiosta toiseen. Toinen esimerkki osittaisesta avoimuudesta on Open Driver Interface (ODI) -käyttöliittymän käyttö melko suljetussa Novell NetWare -käyttöjärjestelmässä kolmannen osapuolen verkkosovittimen ohjaimien sisällyttämiseksi järjestelmään. Mitä avoimempia spesifikaatioita järjestelmän kehittämiseen käytetään, sitä avoimempi se on.

OSI-malli koskee vain yhtä avoimuuden aspektia, nimittäin tietokoneverkkoon kytkettyjen laitteiden välisten vuorovaikutuskeinojen avoimuutta. Tässä avoimella järjestelmällä tarkoitetaan verkkolaitetta, joka on valmis olemaan vuorovaikutuksessa muiden verkkolaitteiden kanssa käyttämällä vakiosääntöjä, jotka määrittelevät sen vastaanottamien ja lähettämien viestien muodon, sisällön ja merkityksen.

Jos kaksi verkkoa rakennetaan avoimuuden periaatteiden mukaisesti, tämä tarjoaa seuraavat edut:

kyky rakentaa verkko eri valmistajien laitteistoista ja ohjelmistoista, jotka noudattavat samaa standardia;

kyky korvata kivuttomasti yksittäisiä verkkokomponentteja muilla, edistyneemmillä, mikä mahdollistaa verkon kehittymisen pienin kustannuksin;

kyky yhdistää verkko helposti toiseen;

verkon kehittämisen ja ylläpidon helppous.

Silmiinpistävä esimerkki avoimesta järjestelmästä on kansainvälinen Internet-verkko. Tämä verkko on kehittynyt täysin avoimien järjestelmien vaatimusten mukaisesti. Sen standardien kehittämiseen osallistui tuhansia tämän verkon erikoiskäyttäjiä eri yliopistoista, tieteellisistä organisaatioista sekä eri maissa toimivista tietokonelaitteistoja ja ohjelmistoja valmistavista yrityksistä. Jo Internetin toiminnan määräävien standardien nimi - Request For Comments (RFC), joka voidaan kääntää "kommenttipyynnöksi" - osoittaa hyväksyttyjen standardien läpinäkyvyyden ja avoimen luonteen. Tämän seurauksena Internet on onnistunut yhdistämään laajan valikoiman laitteistoja ja ohjelmistoja valtavasta määrästä verkoista, jotka ovat hajallaan ympäri maailmaa.

OSI malli

Kansainvälinen standardointijärjestö (ISO) on kehittänyt mallin, joka määrittelee selkeästi järjestelmien välisen vuorovaikutuksen eri tasot, antaa niille vakionimet ja määrittelee, mitä työtä kunkin tason tulee tehdä. Tätä mallia kutsutaan Open System Interconnection (OSI) -malliksi tai ISO/OSI-malliksi.

OSI-mallissa viestintä on jaettu seitsemään kerrokseen tai kerrokseen (kuva 1.1). Jokainen taso käsittelee yhtä tiettyä vuorovaikutuksen näkökohtaa. Vuorovaikutusongelma on siis jaettu 7 erityisongelmaan, joista jokainen voidaan ratkaista muista riippumatta. Jokainen kerros ylläpitää rajapintoja ylä- ja alapuolella olevien kerrosten kanssa.

Riisi. 1.1. ISO/OSI Open Systems Interconnection Model

OSI-malli kuvaa vain järjestelmäviestintää, ei loppukäyttäjäsovelluksia. Sovellukset toteuttavat omat viestintäprotokollansa käyttämällä järjestelmätiloja. On syytä muistaa, että sovellus voi ottaa haltuunsa joidenkin OSI-mallin ylempien kerrosten toiminnot, jolloin tarvittaessa verkkotyöskentely pääsee suoraan järjestelmätyökaluihin, jotka suorittavat järjestelmän muiden alempien kerrosten toimintoja. OSI malli.

Loppukäyttäjäsovellus voi käyttää järjestelmän vuorovaikutustyökaluja paitsi vuoropuhelun järjestämiseen toisessa koneessa olevan sovelluksen kanssa, myös yksinkertaisesti vastaanottaakseen tietyn verkkopalvelun palveluita, esimerkiksi päästäkseen etätiedostoihin, vastaanottaakseen sähköpostia tai tulostaakseen jaettu tulostin.

Oletetaan siis, että sovellus tekee pyynnön sovelluskerrokselle, kuten tiedostopalvelulle. Tämän pyynnön perusteella sovellustason ohjelmisto muodostaa vakiomuotoisen viestin, joka sisältää palveluinformaation (otsikon) ja mahdollisesti lähetetyn datan. Tämä viesti välitetään sitten edustajatasolle. Esityskerros lisää otsikkonsa viestiin ja välittää tuloksen istuntokerrokseen, joka puolestaan lisää otsikon ja niin edelleen. Jotkut protokollatoteutukset edellyttävät, että viesti sisältää otsikon lisäksi myös trailerin. Lopuksi viesti saavuttaa alimman, fyysisen kerroksen, joka itse asiassa välittää sen viestintälinjoja pitkin.

Kun viesti saapuu toiselle koneelle verkon kautta, se siirtyy peräkkäin tasolta toiselle. Jokainen taso analysoi, käsittelee ja poistaa tasonsa otsikon, suorittaa tätä tasoa vastaavat toiminnot ja välittää viestin ylemmälle tasolle.

Sanan "viesti" lisäksi verkkoasiantuntijat käyttävät muitakin nimiä ilmaisemaan tiedonvaihtoyksikköä. ISO-standardit kaikentasoisille protokollille käyttävät termiä "protokollatietoyksikkö" - Protocol Data Unit (PDU). Lisäksi käytetään usein nimiä kehys, paketti ja datagrammi.

ISO/OSI-mallikerroksen toiminnot

Fyysinen kerros . Tämä kerros käsittelee bittien siirtoa fyysisten kanavien, kuten koaksiaalikaapelin, kierretyn parikaapelin tai valokuitukaapelin, kautta. Tämä taso liittyy fyysisten tiedonsiirtovälineiden ominaisuuksiin, kuten kaistanleveyteen, kohinansietokykyyn, ominaisimpedanssiin ja muihin. Samalla tasolla määritetään sähköisten signaalien ominaisuudet, kuten pulssin reunojen vaatimukset, lähetettävän signaalin jännite- tai virtatasot, koodaustyyppi, signaalin siirtonopeus. Lisäksi tässä on standardoitu liittimien tyypit ja kunkin koskettimen käyttötarkoitus.

Fyysisen kerroksen toiminnot on toteutettu kaikissa verkkoon kytketyissä laitteissa. Tietokoneen puolella fyysisen kerroksen toiminnot suorittaa verkkosovitin tai sarjaportti.

Esimerkki fyysisen kerroksen protokollasta on 10Base-T Ethernet-teknologiaspesifikaatio, joka määrittelee käytettävän kaapelin kategorian 3 suojaamattomaksi kierretyksi pariksi, jonka ominaisimpedanssi on 100 ohmia, RJ-45-liitin, fyysisen segmentin enimmäispituus 100 metriä, Manchester-koodi kaapelin tietojen ja muiden ympäristö- ja sähkösignaalien ominaisuuksien esittämiseen.

Tietolinkkitaso. Fyysinen kerros yksinkertaisesti siirtää bittejä. Tässä ei oteta huomioon sitä, että joissakin verkoissa, joissa tietoliikennelinjoja käyttävät (jakavat) vuorotellen useat vuorovaikutuksessa olevat tietokoneparit, fyysinen siirtoväline voi olla varattu. Siksi yksi linkkikerroksen tehtävistä on tarkistaa lähetysvälineen saatavuus. Linkkikerroksen toinen tehtävä on toteuttaa virheiden havaitsemis- ja korjausmekanismeja. Tätä varten datalinkkikerroksessa bitit ryhmitellään ryhmiksi, joita kutsutaan kehyksiksi. Linkkikerros varmistaa, että jokainen kehys lähetetään oikein asettamalla erityisen bittijonon jokaisen kehyksen alkuun ja loppuun sen merkitsemiseksi, ja laskee myös tarkistussumman summaamalla kaikki kehyksen tavut tietyllä tavalla ja lisäämällä tarkistussumman. kehykseen. Kun kehys saapuu, vastaanotin laskee uudelleen vastaanotetun tiedon tarkistussumman ja vertaa tulosta kehyksestä saatuun tarkistussummaan. Jos ne täsmäävät, kehys katsotaan oikeaksi ja hyväksytyksi. Jos tarkistussummat eivät täsmää, kirjataan virhe.

Paikallisissa verkoissa käytetyt linkkikerroksen protokollat sisältävät tietyn rakenteen tietokoneiden välisistä yhteyksistä ja menetelmistä niiden osoittamiseksi. Vaikka datalinkkikerros tarjoaa kehystoimituksen minkä tahansa kahden solmun välillä paikallisessa verkossa, se tekee tämän vain verkossa, jolla on hyvin erityinen yhteystopologia, juuri se topologia, jota varten se on suunniteltu. Tyypillisiä LAN-linkkikerroksen protokollien tukemia topologioita ovat jaettu väylä, rengas ja tähti. Esimerkkejä linkkikerroksen protokollista ovat Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

Lähiverkoissa tietokoneet, sillat, kytkimet ja reitittimet käyttävät linkkikerroksen protokollia. Tietokoneissa linkkikerroksen toiminnot toteutetaan verkkosovittimien ja niiden ohjainten yhteisillä ponnisteluilla.

Globaaleissa verkoissa, joissa on harvoin säännöllinen topologia, datalinkkikerros varmistaa viestien vaihdon kahden vierekkäisen tietokoneen välillä, jotka on yhdistetty yksittäisellä tietoliikennelinjalla. Esimerkkejä point-to-point-protokollasta (kuten tällaisia protokollia usein kutsutaan) ovat laajalti käytetyt PPP- ja LAP-B-protokollat.

Verkkokerros. Tämä taso muodostaa yhtenäisen kuljetusjärjestelmän, joka yhdistää useita verkkoja, joilla on erilaiset periaatteet tiedon siirtämiseksi päätesolmujen välillä. Katsotaanpa verkkokerroksen toimintoja esimerkkinä paikallisten verkkojen avulla. Paikallisen verkon linkkikerroksen protokolla varmistaa tietojen toimittamisen minkä tahansa solmun välillä vain verkossa, jossa on asianmukaiset tiedot tyypillinen topologia. Tämä on erittäin tiukka rajoitus, joka ei salli verkkojen rakentamista kehittyneellä rakenteella, esimerkiksi verkkoja, jotka yhdistävät useita yritysverkkoja yhdeksi verkkoksi, tai erittäin luotettavia verkkoja, joissa solmujen välillä on redundantteja yhteyksiä. Yhtäältä standarditopologioiden tiedonsiirtomenettelyjen yksinkertaisuuden säilyttämiseksi ja toisaalta mielivaltaisten topologioiden käytön mahdollistamiseksi käytetään ylimääräistä verkkokerrosta. Tällä tasolla otetaan käyttöön "verkoston" käsite. Tässä tapauksessa verkko ymmärretään kokoelmana tietokoneita, jotka on kytketty toisiinsa jonkin standardin tyypillisen topologian mukaisesti ja jotka käyttävät jotakin tälle topologialle määritellyistä linkkikerroksen protokollista tiedon lähettämiseen.

Siten verkon sisällä tiedonsiirtoa säätelee datalinkkikerros, mutta verkkojen välistä tiedonvälitystä hoitaa verkkokerros.

Verkkokerroksen viestejä kutsutaan yleensä paketteja. Pakettitoimituksen järjestämisessä verkkotasolla käytetään konseptia "verkkonumero". Tässä tapauksessa vastaanottajan osoite koostuu verkon numerosta ja tietokoneen numerosta tässä verkossa.

Verkot yhdistetään toisiinsa erityisillä laitteilla, joita kutsutaan reitittimiksi. Reititin on laite, joka kerää tietoa verkkoyhteyksien topologiasta ja välittää sen perusteella verkkokerroksen paketteja kohdeverkkoon. Jotta voit lähettää viestin yhdessä verkossa sijaitsevalta lähettäjältä toisessa verkossa sijaitsevalle vastaanottajalle, sinun on suoritettava useita siirtosiirtoja (hyppyjä) verkkojen välillä valitsemalla joka kerta sopiva reitti. Siten reitti on reitittimien sarja, jonka läpi paketti kulkee.

Parhaan polun valinnan ongelmaa kutsutaan reititys ja sen ratkaisu on verkkotason päätehtävä. Ongelmaa vaikeuttaa se, että lyhin polku ei ole aina paras. Usein reitin valinnan kriteerinä on tiedonsiirtoaika tällä reitillä, joka riippuu viestintäkanavien kapasiteetista ja liikenteen intensiteetistä, joka voi muuttua ajan myötä. Jotkut reititysalgoritmit yrittävät mukautua kuormituksen muutoksiin, kun taas toiset tekevät päätökset pitkän aikavälin keskiarvojen perusteella. Reitti voidaan valita muiden kriteerien, esimerkiksi lähetysvarmuuden, perusteella.

Verkkotasolla määritellään kahden tyyppisiä protokollia. Ensimmäinen tyyppi viittaa sääntöjen määrittelyyn päätesolmun datapakettien lähettämiseksi solmusta reitittimeen ja reitittimien välillä. Nämä ovat protokollia, joita yleensä tarkoitetaan, kun ihmiset puhuvat verkkokerroksen protokollista. Verkkokerros sisältää myös toisen tyyppisen protokollan nimeltä reititystietojen vaihtoprotokollat. Näitä protokollia käyttämällä reitittimet keräävät tietoa verkkoyhteyksien topologiasta. Verkkokerroksen protokollat toteutetaan käyttöjärjestelmän ohjelmistomoduuleilla sekä reitittimen ohjelmistoilla ja laitteistoilla.

Esimerkkejä verkkokerroksen protokollista ovat TCP/IP-pino IP Internetwork Protocol ja Novell IPX -pino Internetwork Protocol.

Kuljetuskerros. Matkalla lähettäjältä vastaanottajalle paketit voivat vioittua tai kadota. Vaikka joillakin sovelluksilla on oma virheenkäsittelynsä, toiset haluavat käsitellä luotettavaa yhteyttä heti. Kuljetuskerroksen tehtävänä on varmistaa, että sovellukset tai pinon ylemmät kerrokset - sovellus ja istunto - siirtävät tietoja vaatimallaan luotettavuudella. OSI-malli määrittelee viisi kuljetuskerroksen tarjoamaa palveluluokkaa. Tämäntyyppiset palvelut erottuvat tarjottujen palvelujen laadusta: kiireellisyydestä, kyvystä palauttaa katkennut viestintä, keinojen saatavuus useiden eri sovellusprotokollien välisten yhteyksien multipleksoimiseksi yhteisen siirtoprotokollan kautta, ja mikä tärkeintä, kyky havaita ja Korjaa siirtovirheet, kuten pakettien vääristymät, katoamiset ja päällekkäisyydet.

Kuljetuskerroksen palveluluokan valinnan määrää toisaalta se, missä määrin luotettavuuden varmistamisen ongelma ratkeaa kuljetusta korkeamman tason sovelluksilla ja protokollilla, ja toisaalta tämä valinta riippuu mm. kuinka luotettava koko tiedonsiirtojärjestelmä on verkossa. Joten esimerkiksi jos viestintäkanavien laatu on erittäin korkea ja alemman tason protokollien havaitsemattomien virheiden todennäköisyys on pieni, on järkevää käyttää jotain kevyttä kuljetuskerroksen palvelua, jota ei rasita lukuisia tarkastuksia. , kättely ja muut tekniikat luotettavuuden lisäämiseksi. Mikäli ajoneuvot ovat aluksi erittäin epäluotettavia, kannattaa kääntyä kehittyneimmän kuljetustason palvelun puoleen, joka toimii maksimikeinoin virheiden havaitsemiseen ja eliminointiin - käyttämällä loogisen yhteyden alustavaa muodostamista, viestien toimituksen seurantaa tarkistussummien avulla ja pakettien syklinen numerointi, toimitusaikakatkaisujen määrittäminen jne.

Pääsääntöisesti kaikki protokollat, alkaen kuljetuskerroksesta ja sitä korkeammalla, toteutetaan verkon päätesolmujen ohjelmistoilla - niiden verkkokäyttöjärjestelmien komponenteilla. Esimerkkejä siirtoprotokollista ovat TCP/IP-pinon TCP- ja UDP-protokollat ja Novell-pinon SPX-protokollat.

Istuntotaso. Istuntokerros tarjoaa keskustelunhallinnan, jolla kirjataan, mikä osapuoli on tällä hetkellä aktiivinen, ja tarjoaa myös synkronointimahdollisuudet. Jälkimmäisten avulla voit lisätä tarkistuspisteitä pitkiin siirtoihin, jotta epäonnistuessa voit palata viimeiseen tarkistuspisteeseen sen sijaan, että aloitat alusta. Käytännössä harvat sovellukset käyttävät istuntokerrosta, ja se on harvoin toteutettu.

Esityksen taso. Tämä kerros varmistaa, että sovelluskerroksen välittämät tiedot ymmärtävät toisen järjestelmän sovelluskerros. Tarvittaessa esityskerros muuntaa dataformaatit johonkin yleiseen esitysmuotoon ja suorittaa vastaanotossa vastaavasti käänteisen muunnoksen. Tällä tavalla sovelluskerrokset voivat voittaa esimerkiksi syntaktiset erot tiedon esittämisessä. Tällä tasolla voidaan suorittaa tietojen salaus ja salauksen purku, jonka ansiosta tiedonsiirron salaisuus varmistetaan kaikille sovelluspalveluille kerralla. Esimerkki esityskerroksessa toimivasta protokollasta on Secure Socket Layer (SSL) -protokolla, joka tarjoaa suojatun viestinnän TCP/IP-pinon sovelluskerroksen protokollille.

Sovelluskerros. Sovelluskerros on oikeastaan vain joukko erilaisia protokollia, joiden avulla verkon käyttäjät voivat käyttää jaettuja resursseja, kuten tiedostoja, tulostimia tai hyperteksti-Web-sivuja, ja tehdä yhteistyötä esimerkiksi sähköpostiprotokollan kautta. Tietoyksikköä, jolla sovelluskerros toimii, kutsutaan yleensä viesti.

Sovelluskerroksen protokollia on erittäin laaja valikoima. Otetaan esimerkkeinä ainakin muutama yleisimmistä tiedostopalveluiden toteutuksista: NCP Novell NetWare -käyttöjärjestelmässä, SMB Microsoft Windows NT:ssä, NFS, FTP ja TFTP, jotka ovat osa TCP/IP-pinoa.

Vaikka OSI-malli on erittäin tärkeä, se on vain yksi monista viestintämalleista. Nämä mallit ja niihin liittyvät protokollapinot voivat vaihdella kerrosten lukumäärän, toimintojensa, viestimuotojen, ylemmillä kerroksilla tarjottujen palvelujen ja muiden parametrien suhteen.

OSI-viitemalli on Kansainvälisen standardointijärjestön (ISO) luoma 7-tasoinen verkkohierarkia. Kuvassa 1 esitetyssä mallissa on 2 eri mallia:

horisontaalinen protokollapohjainen malli, joka toteuttaa prosessien ja ohjelmistojen vuorovaikutusta eri koneilla
vertikaalinen malli, joka perustuu palveluihin, joita vierekkäiset kerrokset tarjoavat toisilleen samassa koneessa

Pystytasolla naapuritasot vaihtavat tietoja API-rajapintojen avulla. Vaakasuuntainen malli vaatii yhteisen protokollan tietojen vaihtamiseksi yhdellä tasolla.

Kuva 1

OSI-malli kuvaa vain käyttöjärjestelmän, ohjelmiston jne. toteuttamia järjestelmän vuorovaikutusmenetelmiä. Malli ei sisällä loppukäyttäjän vuorovaikutusmenetelmiä. Ihannetapauksessa sovellusten tulisi käyttää OSI-mallin ylempää kerrosta, mutta käytännössä monilla protokollilla ja ohjelmilla on menetelmiä päästä alemmille kerroksille.

Fyysinen kerros

Fyysisessä kerroksessa data esitetään sähköisinä tai optisina signaaleina, jotka vastaavat binäärivirran ykkösiä ja nollia. Lähetysvälineen parametrit määritetään fyysisellä tasolla:

liittimien ja kaapelien tyyppi
nastajako liittimissä
koodausmalli signaaleille 0 ja 1

Tämän tason yleisimmät määritystyypit ovat:

— epäsymmetriset sarjaliitännän parametrit
- tasapainotetut sarjaliitännän parametrit
IEEE 802.3 -
IEEE 802.5 -

Fyysisellä tasolla on mahdotonta ymmärtää datan merkitystä, koska se esitetään bittien muodossa.

Tietolinkkikerros

Tämä kanava toteuttaa datakehysten kuljetuksen ja vastaanoton. Kerros toteuttaa verkkokerroksen pyynnöt ja käyttää fyysistä kerrosta vastaanottoon ja lähetykseen. IEEE 802.x -määritykset jakavat tämän kerroksen kahteen alikerrokseen: loogiseen linkin hallintaan (LLC) ja median pääsynhallintaan (MAC). Yleisimmät protokollat tällä tasolla ovat:

IEEE 802.2 LLC ja MAC
Ethernet
Token Ring

Myös tällä tasolla on toteutettu virheiden havaitseminen ja korjaaminen lähetyksen aikana. Datalinkkikerroksessa paketti sijoitetaan kehyksen tietokenttään - kapselointi. Virheiden havaitseminen on mahdollista eri menetelmillä. Esimerkiksi kiinteiden kehysrajojen toteuttaminen tai tarkistussumma.

Verkkokerros

Tällä tasolla verkon käyttäjät on jaettu ryhmiin. Tämä toteuttaa MAC-osoitteisiin perustuvan pakettien reitityksen. Verkkokerros toteuttaa läpinäkyvän pakettien siirron kuljetuskerrokseen. Tällä tasolla eri tekniikoiden verkkojen rajat pyyhitään pois. työskentele tällä tasolla. Esimerkki verkkokerroksen toiminnasta on esitetty kuvassa 2. Yleisimmät protokollat:

Kuva - 2

Kuljetuskerros

Tällä tasolla tietovirrat jaetaan paketteihin verkkokerroksessa lähetettäväksi. Yleisimmät protokollat tällä tasolla ovat:

TCP - Transmission Control Protocol

Istuntokerros

Tällä tasolla järjestetään tiedonvaihtoistuntoja päätelaitteiden välillä. Tällä tasolla aktiivinen osapuoli määritetään ja istunnon synkronointi toteutetaan. Käytännössä monet muut kerrosprotokollat sisältävät istuntokerrostoiminnon.

Esityskerros

Tällä tasolla tiedonvaihto tapahtuu eri käyttöjärjestelmissä olevien ohjelmistojen välillä. Tällä tasolla toteutetaan informaation muunnos (pakkaus jne.) informaatiovirran siirtämiseksi kuljetuskerrokseen. Käytetyt kerrosprotokollat ovat sellaisia, jotka käyttävät OSI-mallin ylempiä kerroksia.

Sovelluskerros

Sovelluskerros toteuttaa sovellusten pääsyn verkkoon. Kerros hallitsee tiedostojen siirtoa ja verkonhallintaa. Käytetyt protokollat:

FTP/TFTP - tiedostonsiirtoprotokolla
X 400 - sähköposti
Telnet
CMIP - Tiedonhallinta
SNMP - verkonhallinta
NFS - Verkkotiedostojärjestelmä
FTAM - pääsytapa tiedostojen siirtoon

Eri valmistajien verkkolaitteiden toiminnan harmonisoimiseksi ja eri signaalin etenemisympäristöjä käyttävien verkkojen vuorovaikutuksen varmistamiseksi on luotu avointen järjestelmien vuorovaikutuksen (OSI) referenssimalli. Viitemalli on rakennettu hierarkkiselle periaatteelle. Jokainen taso tarjoaa palveluita korkeammalle tasolle ja käyttää alemman tason palveluita.

Tietojen käsittely alkaa sovellustasolta. Tämän jälkeen data kulkee kaikkien vertailumallin kerrosten läpi ja lähetetään fyysisen kerroksen kautta viestintäkanavalle. Vastaanotossa tapahtuu tietojen käänteinen käsittely.

OSI-viitemallissa on kaksi käsitettä: protokollaa Ja käyttöliittymä.

Protokolla on joukko sääntöjä, joiden perusteella eri avoimien järjestelmien kerrokset ovat vuorovaikutuksessa.

Rajapinta on joukko keinoja ja menetelmiä vuorovaikutukseen avoimen järjestelmän elementtien välillä.

Protokolla määrittelee säännöt saman tason moduulien väliselle vuorovaikutukselle eri solmuissa ja rajapinnalle - saman solmun vierekkäisten tasojen moduulien välillä.

OSI-referenssimallissa on yhteensä seitsemän kerrosta. On syytä huomata, että oikeat pinot käyttävät vähemmän kerroksia. Esimerkiksi suosittu TCP/IP käyttää vain neljää kerrosta. Miksi niin? Selitämme hieman myöhemmin. Katsotaan nyt jokaista seitsemää tasoa erikseen.

OSI-mallin kerrokset:

Fyysinen taso. Määrittää tiedonsiirtovälineen tyypin, liitäntöjen fyysiset ja sähköiset ominaisuudet sekä signaalin tyypin. Tämä kerros käsittelee informaation bittejä. Esimerkkejä fyysisen kerroksen protokollista: Ethernet, ISDN, Wi-Fi.
Tietolinkkitaso. Vastaa tiedonsiirrosta, virheenkorjauksesta ja luotettavasta tiedonsiirrosta. Vastaanotossa Fyysiseltä kerrokselta vastaanotetut tiedot pakataan kehyksiin, minkä jälkeen niiden eheys tarkistetaan. Jos virheitä ei ole, tiedot siirretään verkkokerrokseen. Jos virheitä ilmenee, kehys hylätään ja uudelleenlähetyspyyntö luodaan. Tietolinkkikerros on jaettu kahteen alikerrokseen: MAC (Media Access Control) ja LLC (Local Link Control). MAC säätelee pääsyä jaettuun fyysiseen tietovälineeseen. LLC tarjoaa verkkokerroksen palvelua. Kytkimet toimivat datalinkkikerroksessa. Esimerkkejä protokollista: Ethernet, PPP.
Verkkokerros. Sen päätehtävät ovat reititys - optimaalisen tiedonsiirtopolun määrittäminen, solmujen looginen osoitus. Lisäksi tälle tasolle voidaan antaa verkko-ongelmien vianmääritys (ICMP-protokolla). Verkkokerros toimii pakettien kanssa. Esimerkkejä protokollista: IP, ICMP, IGMP, BGP, OSPF).
Kuljetuskerros. Suunniteltu toimittamaan tiedot ilman virheitä, häviöitä ja päällekkäisyyksiä siinä järjestyksessä, jossa ne lähetettiin. Suorittaa päästä päähän tiedonsiirron lähettäjältä vastaanottajalle. Esimerkkejä protokollista: TCP, UDP.
Istuntotaso. Hallitsee viestintäistunnon luomista/ylläpitoa/päättämistä. Esimerkkejä protokollista: L2TP, RTCP.
Executive taso. Muuntaa tiedot vaadittuun muotoon, salaa/koodaa ja pakkaa.
Sovelluskerros. Tarjoaa vuorovaikutusta käyttäjän ja verkon välillä. On vuorovaikutuksessa asiakaspuolen sovellusten kanssa. Esimerkkejä protokollista: HTTP, FTP, Telnet, SSH, SNMP.

Viitemalliin tutustumisen jälkeen tarkastellaan TCP/IP-protokollapinoa.

TCP/IP-mallissa on neljä kerrosta. Kuten yllä olevasta kuvasta voidaan nähdä, yksi TCP/IP-kerros voi vastata useita OSI-mallin kerroksia.

TCP/IP-mallin tasot:

Verkkoliitäntätaso. Vastaa OSI-mallin kahta alempaa kerrosta: datalinkki ja fyysinen. Tämän perusteella on selvää, että tämä taso määrittää lähetysvälineen ominaisuudet (kierretty pari, optinen kuitu, radio), signaalin tyypin, koodausmenetelmän, pääsyn siirtovälineeseen, virheenkorjauksen, fyysisen osoitteen (MAC-osoitteet) . TCP/IP-mallissa Ethrnet-protokolla ja sen johdannaiset (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet) toimivat tällä tasolla.
Yhteyskerros. Vastaa OSI-mallin verkkokerrosta. Ottaa hoitaakseen kaikki toiminnot: reititys, looginen osoitus (IP-osoitteet). IP-protokolla toimii tällä tasolla.
Kuljetuskerros. Vastaa OSI-mallin kuljetuskerrosta. Vastaa pakettien toimittamisesta lähteestä määränpäähän. Tällä tasolla käytetään kahta protokollaa: TCP ja UDP. TCP on UDP:tä luotettavampi luomalla yhteyden muodostamispyyntöjä uudelleenlähetystä varten virheiden sattuessa. Kuitenkin samaan aikaan TCP on hitaampi kuin UDP.
Sovelluskerros. Sen päätehtävänä on olla vuorovaikutuksessa isäntien sovellusten ja prosessien kanssa. Esimerkkejä protokollista: HTTP, FTP, POP3, SNMP, NTP, DNS, DHCP.

Kapselointi on menetelmä datapaketin pakkaamiseksi, jossa itsenäiset pakettiotsikot irrotetaan alempien tasojen otsikoista sisällyttämällä ne korkeammille tasoille.

Katsotaanpa konkreettista esimerkkiä. Oletetaan, että haluamme siirtyä tietokoneesta verkkosivustolle. Tätä varten tietokoneemme on valmisteltava http-pyyntö saadakseen sen web-palvelimen resurssit, jolle tarvitsemamme sivuston sivu on tallennettu. Sovellustasolla selaintietoihin lisätään HTTP-otsikko. Seuraavaksi kuljetuskerrokseen lisätään TCP-otsikko pakettiimme, joka sisältää lähettäjän ja vastaanottajan porttinumerot (portti 80 HTTP:lle). Verkkokerroksessa luodaan IP-otsikko, joka sisältää lähettäjän ja vastaanottajan IP-osoitteet. Välittömästi ennen lähetystä linkkikerrokseen lisätään Ethrnet-otsikko, joka sisältää lähettäjän ja vastaanottajan fyysiset (MAC-osoitteet). Kaikkien näiden toimenpiteiden jälkeen informaatiobittien muodossa oleva paketti lähetetään verkon yli. Vastaanotossa tapahtuu päinvastainen menettely. Jokaisen tason verkkopalvelin tarkistaa vastaavan otsikon. Jos tarkistus onnistuu, otsikko hylätään ja paketti siirtyy ylemmälle tasolle. Muussa tapauksessa koko paketti hylätään.

Tilaa meidän

Nykyaikainen IT-maailma on valtava, haarautuva rakenne, jota on vaikea ymmärtää. Ymmärryksen yksinkertaistamiseksi ja virheenkorjauksen parantamiseksi jopa protokollien ja järjestelmien suunnitteluvaiheessa käytettiin modulaarista arkkitehtuuria. Meidän on paljon helpompi selvittää, että ongelma on videosirussa, kun näytönohjain on muusta laitteesta erillinen laite. Tai huomaa ongelman erillisessä verkon osassa sen sijaan, että lapioisi koko verkkoa.

Myös erillinen IT-kerros - verkko - on rakennettu modulaarisesti. Verkon toimintamallia kutsutaan ISO/OSI Open Systems Interconnection Basic Reference Model -verkkomalliksi. Lyhyesti - OSI-malli.

OSI-malli koostuu 7 kerroksesta. Jokainen taso on erotettu muista eikä tiedä niiden olemassaolosta mitään. OSI-mallia voi verrata autoon: moottori tekee työnsä luomalla vääntömomentin ja siirtämällä sen vaihteistoon. Moottori ei välitä siitä, mitä tapahtuu seuraavaksi tällä vääntömomentilla. Pyöritäkö hän pyörää, toukkaa vai potkuria? Aivan kuten pyörällä, sillä ei ole väliä mistä tämä vääntömomentti tuli - moottorista tai kahvasta, jota mekaanikko kääntää.

Tähän meidän on lisättävä hyötykuorman käsite. Jokaisella tasolla on tietty määrä tietoa. Osa tiedoista on tämän tason omaisuutta, esimerkiksi osoite. Sivuston IP-osoite ei anna meille mitään hyödyllistä tietoa. Välitämme vain kissoista, jotka sivusto näyttää meille. Joten tämä hyötykuorma kuljetetaan siinä kerroksen osassa, jota kutsutaan protokollatietoyksiköksi (PDU).

OSI-mallin kerrokset

Katsotaanpa kutakin OSI-mallin tasoa yksityiskohtaisemmin.

Taso 1. Fyysinen ( fyysistä). Latausyksikkö ( PDU) tässä vähän. Fyysinen kerros ei tiedä mitään muuta kuin ykkösiä ja nollia. Tällä tasolla johdot, kytkentäpaneelit, verkkokeskittimet (keskittimet, joita on nyt vaikea löytää tavallisista verkoistamme) ja verkkosovittimet toimivat. Se on verkkosovittimet eikä mikään muu tietokoneesta. Verkkosovitin itse vastaanottaa bittisekvenssin ja lähettää sen edelleen.

Taso 2. kanava ( datayhteys). PDU - kehys ( kehys). Osoite näkyy tällä tasolla. Osoite on MAC-osoite. Linkkikerros vastaa kehysten toimittamisesta vastaanottajalle ja niiden eheydestä. Tunnetuissa verkoissa ARP-protokolla toimii linkkitasolla. Toisen tason osoitus toimii vain yhdessä verkkosegmentissä eikä tiedä mitään reitityksestä - tämä on ylemmällä tasolla. Vastaavasti L2:lla toimivat laitteet ovat kytkimiä, siltoja ja verkkosovittimen ajureita.

Taso 3. Verkko ( verkkoon). PDU-paketti ( paketti). Yleisin protokolla (en puhu enempää "yleisimmästä" - artikkeli on tarkoitettu aloittelijoille ja he eivät yleensä kohtaa mitään eksoottista) tässä on IP. Osoittaminen tapahtuu käyttämällä IP-osoitteita, jotka koostuvat 32 bitistä. Protokolla on reititetty, eli paketti voi saavuttaa verkon minkä tahansa osan tietyn määrän reitittimiä kautta. Reitittimet toimivat L3:lla.

Taso 4. Kuljetus ( kuljetus). PDU segmentti ( segmentti)/datagrammi ( datagrammi). Tällä tasolla porttien käsitteet näkyvät. TCP ja UDP toimivat täällä. Tämän tason protokollat vastaavat sovellusten välisestä suorasta viestinnästä ja tiedon toimituksen luotettavuudesta. Esimerkiksi TCP voi pyytää tietojen uudelleenlähetystä, jos tiedot vastaanotettiin väärin tai ei kaikkia. TCP voi myös muuttaa tiedonsiirtonopeutta, jos vastaanottavalla puolella ei ole aikaa vastaanottaa kaikkea (TCP-ikkunan koko).

Seuraavat tasot on "oikein" toteutettu vain RFC:ssä. Käytännössä seuraavilla tasoilla kuvatut protokollat toimivat samanaikaisesti useilla OSI-mallin tasoilla, joten selkeää jakoa istunto- ja esityskerroksiin ei ole. Tässä suhteessa tällä hetkellä pääasiallinen käytetty pino on TCP/IP, josta puhumme alla.

Taso 5. Istunto ( istunto). PDU tiedot ( tiedot). Hallitsee viestintäistuntoa, tiedonvaihtoa ja oikeuksia. Protokollat - L2TP, PPTP.

Taso 6. Johtaja ( esittely). PDU tiedot ( tiedot). Tietojen esittäminen ja salaus. JPEG, ASCII, MPEG.

Taso 7. Sovellettu ( sovellus). PDU tiedot ( tiedot). Lukuisin ja monipuolisin taso. Se käyttää kaikkia korkean tason protokollia. Kuten POP, SMTP, RDP, HTTP jne. Protokollan ei tarvitse ajatella reititystä tai tiedon toimituksen takaamista - tämän tekevät alemmat kerrokset. Tasolla 7 on tarpeen toteuttaa vain tiettyjä toimia, esimerkiksi vastaanottaa html-koodi tai sähköpostiviesti tietylle vastaanottajalle.

Johtopäätös

OSI-mallin modulaarisuus mahdollistaa ongelma-alueiden nopean tunnistamisen. Loppujen lopuksi, jos sivustolle ei ole ping (3-4 tasoa), ei ole mitään järkeä sukeltaa päällekkäisiin kerroksiin (TCP-HTTP), kun sivustoa ei näytetä. Abstrahoitumalla muilta tasoilta on helpompi löytää virhe ongelmallisesta osasta. Vastaavasti auton kanssa - emme tarkista sytytystulppia, kun puhkaisemme pyörän.

OSI-malli on vertailumalli - eräänlainen pallomainen hevonen tyhjiössä. Sen kehittäminen kesti hyvin kauan. Rinnakkain sen kanssa kehitettiin TCP/IP-protokollapino, joka on tällä hetkellä aktiivisesti käytössä verkoissa. Vastaavasti voidaan vetää analogia TCP/IP:n ja OSI:n välillä.

Kansainvälinen standardointijärjestö ISO (International Standardization Organisation) on kehittänyt perusmallin avointen järjestelmien tietoliikenteeseen OSI (Open System Interconnection) tarjotakseen yhtenäisen esityksen datasta verkoissa, joissa on heterogeenisia laitteita ja ohjelmistoja. Tämä malli kuvaa sääntöjä ja menettelytapoja tiedonsiirrolle eri verkkoympäristöissä viestintäistuntoa järjestettäessä. Mallin pääelementit ovat kerrokset, sovellusprosessit ja fyysiset yhteydet. Kuvassa Kuva 1.10 esittää perusmallin rakenteen.

Jokainen OSI-mallin kerros suorittaa tietyn tehtävän tiedonsiirron aikana verkon kautta. Perusmalli on perusta verkkoprotokollien kehittämiselle. OSI jakaa verkkoviestintätoiminnot seitsemään kerrokseen, joista jokainen palvelee eri osia avoimien järjestelmien yhteenliittämisprosessista.

OSI-malli kuvaa vain järjestelmäviestintää, ei loppukäyttäjäsovelluksia. Sovellukset toteuttavat omat viestintäprotokollansa käyttämällä järjestelmätiloja.

Riisi. 1.10. OSI malli

Jos sovellus voi ottaa OSI-mallin joidenkin ylempien kerrosten toiminnot, se käyttää tietoja vaihtaakseen suoraan järjestelmätyökaluihin, jotka suorittavat OSI-mallin muiden alempien kerrosten toiminnot.

OSI-mallikerrosten vuorovaikutus

OSI-malli voidaan jakaa kahteen eri malliin, kuten kuvasta näkyy. 1.11:

Vaakasuuntainen protokollapohjainen malli, joka tarjoaa mekanismin ohjelmien ja prosessien vuorovaikutukseen eri koneilla;

Pystymalli, joka perustuu palveluihin, joita vierekkäiset tasot tarjoavat toisilleen samalla koneella.

Lähettävän tietokoneen jokainen kerros on vuorovaikutuksessa vastaanottavan tietokoneen saman kerroksen kanssa ikään kuin se olisi yhdistetty suoraan. Tällaista yhteyttä kutsutaan loogiseksi tai virtuaaliseksi yhteydeksi. Todellisuudessa vuorovaikutusta tapahtuu yhden tietokoneen vierekkäisten tasojen välillä.

Lähettävän tietokoneen tietojen on siis läpäistävä kaikki tasot. Se lähetetään sitten fyysisen välineen kautta vastaanottavalle tietokoneelle ja kulkee jälleen kaikkien kerrosten läpi, kunnes se saavuttaa saman tason, josta se lähetettiin lähettävälle tietokoneelle.

Vaakasuuntaisessa mallissa kaksi ohjelmaa vaativat yhteisen protokollan tietojen vaihtamiseksi. Pystymallissa vierekkäiset kerrokset vaihtavat tietoja sovellusohjelmointirajapintojen (API) avulla.

Riisi. 1.11. Kaavio tietokoneen vuorovaikutuksesta OSI-perusviitemallissa

Ennen verkkoon lähettämistä tiedot jaetaan paketeiksi. Paketti on verkkoasemien välillä siirrettävä tiedon yksikkö.

Dataa lähetettäessä paketti kulkee peräkkäin kaikkien ohjelmistokerrosten läpi. Jokaisella tasolla tämän tason ohjausinformaatio (otsikko) lisätään pakettiin, mikä on tarpeen onnistuneelle tiedonsiirrolle verkon yli, kuten kuvassa 1 on esitetty. 1.12, jossa Zag on paketin otsikko, Con on paketin loppu.

Vastaanottopäässä paketti kulkee kaikkien kerrosten läpi käänteisessä järjestyksessä. Jokaisella kerroksella kyseisen kerroksen protokolla lukee pakettitiedot, poistaa sitten lähettävän osapuolen kyseisellä kerroksella pakettiin lisäämät tiedot ja välittää paketin seuraavalle kerrokselle. Kun paketti saavuttaa sovelluskerroksen, kaikki ohjaustiedot poistetaan paketista ja tiedot palautuvat alkuperäiseen muotoonsa.

Riisi. 1.12. Seitsemän tason mallin kunkin tason paketin muodostaminen

Jokainen mallin taso suorittaa oman tehtävänsä. Mitä korkeampi taso, sitä monimutkaisempi ongelma se ratkaisee.

On kätevää ajatella OSI-mallin yksittäisiä kerroksia ohjelmaryhminä, jotka on suunniteltu suorittamaan tiettyjä toimintoja. Yksi kerros esimerkiksi vastaa tietojen muuntamisesta ASCII:stä EBCDIC:ksi ja sisältää tämän tehtävän suorittamiseen tarvittavat ohjelmat.

Jokainen kerros tarjoaa palvelun yläpuolellaan olevalle tasolle, joka vuorostaan pyytää palvelua sen alapuolelta. Ylemmat kerrokset pyytävät palvelua lähes samalla tavalla: yleensä tämä on vaatimus reitittää osa datasta verkosta toiseen. Tietojen osoittamisen periaatteiden käytännön toteutus on kohdistettu alemmille tasoille. Kuvassa Kohdassa 1.13 on lyhyt kuvaus kaikkien tasojen toiminnoista.

Riisi. 1.13. OSI-mallitasojen toiminnot

Tarkasteltava malli määrittää eri valmistajien avoimien järjestelmien vuorovaikutuksen samassa verkossa. Siksi hän suorittaa koordinointitoimia heille:

Sovellusprosessien vuorovaikutus;

Tietojen esittelylomakkeet;

Yhtenäinen tietojen tallennus;

Verkkoresurssien hallinta;

Tietoturva ja tietoturva;

Ohjelmien ja laitteistojen diagnostiikka.

Sovelluskerros

Sovelluskerros tarjoaa sovellusprosesseille pääsyn vuorovaikutusalueelle, on ylin (seitsemäs) taso ja on suoraan sovellusprosessien vieressä.

Todellisuudessa sovelluskerros on joukko erilaisia protokollia, joiden kautta verkon käyttäjät pääsevät jaettuihin resursseihin, kuten tiedostoihin, tulostimiin tai hypertekstiverkkosivuihin, ja järjestävät myös yhteistyönsä esimerkiksi sähköpostiprotokollan avulla. Erityiset sovelluspalveluelementit tarjoavat palvelua tietyille sovellusohjelmille, kuten tiedostonsiirto- ja pääteemulointiohjelmille. Jos ohjelman on esimerkiksi siirrettävä tiedostoja, käytetään FTAM (File Transfer, Access, and Management) tiedostonsiirto-, pääsy- ja hallintaprotokollaa. OSI-mallissa sovellusohjelma, jonka on suoritettava tietty tehtävä (esimerkiksi tietokannan päivittäminen tietokoneessa), lähettää tiettyä dataa datagrammin muodossa sovelluskerrokseen. Yksi tämän kerroksen tärkeimmistä tehtävistä on määrittää, miten hakemuspyyntö tulee käsitellä, toisin sanoen missä muodossa pyyntö tulee tehdä.

Tietoyksikköä, jota sovelluskerros käyttää, kutsutaan yleensä sanomaksi.

Sovelluskerros suorittaa seuraavat toiminnot:

1. Erilaisten töiden suorittaminen.

Tiedostonsiirto;

Työnhallinta;

Järjestelmän hallinta ja niin edelleen;

2. Käyttäjien tunnistaminen salasanojen, osoitteiden ja sähköisten allekirjoitusten perusteella;

3. Toimivien tilaajien määrittäminen ja mahdollisuus päästä uusiin sovellusprosesseihin;

4. Käytettävissä olevien resurssien riittävyyden määrittäminen;

5. Muihin hakuprosesseihin liittyvien yhteydenottopyyntöjen järjestäminen;

6. Hakemusten siirto edustavalle tasolle tarvittavia tiedonkuvausmenetelmiä varten;

7. Menettelyjen valinta prosessien suunniteltua vuoropuhelua varten;

8. Sovellusprosessien välillä vaihdettujen tietojen hallinta ja sovellusprosessien välisen vuorovaikutuksen synkronointi;

9. Palvelun laadun määrittäminen (tietolohkojen toimitusaika, hyväksyttävä virheprosentti);

10. Sopimus virheiden korjaamisesta ja tietojen luotettavuuden määrittämisestä;

11. Syntaksille asetettujen rajoitusten (merkkijoukot, tietorakenne) koordinointi.

Nämä toiminnot määrittelevät palvelutyypit, joita sovelluskerros tarjoaa sovellusprosesseille. Lisäksi sovelluskerros siirtää sovellusprosesseille fyysisen, linkki-, verkko-, kuljetus-, istunto- ja esityskerroksen tarjoamat palvelut.

Sovellustasolla on tarpeen tarjota käyttäjille jo käsiteltyjä tietoja. Järjestelmä ja käyttäjäohjelmistot voivat käsitellä tätä.

Sovelluskerros vastaa sovellusten pääsystä verkkoon. Tämän kerroksen tehtäviä ovat tiedostojen siirto, sähköpostiviestien vaihto ja verkon hallinta.

Kolmen ylimmän kerroksen yleisimpiä protokollia ovat:

FTP (File Transfer Protocol) -tiedostonsiirtoprotokolla;

TFTP (Trivial File Transfer Protocol) on yksinkertaisin tiedostonsiirtoprotokolla;

X.400 sähköposti;

Telnet-työ etäpäätteen kanssa;

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) on yksinkertainen sähköpostinvaihtoprotokolla;

CMIP (Common Management Information Protocol) yhteinen tiedonhallintaprotokolla;

SLIP (Serial Line IP) IP sarjalinjoille. Protokolla sarjamuotoista tiedonsiirtoa varten;

SNMP (Simple Network Management Protocol) on yksinkertainen verkonhallintaprotokolla;

FTAM (File Transfer, Access, and Management) -protokolla tiedostojen siirtoon, käyttöön ja hallintaan.

Esityskerros

Tämän tason toiminnot ovat sovellusprosessien välillä siirretyn tiedon esittäminen vaaditussa muodossa.

Tämä kerros varmistaa, että toisen järjestelmän sovelluskerros ymmärtää sovelluskerroksen välittämän tiedon. Tarvittaessa esityskerros muuntaa tiedon siirtohetkellä dataformaatit johonkin yleiseen esitysmuotoon ja vastaanottohetkellä suorittaa vastaavasti käänteisen muunnoksen. Tällä tavalla sovelluskerrokset voivat voittaa esimerkiksi syntaktiset erot tiedon esittämisessä. Tämä tilanne voi syntyä lähiverkossa, jossa on erityyppisiä tietokoneita (IBM PC ja Macintosh), joiden on vaihdettava tietoja. Tietokantakentissä tiedot on siis esitettävä kirjaimin ja numeroin, usein myös graafisena kuvana. Nämä tiedot on käsiteltävä esimerkiksi liukulukuina.

Tietojen yleisen esittämisen perustana on ASN.1-järjestelmä, joka on yhtenäinen mallin kaikilla tasoilla. Tämä järjestelmä kuvaa tiedostorakennetta ja ratkaisee myös tiedon salausongelman. Tällä tasolla voidaan suorittaa tietojen salaus ja salauksen purku, jonka ansiosta tiedonsiirron salaisuus varmistetaan kaikille sovelluspalveluille kerralla. Esimerkki tällaisesta protokollasta on Secure Socket Layer (SSL) -protokolla, joka tarjoaa suojatun viestinnän sovelluskerroksen protokollille TCP/IP-pinossa. Tämä taso tarjoaa sovelluskerroksen datan muuntamisen (koodaus, pakkaus jne.) siirtokerroksen tietovirraksi.

Edustajataso suorittaa seuraavat päätehtävät:

1. Luodaan pyyntöjä vuorovaikutusistuntojen perustamiseksi sovellusprosessien välille.

2. Tietojen esittämisen koordinointi hakemusprosessien välillä.

3. Tiedonesityslomakkeiden toteutus.

4. Graafisen materiaalin (piirustukset, kuvat, kaaviot) esittäminen.

5. Tietojen luokitus.

6. Istunnon lopetuspyyntöjen lähettäminen.

Esityskerroksen protokollat ovat yleensä olennainen osa mallin kolmen ylimmän kerroksen protokollia.

Istuntokerros

Istuntokerros on kerros, joka määrittää menettelyn istuntojen suorittamiseksi käyttäjien tai sovellusprosessien välillä.

Istuntokerros tarjoaa keskustelunhallinnan, jolla kirjataan, mikä osapuoli on tällä hetkellä aktiivinen, ja tarjoaa myös synkronointimahdollisuudet. Jälkimmäiset mahdollistavat tarkistuspisteiden lisäämisen pitkiin siirtoihin, jotta epäonnistumisen sattuessa voit palata viimeiseen tarkistuspisteeseen sen sijaan, että aloitat alusta. Käytännössä harvat sovellukset käyttävät istuntokerrosta, ja se on harvoin toteutettu.

Istuntokerros ohjaa tiedon siirtoa sovellusprosessien välillä, koordinoi yhden viestintäistunnon vastaanottoa, lähetystä ja toimittamista. Lisäksi istuntokerros sisältää lisäksi toimintoja salasanojen hallintaan, dialogien hallintaan, synkronointiin ja tiedonsiirron peruuttamiseen lähetysistunnossa alempien kerrosten virheistä johtuvan epäonnistumisen jälkeen. Tämän tason tehtävänä on koordinoida viestintää kahden eri työasemilla ajettavan sovellusohjelman välillä. Tämä tapahtuu hyvin jäsennellyn dialogin muodossa. Näitä toimintoja ovat istunnon luominen, viestipakettien lähettämisen ja vastaanottamisen hallinta istunnon aikana sekä istunnon lopettaminen.

Istuntotasolla määritetään, mikä on siirto kahden sovellusprosessin välillä:

Half-duplex (prosessit lähettävät ja vastaanottavat tietoja vuorotellen);

Duplex (prosessit lähettävät tietoja ja vastaanottavat sen samanaikaisesti).

Puolidupleksitilassa istuntokerros antaa datatunnisteen prosessille, joka aloittaa siirron. Kun toisen prosessin on aika vastata, datatunnus välitetään sille. Istuntokerros sallii tiedonsiirron vain sille osapuolelle, jolla on datatunnus.

Istuntokerros tarjoaa seuraavat toiminnot:

1. Yhteyden muodostaminen ja päättäminen istuntotasolla vuorovaikutuksessa olevien järjestelmien välillä.

2. Normaalin ja kiireellisen tiedonvaihdon suorittaminen sovellusprosessien välillä.

3. Sovellusprosessien välisen vuorovaikutuksen hallinta.

4. Istuntoyhteyksien synkronointi.

5. Ilmoitus hakuprosesseille poikkeustilanteista.

6. Merkkien asettaminen hakuprosessiin, jotka mahdollistavat sen suorittamisen palauttamisen vian tai virheen jälkeen lähimmästä merkistä.

7. Hakuprosessin keskeyttäminen tarvittaessa ja sen jatkaminen oikein.

8. Lopeta istunto menettämättä tietoja.

9. Erityisviestien lähettäminen istunnon edistymisestä.

Istuntokerros vastaa tiedonvaihtoistuntojen järjestämisestä loppukoneiden välillä. Istuntokerroksen protokollat ovat yleensä osa mallin kolmea ylintä kerrosta.

Kuljetuskerros

Kuljetuskerros on suunniteltu lähettämään paketteja viestintäverkon yli. Kuljetuskerroksessa paketit jaetaan lohkoihin.

Matkalla lähettäjältä vastaanottajalle paketit voivat vioittua tai kadota. Vaikka joillakin sovelluksilla on oma virheenkäsittelynsä, toiset haluavat käsitellä luotettavaa yhteyttä heti. Kuljetuskerroksen tehtävänä on varmistaa, että sovellukset tai mallin ylemmät kerrokset (sovellus ja istunto) siirtävät tietoja vaatimallaan luotettavuudella. OSI-malli määrittelee viisi kuljetuskerroksen tarjoamaa palveluluokkaa. Tämäntyyppiset palvelut erottuvat tarjottujen palvelujen laadusta: kiireellisyydestä, kyvystä palauttaa katkennut viestintä, keinojen saatavuus useiden eri sovellusprotokollien välisten yhteyksien multipleksoimiseksi yhteisen siirtoprotokollan kautta, ja mikä tärkeintä, kyky havaita ja Korjaa siirtovirheet, kuten pakettien vääristymät, katoamiset ja päällekkäisyydet.

Kuljetuskerros määrittää fyysisten laitteiden (järjestelmien, niiden osien) osoitteen verkossa. Tämä kerros takaa tietolohkojen toimituksen vastaanottajille ja ohjaa tätä toimitusta. Sen päätehtävänä on tarjota tehokkaita, käteviä ja luotettavia tiedonsiirtomuotoja järjestelmien välillä. Kun useampaa kuin yhtä pakettia käsitellään, kuljetuskerros ohjaa pakettien käsittelyjärjestystä. Jos aiemmin vastaanotetun viestin kopio kulkee läpi, tämä kerros tunnistaa tämän ja jättää viestin huomiotta.

Kuljetuskerroksen toimintoihin kuuluvat:

1. Verkon yli tapahtuvan siirron ohjaaminen ja tietolohkojen eheyden varmistaminen.

2. Virheiden havaitseminen, niiden osittainen poistaminen ja korjaamattomien virheiden raportointi.

3. Vaihteiston palauttaminen vikojen ja toimintahäiriöiden jälkeen.

4. Tietolohkojen suurentaminen tai jakaminen.

5. Prioriteetin asettaminen lohkojen siirrossa (normaali tai kiireellinen).

6. Siirron vahvistus.

7. Lohkojen poistaminen verkon lukkiutumistilanteissa.

Siirtokerroksesta alkaen kaikki ylemmän tason protokollat toteutetaan ohjelmistossa, joka yleensä sisältyy verkon käyttöjärjestelmään.

Yleisimpiä kuljetuskerroksen protokollia ovat:

TCP/IP-pinon TCP (Transmission Control Protocol) lähetyksen ohjausprotokolla;

TCP/IP-pinon UDP (User Datagram Protocol) -käyttäjädatagrammi-protokolla;

NCP (NetWare Core Protocol) NetWare-verkkojen perusprotokolla;

SPX (Sequenced Packet eXchange) Novell-pinopakettien säännöllinen vaihto;

TP4 (Transmission Protocol) – luokan 4 lähetysprotokolla.

Verkkokerros

Verkkotaso varmistaa tilaaja- ja hallintojärjestelmiä yhdistävien kanavien asettamisen viestintäverkon kautta, nopeimman ja luotettavimman reitin valinnan.

Verkkokerros muodostaa tietoliikenneyhteyden kahden järjestelmän välille ja varmistaa virtuaalisten kanavien asettamisen niiden välille. Virtuaalinen tai looginen kanava on verkkokomponenttien toiminta, joka luo illuusion niiden välisestä välttämättömästä polusta vuorovaikutuksessa oleville komponenteille. Lisäksi verkkokerros raportoi virheistä kuljetuskerrokselle. Verkkokerroksen viestejä kutsutaan yleensä paketeiksi. Ne sisältävät tietoja. Verkkokerros vastaa niiden osoittamisesta ja toimittamisesta.

Parhaan tiedonsiirtotien löytämistä kutsutaan reititykseksi, ja sen ratkaisu on verkkokerroksen päätehtävä. Ongelmaa vaikeuttaa se, että lyhin polku ei ole aina paras. Usein reitin valinnan kriteeri on tiedon lähetysaika tällä reitillä; se riippuu viestintäkanavien kapasiteetista ja liikenteen intensiteetistä, joka voi muuttua ajan myötä. Jotkut reititysalgoritmit yrittävät mukautua kuormituksen muutoksiin, kun taas toiset tekevät päätökset pitkän aikavälin keskiarvojen perusteella. Reitti voidaan valita muiden kriteerien, esimerkiksi lähetysvarmuuden, perusteella.

Linkkikerroksen protokolla varmistaa tietojen toimittamisen minkä tahansa solmun välillä vain verkossa, jossa on sopiva standarditopologia. Tämä on erittäin tiukka rajoitus, joka ei salli verkkojen rakentamista kehittyneellä rakenteella, esimerkiksi verkkoja, jotka yhdistävät useita yritysverkkoja yhdeksi verkkoksi, tai erittäin luotettavia verkkoja, joissa solmujen välillä on redundantteja yhteyksiä.

Siten verkon sisällä tiedonsiirtoa säätelee datalinkkikerros, mutta verkkojen välistä tiedonvälitystä hoitaa verkkokerros. Pakettitoimituksen järjestämisessä verkkotasolla käytetään verkkonumeron käsitettä. Tässä tapauksessa vastaanottajan osoite koostuu verkon numerosta ja tietokoneen numerosta tässä verkossa.

Verkot yhdistetään toisiinsa erityisillä laitteilla, joita kutsutaan reitittimiksi. Reititin on laite, joka kerää tietoa verkkoyhteyksien topologiasta ja välittää sen perusteella verkkokerroksen paketteja kohdeverkkoon. Jotta voit lähettää viestin yhdessä verkossa sijaitsevalta lähettäjältä toisessa verkossa sijaitsevalle vastaanottajalle, sinun on suoritettava useita siirtosiirtoja (hyppyjä) verkkojen välillä valitsemalla joka kerta sopiva reitti. Siten reitti on reitittimien sarja, jonka läpi paketti kulkee.

Verkkokerros on vastuussa käyttäjien jakamisesta ryhmiin ja pakettien reitittämisestä MAC-osoitteiden muuntamisen perusteella verkko-osoitteiksi. Verkkokerros tarjoaa myös läpinäkyvän pakettien siirron kuljetuskerrokseen.

Verkkokerros suorittaa seuraavat toiminnot:

1. Verkkoyhteyksien luominen ja niiden porttien tunnistaminen.

2. Tietoliikenneverkon kautta tapahtuvan lähetyksen aikana ilmenevien virheiden havaitseminen ja korjaaminen.

3. Pakettivirran ohjaus.

4. Pakettien sekvenssien järjestäminen (järjestäminen).

5. Reititys ja kytkentä.

6. Pakettien segmentointi ja yhdistäminen.

Verkkotasolla määritellään kahden tyyppisiä protokollia. Ensimmäinen tyyppi viittaa sääntöjen määrittelyyn päätesolmun datapakettien lähettämiseksi solmusta reitittimeen ja reitittimien välillä. Nämä ovat protokollia, joita yleensä tarkoitetaan, kun ihmiset puhuvat verkkokerroksen protokollista. Verkkokerrokseen sisältyy kuitenkin usein toisen tyyppinen protokolla, jota kutsutaan reititystietojen vaihtoprotokollaksi. Näitä protokollia käyttämällä reitittimet keräävät tietoa verkkoyhteyksien topologiasta.

Verkkokerroksen protokollat toteutetaan käyttöjärjestelmän ohjelmistomoduuleilla sekä reitittimen ohjelmistoilla ja laitteistoilla.

Verkkotasolla yleisimmin käytetyt protokollat ovat:

IP (Internet Protocol) Internet-protokolla, TCP/IP-pinon verkkoprotokolla, joka tarjoaa osoite- ja reititystiedot;

IPX (Internetwork Packet Exchange) on verkkopakettien vaihtoprotokolla, joka on suunniteltu pakettien osoittamiseen ja reitittämiseen Novell-verkoissa;

X.25 on kansainvälinen standardi globaalille pakettivälitteiselle tietoliikenteelle (osittain toteutettu Layer 2:ssa);

CLNP (Connection Less Network Protocol) on yhteydetön verkkoprotokolla.

Tietolinkkikerros

Linkkikerroksen tiedon yksikkö on kehys. Kehykset ovat loogisesti järjestetty rakenne, johon tietoja voidaan sijoittaa. Linkkikerroksen tehtävänä on lähettää kehyksiä verkkokerroksesta fyysiseen kerrokseen.

Fyysinen kerros yksinkertaisesti siirtää bittejä. Tässä ei oteta huomioon sitä, että joissakin verkoissa, joissa tietoliikennelinjoja käyttävät vuorotellen useat vuorovaikutuksessa olevat tietokoneet, fyysinen tiedonsiirtoväline voi olla varattu. Siksi yksi linkkikerroksen tehtävistä on tarkistaa lähetysvälineen saatavuus. Linkkikerroksen toinen tehtävä on toteuttaa virheiden havaitsemis- ja korjausmekanismeja.

Linkkikerros varmistaa, että jokainen kehys lähetetään oikein asettamalla erityisen bittijonon jokaisen kehyksen alkuun ja loppuun sen merkitsemiseksi, ja laskee myös tarkistussumman summaamalla kaikki kehyksen tavut tietyllä tavalla ja lisäämällä tarkistussumman. kehykseen. Kun kehys saapuu, vastaanotin laskee uudelleen vastaanotetun tiedon tarkistussumman ja vertaa tulosta kehyksestä saatuun tarkistussummaan. Jos ne täsmäävät, kehys katsotaan oikeaksi ja hyväksytyksi. Jos tarkistussummat eivät täsmää, kirjataan virhe.

Linkkikerroksen tehtävänä on ottaa verkkokerroksesta tulevat paketit ja valmistella ne lähetystä varten sijoittamalla ne sopivan kokoiseen kehykseen. Tämä kerros on vastuussa lohkon alkamis- ja loppupaikan määrittämisestä sekä lähetysvirheiden havaitsemisesta.

Samalla tasolla määritellään säännöt fyysisen kerroksen käyttämiselle verkkosolmuissa. Tietojen sähköinen esitys lähiverkossa (databitit, datan koodausmenetelmät ja tunnukset) tunnistetaan tällä tasolla ja vain tällä tasolla. Täällä virheet havaitaan ja korjataan (vaatimalla tietojen uudelleenlähettämistä).

Tietolinkkikerros tarjoaa datakehysten luomisen, lähettämisen ja vastaanoton. Tämä kerros palvelee verkkokerroksen pyyntöjä ja käyttää fyysisen kerroksen palvelua pakettien vastaanottamiseen ja lähettämiseen. IEEE 802.X -määritykset jakavat datalinkkikerroksen kahteen alikerrokseen:

LLC (Logical Link Control) looginen linkin ohjaus mahdollistaa viestinnän loogisen ohjauksen. LLC-alikerros tarjoaa verkkokerroksen palveluita ja liittyy käyttäjäviestien lähetykseen ja vastaanottoon.

MAC (Media Assess Control) -median käytön valvonta. MAC-alikerros säätelee pääsyä jaettuun fyysiseen tietovälineeseen (token passing tai törmäyksen tai törmäyksen havaitseminen) ja ohjaa pääsyä viestintäkanavaan. LLC-alikerros sijaitsee MAC-alikerroksen yläpuolella.

Datalinkkikerros määrittää median pääsyn ja lähetyksen ohjauksen proseduurilla datan lähettämiseksi kanavan yli.

Kun lähetettävät datalohkot ovat suuria, linkkikerros jakaa ne kehyksiksi ja lähettää kehykset sekvenssien muodossa.

Vastaanottaessaan kehyksiä kerros muodostaa niistä lähetettyjä datalohkoja. Datalohkon koko riippuu lähetysmenetelmästä ja sen kanavan laadusta, jolla se lähetetään.

Tietolinkkikerros voi suorittaa seuraavan tyyppisiä toimintoja:

1. Kanavayhteyksien organisointi (muodostaminen, hallinta, päättäminen) ja niiden porttien tunnistaminen.

2. Henkilöstön organisointi ja siirto.

3. Virheiden havaitseminen ja korjaaminen.

4. Tietovirran hallinta.

5. Loogisten kanavien läpinäkyvyyden varmistaminen (niiden kautta millä tahansa tavalla koodatun tiedon siirto).

Yleisimmin käytettyjä protokollia datalinkkikerroksessa ovat:

HDLC (High Level Data Link Control) korkean tason datalinkin ohjausprotokolla sarjayhteyksiä varten;

IEEE 802.2 LLC (tyyppi I ja tyyppi II) tarjoavat MAC:n 802.x-ympäristöihin;

IEEE 802.3 -standardin mukainen Ethernet-verkkotekniikka verkoille, joissa käytetään väylätopologiaa ja monikäyttöliittymää kantoaaltotaajuuden kuuntelulla ja ristiriitojen havaitsemisella;

Token ring on IEEE 802.5 -standardin mukainen verkkotekniikka, joka käyttää rengastopologiaa ja rengaspääsymenetelmää tunnuksen välityksellä;

FDDI (Fiber Distributed Date Interface Station) on IEEE 802.6 -standardin mukainen verkkotekniikka, jossa käytetään valokuitumediaa;

X.25 on kansainvälinen standardi globaalille pakettivälitteiselle tietoliikenteelle;

X25- ja ISDN-tekniikoilla järjestetty kehysten välitysverkko.

Fyysinen kerros

Fyysinen kerros on suunniteltu liittämään fyysiset viestintävälineet. Fyysinen liitettävyys on joukko fyysisiä tietovälineitä, laitteistoja ja ohjelmistoja, jotka mahdollistavat signaalien siirron järjestelmien välillä.

Fyysinen väliaine on aineellinen aine, jonka kautta signaalit välitetään. Fyysinen ympäristö on perusta, jolle fyysinen yhteys rakennetaan. Eetteriä, metalleja, optista lasia ja kvartsia käytetään laajalti fyysisinä väliaineina.

Fyysinen kerros koostuu Media Interface -alikerroksesta ja lähetyksen muunnosalikerroksesta.

Ensimmäinen niistä varmistaa datavirran yhdistämisen käytettävän fyysisen viestintäkanavan kanssa. Toinen suorittaa käytettyihin protokolliin liittyviä muunnoksia. Fyysinen kerros tarjoaa fyysisen rajapinnan datakanavalle ja kuvaa myös proseduurit signaalien lähettämiseksi kanavalle ja signaalien vastaanottamiseksi kanavalta. Tämä taso määrittelee järjestelmien fyysisen viestinnän sähköiset, mekaaniset, toiminnalliset ja prosessiparametrit. Fyysinen kerros vastaanottaa datapaketit ylemmältä linkkikerrokselta ja muuntaa ne optisiksi tai sähköisiksi signaaleiksi, jotka vastaavat binäärivirran nollaa ja 1:tä. Nämä signaalit lähetetään lähetysvälineen kautta vastaanottavalle solmulle. Lähetysvälineen mekaaniset ja sähköiset/optiset ominaisuudet määritetään fyysisellä tasolla ja niihin kuuluvat:

Kaapeleiden ja liittimien tyyppi;

Koskettimien asettelu liittimissä;

Signaalin koodauskaavio arvoille 0 ja 1.

Fyysinen kerros suorittaa seuraavat toiminnot:

1. Fyysisten yhteyksien luominen ja katkaiseminen.

2. Sarjakoodin lähetys ja vastaanotto.

3. Kuuntelee tarvittaessa kanavia.

4. Kanavan tunnistus.

5. Häiriöistä ja vioista ilmoittaminen.

Vioista ja vioista ilmoittaminen johtuu siitä, että fyysisellä tasolla havaitaan tietyn luokan tapahtumia, jotka häiritsevät verkon normaalia toimintaa (usean järjestelmän kerralla lähettämien kehysten törmäys, kanavakatkos, sähkökatkos, mekaaninen kosketus jne.). Datalinkkikerrokselle tarjottavien palveluiden tyypit määräytyvät fyysisen kerroksen protokollien mukaan. Kanavan kuuntelu on välttämätöntä tapauksissa, joissa järjestelmäryhmä on kytketty yhteen kanavaan, mutta vain yksi niistä saa lähettää signaaleja samanaikaisesti. Siksi kanavaa kuuntelemalla voit määrittää, onko se vapaa lähetettäväksi. Joissakin tapauksissa fyysinen kerros on jaettu useisiin alitasoihin rakenteen selkeyttämiseksi. Esimerkiksi langattoman verkon fyysinen kerros on jaettu kolmeen alikerrokseen (kuva 1.14).

Riisi. 1.14. Langattoman lähiverkon fyysinen kerros

Fyysisen kerroksen toiminnot on toteutettu kaikissa verkkoon kytketyissä laitteissa. Tietokoneen puolella fyysisen kerroksen toiminnot suorittaa verkkosovitin. Toistimet ovat ainoa laitetyyppi, joka toimii vain fyysisellä tasolla.

Fyysinen kerros voi tarjota sekä asynkronisen (sarja) että synkronisen (rinnakkaislähetyksen), jota käytetään joissakin keskuskoneissa ja minitietokoneissa. Fyysisessä kerroksessa on määritettävä koodausmalli edustamaan binääriarvoja, jotta ne voidaan lähettää viestintäkanavan kautta. Monet paikallisverkot käyttävät Manchesterin koodausta.

Esimerkki fyysisen kerroksen protokollasta on 10Base-T Ethernet-teknologiaspesifikaatio, joka määrittelee käytettävän kaapelin kategorian 3 suojaamattomaksi kierretyksi pariksi, jonka ominaisimpedanssi on 100 ohmia, RJ-45-liitin, fyysisen segmentin enimmäispituus 100 metriä, Manchester-koodi tietojen esittämiseen ja muihin ympäristö- ja sähkösignaaleihin liittyviin ominaisuuksiin.

Joitakin yleisimpiä fyysisen kerroksen määrityksiä ovat:

EIA-RS-232-C, CCITT V.24/V.28 – balansoimattoman sarjaliitännän mekaaniset/sähköiset ominaisuudet;

EIA-RS-422/449, CCITT V.10 – balansoidun sarjaliitännän mekaaniset, sähköiset ja optiset ominaisuudet;

Ethernet on IEEE 802.3 -standardin mukainen verkkotekniikka verkoille, joka käyttää väylätopologiaa ja monikäyttöä kantoaallon kuuntelun ja törmäysten havaitsemisen kanssa;

Token ring on IEEE 802.5 -standardin mukainen verkkotekniikka, jossa käytetään rengastopologiaa ja rengaspääsymenetelmää tunnuksen välityksellä.