Na jaké úrovni modelu osi router funguje. Referenční model OSI

Model se skládá ze 7 úrovní umístěných nad sebou. Vrstvy spolu interagují (vertikálně) prostřednictvím rozhraní a mohou interagovat s paralelní vrstvou jiného systému (horizontálně) pomocí protokolů. Každá úroveň může komunikovat pouze se svými sousedy a vykonávat funkce, které jsou jí přiděleny. Více detailů je vidět na obrázku.

Úroveň aplikace (Aplikace). Aplikační vrstva)

Horní (7.) úroveň modelu zajišťuje interakci mezi sítí a uživatelem. Vrstva umožňuje uživatelským aplikacím přístup k síťovým službám, jako je zpracování databázových dotazů, přístup k souborům a přeposílání e-mailů. Je také zodpovědný za přenos informací o službách, poskytování informací aplikacím o chybách a generování požadavků úroveň prezentace. Příklad: POP3, FTP.

Vedoucí (úroveň prezentace) Prezentační vrstva)

Tato vrstva je zodpovědná za převod protokolu a kódování/dekódování dat. Převádí požadavky aplikací přijaté z aplikační vrstvy do formátu pro přenos po síti a převádí data přijatá ze sítě do formátu, kterému aplikace rozumí. Tato vrstva může provádět kompresi/dekompresi nebo kódování/dekódování dat a také přesměrování požadavků na jiný síťový zdroj, pokud je nelze zpracovat lokálně.

Vrstva 6 (prezentace) referenčního modelu OSI je typicky prostředním protokolem pro převod informací ze sousedních vrstev. To umožňuje komunikaci mezi aplikacemi na různých počítačových systémech způsobem transparentním pro aplikace. Prezentační vrstva zajišťuje formátování a transformaci kódu. Formátování kódu se používá k zajištění toho, že aplikace obdrží ke zpracování informace, které pro ni dávají smysl. V případě potřeby může tato vrstva provádět překlad z jednoho datového formátu do druhého. Prezentační vrstva se zabývá nejen formáty a prezentací dat, ale také datovými strukturami, které programy používají. Vrstva 6 tedy zajišťuje organizaci dat při jejich odesílání.

Abychom pochopili, jak to funguje, představme si, že existují dva systémy. Jeden používá kód ASCII (Extended Binary Information Interchange Code) k reprezentaci dat (používá jej většina ostatních výrobců počítačů). Pokud si tyto dva systémy potřebují vyměňovat informace, je zapotřebí prezentační vrstva, která provede konverzi a překlad mezi dvěma různými formáty.

Další funkcí vykonávanou na prezentační vrstvě je šifrování dat, které se používá v případech, kdy je potřeba chránit přenášené informace před přijetím neoprávněnými příjemci. Pro splnění tohoto úkolu musí procesy a kód v prezentační vrstvě provést transformaci dat. Na této úrovni existují další rutiny, které komprimují texty a převádějí grafiku na bitové toky, aby mohly být přenášeny po síti.

Standardy prezentační vrstvy také definují, jak jsou grafické obrázky reprezentovány. Pro tyto účely lze použít formát PICT, obrazový formát používaný k přenosu grafiky QuickDraw mezi programy Macintosh a PowerPC. Dalším formátem prezentace je formát tagovaného obrázku JPEG.

Existuje další skupina standardů úrovně prezentace, které definují prezentaci zvukových a filmových sekvencí. Patří mezi ně rozhraní MPEG Electronic Musical Instruments Interface, které se používá pro kompresi a kódování videí na CD-ROM, jejich ukládání v digitalizované podobě a přenos rychlostí až 1,5 Mbit/s a Vrstva relace)

Úroveň 5 modelu je zodpovědná za udržování komunikační relace, což umožňuje aplikacím vzájemnou interakci po dlouhou dobu. Vrstva spravuje vytváření/ukončování relací, výměnu informací, synchronizaci úloh, určování způsobilosti přenosu dat a údržbu relací během období nečinnosti aplikace. Synchronizace přenosu je zajištěna umístěním kontrolních bodů do datového toku, od kterých je proces obnoven, pokud dojde k přerušení interakce.

Transportní vrstva Transportní vrstva)

4. úroveň modelu je navržena tak, aby poskytovala data bez chyb, ztrát a duplicit v pořadí, v jakém byla přenášena. Nezáleží na tom, jaká data jsou přenášena, odkud a kde, to znamená, že zajišťuje přenosový mechanismus sám. Datové bloky rozděluje na fragmenty, jejichž velikost závisí na protokolu, krátké spojuje do jednoho a rozděluje dlouhé. Protokoly na této úrovni jsou navrženy pro komunikaci typu point-to-point. Příklad: UDP.

Existuje mnoho tříd protokolů transportní vrstvy, od protokolů, které poskytují pouze základní transportní funkce (například funkce přenosu dat bez potvrzení), až po protokoly, které zajišťují doručení více datových paketů do cíle ve správném pořadí, multiplexují více dat streamy, poskytují mechanismus řízení toku dat a zaručují spolehlivost přijímaných dat.

Některé protokoly síťové vrstvy, nazývané protokoly bez připojení, nezaručují, že data budou doručena na místo určení v pořadí, v jakém byla odeslána zdrojovým zařízením. Některé transportní vrstvy se s tím vyrovnávají tak, že shromažďují data ve správném pořadí, než je předají vrstvě relace. Datové multiplexování znamená, že transportní vrstva je schopna současně zpracovávat více datových toků (toky mohou pocházet z různých aplikací) mezi dvěma systémy. Mechanismus řízení toku je mechanismus, který umožňuje regulovat množství dat přenášených z jednoho systému do druhého. Protokoly transportní vrstvy mají často funkci řízení doručování dat, která nutí přijímající systém poslat potvrzení odesílající straně, že data byla přijata.

Síťová vrstva Síťová vrstva)

Vrstva 3 modelu sítě OSI je navržena tak, aby definovala cestu pro přenos dat. Zodpovědný za převod logických adres a jmen na fyzické, určování nejkratších cest, přepínání a směrování, sledování problémů a přetížení v síti. Na této úrovni funguje síťové zařízení, jako je router.

Protokoly síťové vrstvy směrují data ze zdroje do cíle a lze je rozdělit do dvou tříd: protokoly orientované na připojení a protokoly bez připojení.

Fungování protokolů s navazováním spojení lze popsat na příkladu fungování běžného telefonu. Protokoly této třídy zahajují přenos dat voláním nebo stanovením trasy pro pakety, které mají následovat od zdroje k cíli. Poté začne sériový přenos dat a na konci přenosu je spojení ukončeno.

Protokoly bez připojení, které odesílají data obsahující kompletní informace o adrese v každém paketu, fungují podobně jako poštovní systém. Každý dopis nebo balíček obsahuje adresu odesílatele a příjemce. Dále každá zprostředkující pošta nebo síťové zařízení přečte informace o adrese a rozhodne o směrování dat. Dopis nebo datový paket je přenášen z jednoho zprostředkujícího zařízení do druhého, dokud není doručen příjemci. Protokoly bez připojení nezaručují, že se informace dostanou k příjemci v pořadí, v jakém byly odeslány. Transportní protokoly jsou zodpovědné za instalaci dat ve správném pořadí při použití síťových protokolů bez připojení.

Linková vrstva Linková vrstva)

Tato vrstva je navržena tak, aby zajistila interakci sítí na fyzické vrstvě a řídila chyby, které mohou nastat. Data přijatá z fyzické vrstvy zabalí do rámců, zkontroluje jejich integritu, v případě potřeby opraví chyby (odesílá opakovaný požadavek na poškozený rámec) a odešle je síťové vrstvě. Vrstva datového spojení může komunikovat s jednou nebo více fyzickými vrstvami a tuto interakci monitorovat a spravovat. Specifikace IEEE 802 rozděluje tuto vrstvu na 2 podvrstvy – MAC (Media Access Control) reguluje přístup ke sdílenému fyzickému médiu, LLC (Logical Link Control) poskytuje službu síťové vrstvy.

V programování tato úroveň představuje ovladač síťové karty v operačních systémech existuje softwarové rozhraní pro vzájemnou interakci kanálových a síťových vrstev, nejedná se o novou úroveň, ale pouze o implementaci modelu pro konkrétní OS; . Příklady takových rozhraní: ODI,

Fyzická úroveň Fyzická vrstva)

Nejnižší úroveň modelu je určena k přímému přenosu datového toku. Přenáší elektrické nebo optické signály do kabelového nebo rádiového vysílání a podle toho je přijímá a převádí na datové bity v souladu s metodami kódování digitálního signálu. Jinými slovy, poskytuje rozhraní mezi síťovým médiem a síťovým zařízením.

Prameny

• Alexander Filimonov Výstavba multiservisních ethernetových sítí, bhv, 2007 ISBN 978-5-9775-0007-4
• Internetworking Technologies Handbook //cisco systems, 4. vydání, Williams 2005 ISBN 584590787X

Nadace Wikimedia. 2010.

Podívejte se, co je „model OSI“ v jiných slovnících:

Síťový model OSI (Open Systems Interconnection Basic Reference Model) je abstraktní síťový model pro komunikaci a vývoj síťových protokolů. Představuje vrstvený přístup k... ... Wikipedii

V tomto článku chybí odkazy na zdroje informací. Informace musí být ověřitelné, jinak mohou být zpochybněny a vymazány. Můžete... Wikipedie

Základní referenční model propojení otevřených systémů je abstraktní síťový model pro komunikaci a vývoj síťových protokolů. Představuje vrstvený přístup k vytváření sítí. Každá úroveň...... Slovník obchodních podmínek

- (model TCP/IP) (anglické ministerstvo obrany Ministerstvo obrany USA) model síťové interakce vyvinutý ministerstvem obrany USA, jehož praktickou implementací je zásobník protokolů TCP/IP. Obsah 1 Úrovně ... Wikipedie

Název ATP: Apple Talk Protocol Layer (model OSI): Transportní rodina: TCP/IP Vytvořeno v: 2002 Port/ID: 33/IP Účel protokolu: Analogický k UDP s řízením hustoty provozu Specifikace: RFC 4340 Hlavní implementace ... Wikipedia

Pro harmonizaci provozu síťových zařízení různých výrobců a zajištění interakce sítí, které využívají různá prostředí šíření signálu, byl vytvořen referenční model interakce otevřených systémů (OSI). Referenční model je postaven na hierarchickém principu. Každá vrstva poskytuje služby vyšší vrstvě a využívá služeb nižší vrstvy.

Zpracování dat začíná na aplikační úrovni. Poté data projdou všemi vrstvami referenčního modelu a jsou odeslána fyzickou vrstvou do komunikačního kanálu. Při příjmu dochází ke zpětnému zpracování dat.

Referenční model OSI zavádí dva koncepty: protokol A rozhraní.

Protokol je soubor pravidel, na jejichž základě se vzájemně ovlivňují vrstvy různých otevřených systémů.

Rozhraní je soubor prostředků a metod interakce mezi prvky otevřeného systému.

Protokol definuje pravidla pro interakci mezi moduly stejné úrovně v různých uzlech a rozhraní - mezi moduly sousedních úrovní ve stejném uzlu.

Existuje celkem sedm vrstev referenčního modelu OSI. Stojí za zmínku, že skutečné zásobníky používají méně vrstev. Například populární TCP/IP používá pouze čtyři vrstvy. proč tomu tak je? Vysvětlíme si to trochu později. Nyní se podívejme na každou ze sedmi úrovní samostatně.

Modelové vrstvy OSI:

• Fyzická úroveň. Určuje typ média pro přenos dat, fyzikální a elektrické vlastnosti rozhraní a typ signálu. Tato vrstva se zabývá bity informací. Příklady protokolů fyzické vrstvy: Ethernet, ISDN, Wi-Fi.
• Úroveň datového spojení. Zodpovědnost za přístup k přenosovému médiu, opravu chyb a spolehlivý přenos dat. Na recepci Data přijatá z fyzické vrstvy jsou zabalena do rámců, po kterých je zkontrolována jejich integrita. Pokud nedojde k žádným chybám, pak se data přenesou do síťové vrstvy. Pokud se vyskytnou chyby, rámec se zahodí a vygeneruje se požadavek na opakovaný přenos. Linková vrstva je rozdělena na dvě podvrstvy: MAC (Media Access Control) a LLC (Local Link Control). MAC reguluje přístup ke sdílenému fyzickému médiu. LLC poskytuje službu síťové vrstvy. Přepínače fungují na vrstvě datového spojení. Příklady protokolů: Ethernet, PPP.
• Síťová vrstva. Jeho hlavními úkoly je směrování – určení optimální cesty přenosu dat, logické adresování uzlů. Kromě toho může být tato úroveň pověřena odstraňováním problémů se sítí (protokol ICMP). Síťová vrstva pracuje s pakety. Příklady protokolů: IP, ICMP, IGMP, BGP, OSPF).
• Transportní vrstva. Navrženo tak, aby poskytovalo data bez chyb, ztrát a duplikací v pořadí, ve kterém byla přenášena. Provádí end-to-end kontrolu přenosu dat od odesílatele k příjemci. Příklady protokolů: TCP, UDP.
• Úroveň relace. Spravuje vytvoření/udržování/ukončení komunikační relace. Příklady protokolů: L2TP, RTCP.
• Výkonná úroveň. Převádí data do požadované podoby, šifruje/kóduje a komprimuje.
• Aplikační vrstva. Poskytuje interakci mezi uživatelem a sítí. Interaguje s aplikacemi na straně klienta. Příklady protokolů: HTTP, FTP, Telnet, SSH, SNMP.

Po seznámení s referenčním modelem se podíváme na zásobník protokolu TCP/IP.

V modelu TCP/IP jsou definovány čtyři vrstvy. Jak je vidět z obrázku výše, jedna TCP/IP vrstva může odpovídat několika vrstvám OSI modelu.

Úrovně modelu TCP/IP:

• Úroveň síťového rozhraní. Odpovídá dvěma spodním vrstvám modelu OSI: datové a fyzické. Na základě toho je zřejmé, že tato úroveň určuje vlastnosti přenosového média (twisted pair, optické vlákno, rádio), typ signálu, způsob kódování, přístup k přenosovému médiu, oprava chyb, fyzické adresování (MAC adresy) . V modelu TCP/IP na této úrovni funguje protokol Ethnet a jeho deriváty (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet).
• Propojovací vrstva. Odpovídá síťové vrstvě modelu OSI. Přebírá všechny jeho funkce: směrování, logické adresování (IP adresy). Na této úrovni funguje protokol IP.
• Transportní vrstva. Odpovídá transportní vrstvě modelu OSI. Zodpovědnost za doručování paketů ze zdroje do cíle. Na této úrovni se používají dva protokoly: TCP a UDP. TCP je spolehlivější než UDP tím, že vytváří požadavky před připojením k opětovnému odeslání, když dojde k chybě. Zároveň je však TCP pomalejší než UDP.
• Aplikační vrstva. Jeho hlavním úkolem je interakce s aplikacemi a procesy na hostitelích. Příklady protokolů: HTTP, FTP, POP3, SNMP, NTP, DNS, DHCP.

Zapouzdření je způsob balení datového paketu, ve kterém jsou nezávislá záhlaví paketů abstrahována od záhlaví nižších úrovní jejich zahrnutím do vyšších úrovní.

Podívejme se na konkrétní příklad. Řekněme, že se chceme dostat z počítače na webovou stránku. K tomu musí náš počítač připravit http požadavek na získání prostředků webového serveru, na kterém je uložena požadovaná stránka webu. Na úrovni aplikace je k datům prohlížeče přidána hlavička HTTP. Dále je na transportní vrstvě k našemu paketu přidána TCP hlavička obsahující čísla portu odesílatele a příjemce (port 80 pro HTTP). Na síťové vrstvě je generována IP hlavička obsahující IP adresy odesílatele a příjemce. Bezprostředně před přenosem je na linkovou vrstvu přidána hlavička Ethnetu, která obsahuje fyzické (MAC adresy) odesílatele a příjemce. Po všech těchto procedurách je paket ve formě bitů informace přenášen po síti. Na recepci probíhá opačný postup. Webový server na každé úrovni zkontroluje odpovídající záhlaví. Pokud je kontrola úspěšná, hlavička se zahodí a paket se přesune na vyšší úroveň. V opačném případě je celý paket zahozen.

Přihlaste se k odběru našeho

Začnu tím, že definuji, jak je přijímán. OSI model je teoreticky ideální model pro přenos dat po síti. To znamená, že v praxi nikdy nenajdete přesnou shodu s tímto modelem, jedná se o standard, který dodržují vývojáři síťového softwaru a výrobci síťových zařízení, aby byla zachována kompatibilita mezi jejich produkty. Můžete to porovnat s představami lidí o ideální osobě - ​​nikde to nenajdete, ale každý ví, o co se má snažit.

Hned bych chtěl upozornit na jednu nuanci - to, co se přenáší po síti, budu nazývat daty modelu OSI, což není úplně správné, ale abych nezmátl začínajícího čtenáře termíny, udělal jsem kompromis se svým svědomí.

Níže je nejznámější a nejrozumnější diagram modelu OSI. V článku bude více obrázků, ale navrhuji považovat první z nich za hlavní:

Tabulka se skládá ze dvou sloupců, v počáteční fázi nás zajímá pouze ten pravý. Tabulku budeme číst odspoda nahoru (jak jinak :)). Ve skutečnosti to není můj rozmar, ale dělám to pro pohodlí asimilace informací - od jednoduchých po složité. Jít!

Pravá strana výše uvedené tabulky ukazuje zdola nahoru cestu dat přenášených po síti (například z vašeho domácího routeru do vašeho počítače). Upřesnění - úrovně OSI zdola nahoru, pak to bude datová cesta na přijímací straně, pokud shora dolů, pak naopak - na odesílající straně. Doufám, že je to zatím jasné. Abychom úplně rozptýlili pochybnosti, zde je další schéma pro jasnost:

Ke sledování cesty dat a změn, které s nimi nastávají napříč úrovněmi, si stačí představit, jak se pohybují po modré čáře v diagramu, nejprve se pohybují shora dolů přes úrovně OSI z prvního počítače a poté zespodu. nahoru k druhému. Nyní se podívejme na každou z úrovní podrobněji.

1) Fyzické(fyzické) - sem patří tzv. “médium přenosu dat”, tzn. dráty, optický kabel, rádiové vlny (v případě bezdrátového připojení) a podobně. Pokud je například váš počítač připojen k internetu kabelem, pak kvalitu přenosu dat na první, fyzické úrovni určují vodiče, kontakty na konci vodiče, kontakty konektoru síťové karty vašeho počítače, stejně jako vnitřní elektrické obvody na deskách počítače. Síťoví inženýři mají koncept „fyzikálního problému“ - to znamená, že specialista identifikoval zařízení fyzické vrstvy jako viníka „nepřenosu“ dat, například je někde přerušený síťový kabel nebo slabý signál úroveň.

2) Kanál(datalink) - to je mnohem zajímavější. Abychom porozuměli linkové vrstvě, budeme muset nejprve porozumět konceptu MAC adresy, protože to bude hlavní postava této kapitoly :). MAC adresa se také nazývá „fyzická adresa“ nebo „hardwarová adresa“. Jedná se o sadu 12 znaků hexadecimálníčíselná soustava dělená 6 oktety pomlčka nebo dvojtečka, například 08:00:27:b4:88:c1. Je potřeba k jednoznačné identifikaci síťového zařízení v síti. Teoreticky je MAC adresa globálně jedinečná, tzn. Taková adresa nemůže existovat nikde na světě a je „všitá“ do síťového zařízení ve fázi výroby. Existují však jednoduché způsoby, jak ji změnit na libovolnou, a kromě toho někteří bezohlední a málo známí výrobci neváhají nýtovat například várku 5000 síťových karet s úplně stejnou MAC. Pokud se tedy alespoň dva takoví „bratři akrobatů“ objeví ve stejné místní síti, začnou konflikty a problémy.

Takže na úrovni datového spoje data zpracovává síťové zařízení, které zajímá jediné - naše notoricky známá MAC adresa, tzn. má zájem o adresáta doručení. Mezi zařízení na linkové úrovni patří například přepínače (také známé jako přepínače) - ukládají do paměti MAC adresy síťových zařízení, se kterými mají přímé přímé spojení a při příjmu dat na jejich přijímacím portu kontrolují MAC adresy v datech s MAC adresami dostupnými v paměti. Pokud existují shody, pak jsou data přenesena k příjemci, zbytek je jednoduše ignorován.

3) Síť(síť) je „posvátná“ úroveň, jejíž pochopení principu fungování z větší části dělá síťového inženýra takovým. Tady už „IP adresa“ vládne železnou rukou, tady je to základ základů. Díky přítomnosti IP adresy je možné přenášet data mezi počítači, které nejsou součástí stejné lokální sítě. Přenos dat mezi různými lokálními sítěmi se nazývá routing a zařízení, která to umožňují, se nazývají routery (jsou to také routery, i když v posledních letech je pojem router značně zkreslený).

Tedy IP adresa - aniž bychom zacházeli do podrobností, je to určitá sada 12 číslic v desítkové ("běžné") číselné soustavě, rozdělená do 4 oktetů, oddělených tečkou, která je přiřazena síťovému zařízení při připojení k síť. Zde musíme jít trochu hlouběji: mnoho lidí například zná adresu z řady 192.168.1.23. Je zcela zřejmé, že zde není 12 číslic. Pokud však napíšete adresu v plném formátu, vše zapadne na své místo - 192.168.001.023. V této fázi nebudeme kopat ještě hlouběji, protože IP adresování je samostatné téma pro vyprávění a zobrazování.

4) Transportní vrstva(přeprava) - jak název napovídá, je potřeba speciálně pro doručení a odeslání dat příjemci. Nakreslíme-li analogii s naší dlouhotrvající poštou, IP adresa je skutečná adresa doručení nebo příjmu a přepravní protokol je pošťák, který umí číst a ví, jak dopis doručit. Protokoly jsou různé, pro různé účely, ale mají stejný význam – doručení.

Transportní vrstva je poslední vrstvou, která obecně zajímá síťové inženýry a systémové administrátory. Pokud všechny 4 nižší úrovně fungovaly, jak měly, ale data nedorazila na místo určení, pak je třeba hledat problém v softwaru konkrétního počítače. Protokoly tzv. vyšších úrovní velmi znepokojují programátory a někdy i systémové administrátory (pokud se například podílí na údržbě serverů). Proto dále stručně popíšu účel těchto úrovní. Navíc, pokud se na situaci podíváte objektivně, nejčastěji v praxi přebírá funkce více horních vrstev modelu OSI jedna aplikace nebo služba a nelze jednoznačně říci, kam by měla být přiřazena.

5) Zasedání(session) - řídí otevírání a uzavírání relace přenosu dat, kontroluje přístupová práva, řídí synchronizaci začátku a konce přenosu. Pokud si například stáhnete soubor z internetu, váš prohlížeč (nebo cokoliv jiného, ​​přes co stahujete) odešle požadavek na server, na kterém je soubor umístěn. V tomto okamžiku jsou zapnuty protokoly relace, které zajišťují úspěšné stažení souboru, po kterém se teoreticky automaticky vypnou, i když existují možnosti.

6) Jednatel(prezentace) - připravuje data pro zpracování finální aplikací. Například, pokud se jedná o textový soubor, musíte zkontrolovat kódování (aby se neukázalo jako „kryakozyabr“), možná ho rozbalit z archivu... ale zde je jasně vidět, co jsem psal o dříve - je velmi obtížné oddělit, kde reprezentativní úroveň a kde začíná další:

7) Použito(Aplikace) - jak již z názvu vyplývá, úroveň aplikací, které využívají přijatá data a vidíme výsledek práce všech úrovní modelu OSI. Tento text například čtete, protože jste jej otevřeli ve správném kódování, ve správném fontu atd. váš prohlížeč.

A nyní, když alespoň rámcově rozumíme technologii procesu, považuji za nutné mluvit o bitech, rámcích, paketech, blocích a datech. Pokud si vzpomínáte, na začátku článku jsem vás požádal, abyste nevěnovali pozornost levému sloupci v hlavní tabulce. Tak nadešel její čas! Nyní si znovu projdeme všechny vrstvy modelu OSI a uvidíme, jak se jednoduché bity (nuly a jedničky) mění v data. Půjdeme také zdola nahoru, abychom nenarušili sled asimilace materiálu.

Na fyzickýúroveň máme signál. Může to být elektrické, optické, rádiové vlny atd. Zatím to ani nejsou bity, ale síťové zařízení přijatý signál analyzuje a převádí na nuly. Tento proces se nazývá „konverze hardwaru“. Dále, již uvnitř síťového zařízení, jsou bity kombinovány do (osm bitů v jednom byte), zpracovávány a přenášeny do spojové vrstvy.

Na potrubíúrovni máme tzv rám. Zhruba řečeno se jedná o balíček bajtů, od 64 do 1518 v jednom balíčku, ze kterého přepínač načte hlavičku, která obsahuje MAC adresy příjemce a odesílatele a také technické informace. Vidíte shodu MAC adresy v záhlaví a ve vašem spínací stůl(paměť), přepínač přenáší rámce s takovými shodami do cílového zařízení

Na síťúrovně, ke vší té dobrotě se přidávají i IP adresy příjemce a odesílatele, které se extrahují ze stejné hlavičky a tomu se říká Igelitová taška.

Na doprava Na úrovni je paket adresován odpovídajícímu protokolu, jehož kód je uveden v hlavičkových servisních informacích a je dán pro obsluhu protokolům vyšších úrovní, pro které se již jedná o plnohodnotná data, tzn. informace ve formě, která je stravitelná a použitelná aplikacemi.

Jasněji to bude vidět na níže uvedeném diagramu:

V dnešním článku se chci vrátit k základům a mluvit o tom Modely propojení otevřených systémů OSI. Tento materiál bude užitečný pro začínající správce systému a všechny, kteří se zajímají o budování počítačových sítí.

Všechny součásti sítě, od média pro přenos dat až po zařízení, fungují a vzájemně se ovlivňují podle souboru pravidel, která jsou popsána v tzv. modely interakce otevřených systémů.

Model interoperability otevřených systémů OSI(Open System Interconnection) byl vyvinut mezinárodní organizací podle norem ISO (International Standards Organization).

Podle modelu OSI procházejí data přenášená ze zdroje do cíle sedm úrovní . Na každé úrovni je vykonáván specifický úkol, který v konečném důsledku nejen zaručuje doručení dat do cílové destinace, ale také činí jejich přenos nezávislým na prostředcích k tomu použitých. Je tak dosaženo kompatibility mezi sítěmi s různými topologiemi a síťovým vybavením.

Rozdělení všech síťových nástrojů do vrstev zjednodušuje jejich vývoj a používání. Čím vyšší úroveň, tím složitější problém řeší. První tři vrstvy modelu OSI ( fyzické, kanál, síť) úzce souvisí se sítí a použitým síťovým vybavením. Poslední tři úrovně ( relace, vrstva prezentace dat, aplikace) jsou implementovány pomocí operačního systému a aplikačních programů. Transportní vrstva působí jako prostředník mezi těmito dvěma skupinami.

Před odesláním přes síť jsou data rozdělena na balíčky , tj. informace uspořádané specifickým způsobem tak, aby byly srozumitelné pro přijímací a vysílající zařízení. Při odesílání dat je paket sekvenčně zpracován pomocí všech úrovní modelu OSI, od aplikačního po fyzický. Na každé úrovni kontrolujte informace pro tuto úroveň (tzv hlavička paketu ), který je nezbytný pro úspěšný přenos dat po síti.

Výsledkem je, že tato síťová zpráva začíná připomínat vícevrstvý sendvič, který musí být „jedlý“ pro počítač, který ji přijímá. Chcete-li to provést, musíte dodržovat určitá pravidla pro výměnu dat mezi počítači v síti. Tato pravidla se nazývají protokoly .

Na přijímací straně je paket zpracováván pomocí všech vrstev modelu OSI v obráceném pořadí, počínaje fyzickou a konče aplikací. Na každé úrovni odpovídající prostředky, vedené protokolem vrstvy, přečtou informace o paketu, poté odstraní informace přidané do paketu na stejné úrovni odesílající stranou a přenesou paket na další úroveň. Když paket dosáhne aplikační vrstvy, všechny řídicí informace budou z paketu odstraněny a data se vrátí do své původní podoby.

Nyní se podívejme na fungování každé vrstvy modelu OSI podrobněji:

Fyzická vrstva – nejnižší, za ním je přímo komunikační kanál, kterým jsou přenášeny informace. Podílí se na organizaci komunikace s přihlédnutím k vlastnostem média pro přenos dat. Obsahuje tedy všechny informace o médiu pro přenos dat: úroveň a frekvenci signálu, přítomnost rušení, úroveň útlumu signálu, odpor kanálu atd. Kromě toho je to on, kdo je zodpovědný za přenos toku informací a jejich konverzi v souladu s existujícími metodami kódování. Práce fyzické vrstvy je zpočátku přiřazena síťovému zařízení.
Stojí za zmínku, že pomocí fyzické vrstvy je definována drátová a bezdrátová síť. V prvním případě je jako fyzické médium použit kabel, ve druhém jakýkoli typ bezdrátové komunikace, jako jsou rádiové vlny nebo infračervené záření.

Data Link Layer provádí nejobtížnější úkol - zajišťuje garantovaný přenos dat pomocí algoritmů fyzické vrstvy a ověřuje správnost přijatých dat.

Před zahájením přenosu dat je určena dostupnost přenosového kanálu. Informace jsou přenášeny v blocích tzv personál nebo rámy . Každý takový rámec je opatřen posloupností bitů na konci a začátku bloku a je také doplněn kontrolním součtem. Při příjmu takového bloku na linkové vrstvě musí příjemce zkontrolovat integritu bloku a porovnat přijatý kontrolní součet s kontrolním součtem v něm obsaženým. Pokud se shodují, jsou data považována za správná, v opačném případě je zaznamenána chyba a je vyžadováno opětovné odeslání. V každém případě je odesílateli odeslán signál s výsledkem operace, a to se děje s každým rámcem. Druhým důležitým úkolem linkové vrstvy je tedy kontrola správnosti dat.

Linková vrstva může být implementována jak hardwarově (například pomocí přepínačů), tak pomocí softwaru (například ovladače síťového adaptéru).

Síťová vrstva nutné provést práci při přenosu dat s předběžným určením optimální cesty pro přesun paketů. Protože síť se může skládat ze segmentů s různými topologiemi, hlavním úkolem síťové vrstvy je určit nejkratší cestu a současně převést logické adresy a názvy síťových zařízení na jejich fyzickou reprezentaci. Tento proces se nazývá směrování a její význam nelze přeceňovat. Díky schématu směrování, které je neustále aktualizováno kvůli výskytu různých druhů „přetížení“ v síti, je přenos dat prováděn v co nejkratším čase a maximální rychlostí.

Transportní vrstva slouží k organizaci spolehlivého přenosu dat, který eliminuje ztrátu informací, jejich nesprávnost nebo duplicitu. Zároveň je sledováno dodržování správné posloupnosti při vysílání a příjmu dat, jejich dělení do menších paketů nebo jejich spojování do větších, aby byla zachována integrita informací.

Vrstva relace odpovídá za vytvoření, údržbu a udržování komunikační relace po dobu nezbytnou k dokončení přenosu celého množství dat. Kromě toho synchronizuje přenos paketů tím, že kontroluje doručení a integritu paketu. Během procesu přenosu dat se vytvářejí speciální kontrolní body. Pokud během přenosu a příjmu dojde k poruše, chybějící pakety jsou odeslány znovu, počínaje nejbližším kontrolním bodem, což vám umožňuje přenést celé množství dat v co nejkratším čase a poskytuje obecně dobrou rychlost.

Vrstva prezentace dat (nebo, jak se také říká, výkonné úrovni ) je středně pokročilý, jeho hlavním úkolem je převádět data z formátu pro přenos po síti do formátu srozumitelného pro vyšší úroveň a naopak. Kromě toho je zodpovědný za převedení dat do jediného formátu: když jsou informace přenášeny mezi dvěma zcela odlišnými sítěmi s různými datovými formáty, pak je před jejich zpracováním nutné uvést je do podoby, která bude srozumitelná oběma stranám. příjemce a odesílatel. Právě na této úrovni se používají algoritmy šifrování a komprese dat.

Aplikační vrstva – poslední a nejvyšší v modelu OSI. Zodpovědnost za propojení sítě s uživateli – aplikacemi, které vyžadují informace ze síťových služeb na všech úrovních. S jeho pomocí můžete zjistit vše, co se stalo během procesu přenosu dat, a také informace o chybách, které se během procesu přenosu vyskytly. Tato úroveň navíc zajišťuje chod všech externích procesů prováděných prostřednictvím síťového přístupu – databáze, emailové klienty, správce stahování souborů atd.

Na internetu jsem našel obrázek, na kterém se prezentoval neznámý autor Model sítě OSI v podobě burgeru. Myslím, že je to velmi nezapomenutelný obrázek. Pokud náhle v nějaké situaci (například při pracovním pohovoru) potřebujete z paměti vypsat všech sedm vrstev modelu OSI ve správném pořadí, stačí si zapamatovat tento obrázek a pomůže vám. Pro usnadnění jsem přeložil názvy úrovní z angličtiny do ruštiny: To je pro dnešek vše. V příštím článku budu v tématu pokračovat a mluvit o tom.

V síťové vědě, stejně jako v jakékoli jiné oblasti vědění, existují dva základní přístupy k učení: pohyb od obecného ke specifickému a naopak. Není to tak, že by lidé v životě používali tyto přístupy v jejich čisté podobě, ale přesto si v počátečních fázích každý student vybere jeden z výše uvedených směrů. Pro vysokoškolské vzdělávání (alespoň (post)sovětský model) je typičtější první způsob, pro sebevzdělávání nejčastěji druhý: člověk pracoval na síti, čas od času řešil drobné administrativní úkony pro jednoho uživatele a najednou chtěl přijít na to, jak vlastně, jak to všechno svinstvo funguje?

Účelem tohoto článku ale nejsou filozofické diskuse o metodologii výuky. Rád bych upozornil začínající networkery, že Všeobecné a hlavně, ze kterého se jako od sporáku protančí ty nejvychytanější soukromé obchody. Když porozumíte sedmivrstvému ​​modelu OSI a naučíte se „rozpoznat“ jeho vrstvy v technologiích, které již znáte, můžete se snadno posunout vpřed jakýmkoli směrem v síťovém odvětví, které si vyberete. Model OSI je rámcem, na kterém budou zavěšeny jakékoli nové poznatky o sítích.

Tento model je tak či onak zmíněn v téměř každé moderní literatuře o sítích, stejně jako v mnoha specifikacích konkrétních protokolů a technologií. Aniž bych cítil potřebu znovu vynalézat kolo, rozhodl jsem se publikovat výňatky z práce N. Olifera, V. Olifera (Centrum informačních technologií) s názvem „Úloha komunikačních protokolů a funkční účel hlavních typů zařízení v podnikových sítích “, kterou považuji za nejlepší a nejobsáhlejší publikaci na toto téma.

hlavní editor

Modelka

To, že protokol je dohodou mezi dvěma interagujícími entitami, v tomto případě dvěma počítači pracujícími v síti, ještě neznamená, že jde nutně o standard. Ale v praxi při implementaci sítí mají tendenci používat standardní protokoly. Mohou to být patentované, národní nebo mezinárodní normy.

Mezinárodní organizace pro standardy (ISO) vyvinula model, který jasně definuje různé úrovně interakce mezi systémy, dává jim standardní názvy a specifikuje, jakou práci by každá úroveň měla dělat. Tento model se nazývá model OSI (Open System Interconnection) nebo model ISO/OSI.

V modelu OSI je komunikace rozdělena do sedmi vrstev neboli vrstev (obrázek 1.1). Každá úroveň se zabývá jedním konkrétním aspektem interakce. Interakční problém je tedy rozložen na 7 konkrétních problémů, z nichž každý lze řešit nezávisle na ostatních. Každá vrstva udržuje rozhraní s vrstvami nad a pod.

Rýže. 1.1. Model propojení otevřených systémů ISO/OSI

Model OSI popisuje pouze systémovou komunikaci, nikoli aplikace pro koncové uživatele. Aplikace implementují své vlastní komunikační protokoly přístupem k zařízením systému. Je třeba mít na paměti, že aplikace může převzít funkce některých horních vrstev modelu OSI, v takovém případě, pokud je to nutné, přistupuje přímo k nástrojům systému, které provádějí funkce zbývajících nižších vrstev modelu OSI. OSI model.

Aplikace koncového uživatele může používat nástroje pro interakci se systémem nejen k organizaci dialogu s jinou aplikací běžící na jiném počítači, ale také jednoduše k přijímání služeb určité síťové služby, například přístupu ke vzdáleným souborům, přijímání pošty nebo tisku na sdílená tiskárna.

Řekněme tedy, že aplikace zadá požadavek na aplikační vrstvu, jako je například souborová služba. Na základě tohoto požadavku vygeneruje software na aplikační úrovni zprávu ve standardním formátu, která obsahuje servisní informace (záhlaví) a případně přenášená data. Tato zpráva je poté předána reprezentativní úrovni. Prezentační vrstva přidá svou hlavičku ke zprávě a předá výsledek vrstvě relace, která zase přidá svou hlavičku a tak dále. Některé implementace protokolu zajišťují, že zpráva obsahuje nejen hlavičku, ale také upoutávku. Nakonec se zpráva dostane do nejnižší, fyzické vrstvy, která ji skutečně přenáší po komunikačních linkách.

Když zpráva dorazí na jiný počítač po síti, posune se postupně z úrovně na úroveň. Každá úroveň analyzuje, zpracovává a maže hlavičku své úrovně, provádí funkce odpovídající této úrovni a předává zprávu vyšší úrovni.

Kromě termínu „zpráva“ existují další názvy používané síťovými specialisty k označení jednotky výměny dat. Normy ISO pro protokoly jakékoli úrovně používají termín „protokolová datová jednotka“ - Protocol Data Unit (PDU). Kromě toho se často používají názvy rám, paket a datagram.

Funkce vrstvy modelu ISO/OSI

Fyzická vrstva: Tato vrstva se zabývá přenosem bitů přes fyzické kanály, jako je koaxiální kabel, kroucená dvoulinka nebo kabel z optických vláken. Tato úroveň souvisí s charakteristikami fyzických médií pro přenos dat, jako je šířka pásma, odolnost proti šumu, charakteristická impedance a další. Na stejné úrovni se zjišťují charakteristiky elektrických signálů, jako jsou požadavky na hrany impulzů, napěťové nebo proudové úrovně přenášeného signálu, typ kódování a rychlost přenosu signálu. Kromě toho jsou zde standardizovány typy konektorů a účel každého kontaktu.

Funkce fyzické vrstvy jsou implementovány ve všech zařízeních připojených k síti. Na straně počítače jsou funkce fyzické vrstvy prováděny síťovým adaptérem nebo sériovým portem.

Příkladem protokolu fyzické vrstvy je specifikace technologie 10Base-T Ethernet, která definuje použitý kabel jako nestíněný kroucený pár kategorie 3 s charakteristickou impedancí 100 Ohmů, konektor RJ-45, maximální délka fyzického segmentu 100 metrů, Manchester kód pro reprezentaci dat na kabelu a dalších charakteristik prostředí a elektrických signálů.

Data Link Layer: Fyzická vrstva jednoduše přenáší bity. To nebere v úvahu, že v některých sítích, ve kterých komunikační linky používá (sdílí) střídavě několik párů interagujících počítačů, může být fyzické přenosové médium obsazeno. Proto je jedním z úkolů spojové vrstvy kontrola dostupnosti přenosového média. Dalším úkolem spojové vrstvy je implementace mechanismů detekce chyb a oprav. Za tímto účelem jsou bity ve vrstvě datového spojení seskupeny do sad nazývaných rámce. Linková vrstva zajišťuje, že každý rámec je přenášen správně, umístěním speciální sekvence bitů na začátek a konec každého rámce pro jeho označení, a také vypočítá kontrolní součet tak, že sečte všechny bajty rámce určitým způsobem a přidá kontrolní součet. do rámu. Když rámec dorazí, přijímač opět vypočítá kontrolní součet přijatých dat a porovná výsledek s kontrolním součtem z rámce. Pokud se shodují, je rámec považován za správný a přijatý. Pokud se kontrolní součty neshodují, je zaznamenána chyba.

Protokoly linkové vrstvy používané v lokálních sítích obsahují určitou strukturu spojení mezi počítači a způsoby jejich adresování. Přestože vrstva datového spojení zajišťuje doručování rámců mezi libovolnými dvěma uzly v místní síti, dělá to pouze v síti s velmi specifickou topologií připojení, přesně tou topologií, pro kterou byla navržena. Typické topologie podporované protokoly spojové vrstvy LAN zahrnují sdílenou sběrnici, kruh a hvězdu. Příklady protokolů spojové vrstvy jsou Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

V lokálních sítích používají protokoly linkové vrstvy počítače, mosty, přepínače a směrovače. V počítačích jsou funkce linkové vrstvy implementovány společným úsilím síťových adaptérů a jejich ovladačů.

V globálních sítích, které mají jen zřídka pravidelnou topologii, zajišťuje spojová vrstva výměnu zpráv mezi dvěma sousedními počítači propojenými individuální komunikační linkou. Příklady protokolů typu point-to-point (jak se takové protokoly často nazývají) jsou široce používané protokoly PPP a LAP-B.

Úroveň sítě Tato úroveň slouží k vytvoření jednotného dopravního systému, který sjednocuje několik sítí s různými principy přenosu informací mezi koncovými uzly. Podívejme se jako příklad na funkce síťové vrstvy pomocí lokálních sítí. Lokální síťový protokol linkové vrstvy zajišťuje doručování dat mezi libovolnými uzly pouze v síti s příslušnými typická topologie. Jedná se o velmi přísné omezení, které neumožňuje budovat sítě s rozvinutou strukturou, například sítě, které kombinují několik podnikových sítí do jedné sítě, nebo vysoce spolehlivé sítě, ve kterých jsou redundantní spojení mezi uzly. Aby byla na jedné straně zachována jednoduchost postupů přenosu dat pro standardní topologie a na druhé straně umožněno použití libovolných topologií, je použita další síťová vrstva. Na této úrovni je zaveden pojem „síť“. Síť je v tomto případě chápána jako soubor počítačů vzájemně propojených v souladu s jednou ze standardních typických topologií a využívajících k přenosu dat jeden z protokolů spojové vrstvy definovaných pro tuto topologii.

V rámci sítě je tedy doručování dat regulováno linkovou vrstvou, ale doručování dat mezi sítěmi je řešeno síťovou vrstvou.

Obvykle se nazývají zprávy síťové vrstvy balíčky. Při organizaci doručování paketů na úrovni sítě se používá koncept "číslo sítě". V tomto případě se adresa příjemce skládá z čísla sítě a čísla počítače v této síti.

Sítě jsou vzájemně propojeny speciálními zařízeními zvanými routery. Směrovač je zařízení, které shromažďuje informace o topologii mezisíťových spojení a na jejich základě předává pakety síťové vrstvy do cílové sítě. Abyste mohli přenést zprávu od odesílatele umístěného v jedné síti k příjemci nacházejícímu se v jiné síti, musíte provést několik tranzitních přenosů (přeskoků) mezi sítěmi, pokaždé, když zvolíte vhodnou trasu. Trasa je tedy posloupnost směrovačů, kterými paket prochází.

Problém výběru nejlepší cesty se říká směrování a jeho řešení je hlavním úkolem síťové úrovně. Tento problém je komplikován tím, že nejkratší cesta není vždy ta nejlepší. Často je kritériem pro výběr trasy doba přenosu dat po této trase, záleží na kapacitě komunikačních kanálů a intenzitě provozu, která se může v čase měnit. Některé směrovací algoritmy se snaží přizpůsobit změnám zatížení, zatímco jiné se rozhodují na základě dlouhodobých průměrů. Trasu lze vybrat na základě dalších kritérií, například spolehlivosti přenosu.

Na úrovni sítě jsou definovány dva typy protokolů. První typ se týká definice pravidel pro přenos datových paketů koncového uzlu z uzlu do routeru a mezi routery. To jsou protokoly, které jsou obvykle míněny, když lidé mluví o protokolech síťové vrstvy. Síťová vrstva také zahrnuje další typ protokolu tzv směrovací protokoly výměny informací. Pomocí těchto protokolů shromažďují směrovače informace o topologii síťových připojení. Protokoly síťové vrstvy jsou implementovány softwarovými moduly operačního systému a také softwarem a hardwarem routeru.

Příklady protokolů síťové vrstvy jsou protokol TCP/IP stack IP Internetwork Protocol a Novell IPX stack Internetwork Protocol.

Transportní vrstva: Na cestě od odesílatele k příjemci mohou být pakety poškozeny nebo ztraceny. Zatímco některé aplikace mají své vlastní zpracování chyb, jsou jiné, které se raději vypořádají se spolehlivým připojením hned. Úkolem transportní vrstvy je zajistit, aby aplikace nebo horní vrstvy zásobníku – aplikace a relace – přenášely data se stupněm spolehlivosti, který vyžadují. Model OSI definuje pět tříd služeb poskytovaných transportní vrstvou. Tyto typy služeb se vyznačují kvalitou poskytovaných služeb: naléhavostí, schopností obnovit přerušenou komunikaci, dostupností prostředků pro multiplexování více spojení mezi různými aplikačními protokoly prostřednictvím společného transportního protokolu, a co je nejdůležitější, schopností detekovat a opravit chyby přenosu, jako je zkreslení, ztráta a duplikace paketů.

Volba třídy služeb transportní vrstvy je dána jednak tím, do jaké míry je problém zajištění spolehlivosti řešen samotnými aplikacemi a protokoly na úrovních vyšších než transport, a jednak tato volba závisí na tom, jak spolehlivý, celý systém přenosu dat je online. Pokud je tedy například kvalita komunikačních kanálů velmi vysoká a pravděpodobnost chyb neodhalených protokoly nižší úrovně je malá, pak je rozumné použít některou ze služeb odlehčené transportní vrstvy, která není zatížena četnými kontrolami. , handshaking a další techniky pro zvýšení spolehlivosti. Pokud jsou vozidla zpočátku velmi nespolehlivá, pak je vhodné obrátit se na nejrozvinutější službu transportní vrstvy, která pracuje s maximálními prostředky pro detekci a eliminaci chyb – pomocí předběžného navázání logického spojení, sledování doručení zpráv pomocí kontrolních součtů a cyklické číslování paketů, stanovení doručovacích časů atd.

Zpravidla všechny protokoly, počínaje transportní vrstvou a výše, jsou implementovány softwarem koncových uzlů sítě - komponentami jejich síťových operačních systémů. Příklady přenosových protokolů zahrnují protokoly TCP a UDP zásobníku TCP/IP a protokol SPX zásobníku Novell.

Vrstva relace: Vrstva relace poskytuje správu konverzace pro záznam, která strana je aktuálně aktivní, a také poskytuje možnosti synchronizace. Ty umožňují vkládat kontrolní body do dlouhých přenosů, takže se v případě selhání můžete vrátit k poslednímu kontrolnímu bodu, místo abyste začínali znovu. V praxi používá vrstvu relace jen málo aplikací a málokdy je implementována.

Prezentační vrstva: Tato vrstva poskytuje záruku, že informace přenášené aplikační vrstvou budou pochopeny aplikační vrstvou v jiném systému. V případě potřeby prezentační vrstva převede datové formáty do nějakého běžného prezentačního formátu a na recepci podle toho provede zpětnou konverzi. Aplikační vrstvy tak mohou překonat například syntaktické rozdíly v reprezentaci dat. Na této úrovni lze provádět šifrování a dešifrování dat, díky čemuž je zajištěna tajnost výměny dat pro všechny aplikační služby najednou. Příkladem protokolu, který funguje na prezentační vrstvě, je protokol Secure Socket Layer (SSL), který poskytuje zabezpečené zasílání zpráv pro protokoly aplikační vrstvy zásobníku TCP/IP.

Aplikační vrstva Aplikační vrstva je ve skutečnosti jen soubor různých protokolů, jejichž prostřednictvím uživatelé sítě přistupují ke sdíleným zdrojům, jako jsou soubory, tiskárny nebo hypertextové webové stránky, a také organizují svou spolupráci, například pomocí protokolu elektronické pošty. Obvykle se nazývá jednotka dat, se kterou aplikační vrstva pracuje zpráva .

Existuje velmi široká škála protokolů aplikační vrstvy. Uveďme jako příklady alespoň několik nejběžnějších implementací souborových služeb: NCP v operačním systému Novell NetWare, SMB v Microsoft Windows NT, NFS, FTP a TFTP, které jsou součástí TCP/IP stacku.

Model OSI, i když je velmi důležitý, je pouze jedním z mnoha komunikačních modelů. Tyto modely a jejich přidružené zásobníky protokolů se mohou lišit v počtu vrstev, jejich funkcích, formátech zpráv, službách poskytovaných na vyšších vrstvách a dalších parametrech.

Charakteristika oblíbených zásobníků komunikačních protokolů

K interakci počítačů v sítích tedy dochází v souladu s určitými pravidly pro výměnu zpráv a jejich formátů, to znamená v souladu s určitými protokoly. Hierarchicky organizovaná sada protokolů, které řeší problém interakce mezi uzly sítě, se nazývá zásobník komunikačních protokolů.

Existuje mnoho zásobníků protokolů, které jsou široce používány v sítích. Jedná se o zásobníky, které jsou mezinárodními a národními standardy, a proprietární zásobníky, které se rozšířily díky rozšíření zařízení od konkrétní společnosti. Příklady oblíbených zásobníků protokolů zahrnují zásobník IPX/SPX společnosti Novell, zásobník TCP/IP používaný na internetu a mnoha sítích založených na operačním systému UNIX, zásobník OSI Mezinárodní organizace pro standardy, zásobník DECnet společnosti Digital Equipment Corporation a několik dalších. ostatní.

Použití konkrétního zásobníku komunikačních protokolů v síti do značné míry určuje tvář sítě a její vlastnosti. Menší sítě mohou používat pouze jeden zásobník. Ve velkých podnikových sítích, které propojují různé sítě, se obvykle používá několik zásobníků paralelně.

Komunikační zařízení implementuje protokoly nižší vrstvy, které jsou standardizovanější než protokoly vyšších vrstev, a to je předpokladem úspěšné spolupráce mezi zařízeními různých výrobců. Seznam protokolů podporovaných konkrétním komunikačním zařízením je jednou z nejdůležitějších vlastností tohoto zařízení.

Počítače implementují komunikační protokoly ve formě odpovídajících softwarových prvků síťového operačního systému, například protokoly na úrovni linky jsou obvykle implementovány ve formě ovladačů síťových adaptérů a protokoly vyšší úrovně jsou implementovány ve formě serverových a klientských komponent. síťových služeb.

Schopnost dobře pracovat v konkrétním prostředí operačního systému je důležitou vlastností komunikačních zařízení. V reklamách na síťový adaptér nebo rozbočovač se často můžete dočíst, že byly navrženy speciálně pro práci v síti NetWare nebo UNIX. To znamená, že vývojáři hardwaru optimalizovali jeho vlastnosti pro protokoly používané v daném síťovém operačním systému nebo pro danou verzi jejich implementace, pokud se tyto protokoly používají v různých operačních systémech. Vzhledem ke zvláštnostem implementace protokolů v různých operačních systémech je jednou z charakteristik komunikačního zařízení jeho certifikace pro schopnost pracovat v prostředí daného operačního systému.

Na nižších úrovních – fyzické a datové spojení – téměř všechny zásobníky používají stejné protokoly. Jedná se o dobře standardizované protokoly: Ethernet, Token Ring, FDDI a některé další, které umožňují použití stejného zařízení ve všech sítích.

Síťové protokoly a protokoly vyšších vrstev stávajících standardních zásobníků jsou vysoce variabilní a obecně neodpovídají vrstvení doporučenému modelem ISO. Tyto zásobníky často kombinují funkce relace a prezentační vrstvy s aplikační vrstvou. Tento rozpor je způsoben tím, že model ISO se objevil jako výsledek zobecnění již existujících a skutečně používaných zásobníků, a nikoli naopak.

zásobník OSI

Je třeba rozlišovat mezi zásobníkem protokolů OSI a modelem OSI. Zatímco OSI model koncepčně definuje postup pro interakci otevřených systémů, rozkládá úlohu do 7 vrstev, standardizuje účel každé vrstvy a zavádí standardní názvy pro vrstvy, OSI stack je sada velmi specifických specifikací protokolů, které tvoří konzistentní zásobník protokolů. Tento zásobník protokolů je podporován vládou USA ve svém programu GOSIP. Všechny vládní počítačové sítě instalované po roce 1990 musí buď přímo podporovat zásobník OSI, nebo poskytovat prostředky pro migraci na zásobník v budoucnu. OSI stack je však populárnější v Evropě než v USA, protože Evropa má méně instalovaných starších sítí, které používají své vlastní protokoly. V Evropě je také velká potřeba společného zásobníku, protože existuje tolik různých zemí.

Jedná se o mezinárodní standard nezávislý na výrobci. Může umožnit spolupráci mezi korporacemi, partnery a dodavateli. Tuto interakci komplikuje řešení problémů, pojmenování a zabezpečení dat. Všechny tyto problémy jsou částečně vyřešeny v zásobníku OSI. Protokoly OSI vyžadují velký výpočetní výkon CPU, takže jsou vhodnější pro výkonné stroje než pro sítě osobních počítačů. Většina organizací přechod na OSI stack teprve plánuje. Mezi těmi, kteří pracují tímto směrem, je ministerstvo námořnictva USA a síť NFSNET. Jedním z největších výrobců podporujících OSI je AT&T. Jeho síť Stargroup je zcela založena na zásobníku OSI.

Z pochopitelných důvodů OSI stack, na rozdíl od jiných standardních stacků, plně vyhovuje modelu propojení OSI, obsahuje specifikace pro všech sedm vrstev modelu propojení otevřených systémů (obrázek 1.3).

Rýže. 1.3. zásobník OSI

Na OSI stack podporuje protokoly Ethernet, Token Ring, FDDI a také protokoly LLC, X.25 a ISDN. Tyto protokoly budou podrobně rozebrány v dalších částech příručky.

Služby síť, doprava a relaceúrovně jsou také k dispozici v OSI stack, ale nejsou příliš běžné. Síťová vrstva implementuje protokoly bez připojení i protokoly založené na připojení. Protokol přenosu zásobníku OSI, konzistentní s funkcemi pro něj definovanými v modelu OSI, skrývá rozdíly mezi síťovými službami orientovanými na připojení a síťovými službami bez připojení, takže uživatelé obdrží požadovanou kvalitu služeb bez ohledu na základní síťovou vrstvu. Aby toho bylo dosaženo, transportní vrstva vyžaduje, aby uživatel specifikoval požadovanou kvalitu služby. Je definováno 5 tříd dopravní obslužnosti od nejnižší třídy 0 po nejvyšší třídu 4, které se liší mírou chybovosti a požadavky na obnovu dat po chybách.

Služby aplikační úroveň zahrnují přenos souborů, emulaci terminálu, adresářové služby a poštu. Z nich jsou nejslibnější adresářová služba (standard X.500), elektronická pošta (X.400), protokol virtuálního terminálu (VT), protokol pro přenos souborů, přístup a správu (FTAM), protokol pro přeposílání a správu úloh (JTM) . V poslední době ISO soustředí své úsilí na služby nejvyšší úrovně.

Doporučení X.400 definují následující minimální požadovanou sadu služeb, které mají být uživatelům poskytovány: řízení přístupu, údržba jedinečných identifikátorů systémových zpráv, oznámení o doručení nebo nedoručení zprávy s uvedením důvodu, indikace typu obsahu zprávy, indikace konverze obsahu zprávy, přenos a časová razítka doručení, výběr kategorie doručení (urgentní, neurgentní, normální), multicast doručení, zpožděné doručení (až do určitého okamžiku), transformace obsahu na rozhraní s nekompatibilními poštovními systémy, jako jsou telexové a faxové služby, dotazování, zda byla doručena konkrétní zpráva, e-mailové konference, které mohou mít vnořenou strukturu, prostředky k ochraně zpráv před neoprávněným přístupem, založené na asymetrickém kryptosystému veřejného klíče.

Účel doporučení X,500 je vyvinout globální standardy help desk. Proces doručení zprávy vyžaduje znalost adresy příjemce, což je ve velkých sítích problém, proto je nutné mít help desk, který pomáhá získat adresy odesílatelů a příjemců. Služba X.500 je obecně distribuovaná databáze jmen a adres. Všichni uživatelé se mohou potenciálně přihlásit do této databáze pomocí specifické sady atributů.

V databázi jmen a adres jsou definovány následující operace:

• čtení - získání adresy pod známým jménem,
• požadavek - získání jména na základě známých atributů adresy,
• modifikace zahrnující mazání a přidávání záznamů v databázi.

Hlavní problémy při implementaci doporučení X.500 vyplývají z rozsahu tohoto projektu, který má být celosvětovou referenční službou. Proto je software implementující doporučení X.500 velmi těžkopádný a klade vysoké nároky na výkon hardwaru.

Protokol VTřeší problém nekompatibility mezi různými protokoly emulace terminálu. V současné době si uživatel osobního počítače kompatibilního s IBM PC, aby mohl současně pracovat s počítači VAX, IBM 3090 a HP9000, musí zakoupit tři různé programy pro emulaci terminálů různých typů a používajících různé protokoly. Pokud by každý hostitelský počítač měl software protokolu emulace terminálu ISO, pak by uživatel potřeboval pouze jeden program, který podporuje protokol VT. ISO ve svém standardu nashromáždilo široce používané funkce emulace terminálu.

Přenos souborů je nejběžnější počítačová služba. Přístup k souborům, místním i vzdáleným, potřebují všechny aplikace – textové editory, e-mail, databáze nebo vzdálené spouštěcí programy. ISO takovou službu v protokolu poskytuje FTAM. Spolu se standardem X.400 je nejoblíbenějším standardem zásobníku OSI. FTAM poskytuje zařízení pro lokalizaci a přístup k obsahu souboru a obsahuje sadu direktiv pro vkládání, nahrazování, rozšiřování a mazání obsahu souboru. FTAM také poskytuje prostředky pro manipulaci se souborem jako celkem, včetně vytváření, mazání, čtení, otevírání, zavírání souboru a výběru jeho atributů.

Forwarding and Work Control Protocol JTM Umožňuje uživatelům předávat práci, kterou je třeba dokončit na hostitelském počítači. Jazyk řízení úloh, který umožňuje odeslání úlohy, říká hostitelskému počítači, jaké akce by měly být provedeny s jakými programy a soubory. Protokol JTM podporuje tradiční dávkové zpracování, zpracování transakcí, vzdálené zadávání úloh a distribuovaný přístup k databázi.

zásobník TCP/IP

Zásobník TCP/IP, nazývaný také zásobník DoD a zásobník Internetu, je jedním z nejoblíbenějších a nejslibnějších zásobníků komunikačních protokolů. Pokud je v současné době distribuován převážně v sítích s OS UNIX, je jeho implementace v nejnovějších verzích síťových operačních systémů pro osobní počítače (Windows NT, NetWare) dobrým předpokladem pro rychlý růst počtu instalací TCP/ zásobník IP.

Stack byl vyvinut z iniciativy amerického ministerstva obrany (DoD) před více než 20 lety za účelem propojení experimentální sítě ARPAnet s dalšími satelitními sítěmi jako soubor společných protokolů pro heterogenní výpočetní prostředí. Síť ARPA podporovala vývojáře a výzkumníky ve vojenských oblastech. V síti ARPA byla komunikace mezi dvěma počítači prováděna pomocí internetového protokolu (IP), který je dodnes jedním z hlavních v zásobníku TCP / IP a objevuje se v názvu zásobníku.

Univerzita Berkeley významně přispěla k vývoji zásobníku TCP/IP implementací protokolů zásobníku do své verze operačního systému UNIX. Široké přijetí operačního systému UNIX také vedlo k širokému přijetí IP a dalších protokolů zásobníku. Tento zásobník také pohání internet, jehož Internet Engineering Task Force (IETF) je hlavním přispěvatelem k vývoji standardů zásobníku publikovaných ve formě specifikací RFC.

Vzhledem k tomu, že zásobník TCP/IP byl vyvinut před příchodem modelu propojení otevřených systémů ISO/OSI, ačkoli má také víceúrovňovou strukturu, je soulad úrovní zásobníku TCP/IP s úrovněmi modelu OSI spíše podmíněný. .

Struktura protokolů TCP/IP je znázorněna na obrázku 1.4. Protokoly TCP/IP jsou rozděleny do 4 vrstev.

Rýže. 1.4. zásobník TCP/IP

Ta nejnižší ( stupeň IV ) - úroveň síťových rozhraní - odpovídá úrovni fyzického a datového spoje modelu OSI. Tato úroveň v protokolech TCP/IP není regulována, ale podporuje všechny oblíbené standardy fyzické a datové vrstvy: pro lokální kanály to jsou Ethernet, Token Ring, FDDI, pro globální kanály - jejich vlastní protokoly pro provoz na analogových dial- up a pronajaté linky SLIP/PPP, které navazují spojení point-to-point přes sériové linky WAN a protokoly WAN X.25 a ISDN. Byla také vyvinuta speciální specifikace, která definuje použití technologie ATM jako přenos vrstvy datového spoje.

Další úroveň ( stupeň III ) je mezisíťová vrstva, která se zabývá přenosem datagramů pomocí různých lokálních sítí, X.25 oblastních sítí, ad hoc linek atd. Zásobník používá protokol IP, který byl původně navržen jako protokol pro přenos paketů v kompozitních sítích skládajících se z velkého počtu lokálních sítí propojených jak lokálními, tak globálními spojeními. Proto IP protokol funguje dobře v sítích se složitými topologiemi, racionálně využívající přítomnost subsystémů v nich a ekonomicky využívající šířku pásma nízkorychlostních komunikačních linek. IP protokol je datagramový protokol.

Úroveň mezisíťového propojení také zahrnuje všechny protokoly související s kompilací a úpravou směrovacích tabulek, jako jsou protokoly pro sběr směrovacích informací. R.I.P.(Směrovací internetový protokol) a OSPF(Nejdříve otevřete nejkratší cestu) a také protokol Internet Control Message Protocol ICMP(Internet Control Message Protocol). Posledně jmenovaný protokol je určen k výměně informací o chybách mezi routerem a bránou, zdrojovým systémem a cílovým systémem, tedy k organizaci zpětné vazby. Pomocí speciálních ICMP paketů je hlášeno, že není možné doručit paket, že byla překročena životnost nebo doba sestavení paketu z fragmentů, anomální hodnoty parametrů, změna přesměrovací cesty a typu služby, stav systému atd.

Další úroveň ( stupeň II) se nazývá základní. Na této úrovni funguje protokol řízení přenosu TCP(Transmission Control Protocol) a User Datagram Protocol UDP(Protokol uživatele Datagram). Protokol TCP poskytuje stabilní virtuální spojení mezi procesy vzdálených aplikací. Protokol UDP zajišťuje přenos aplikačních paketů metodou datagramu, tedy bez navazování virtuálního spojení, a proto vyžaduje menší režii než TCP.

Nejvyšší úroveň ( úroveň I) se nazývá aplikovaný. Během mnoha let používání v sítích různých zemí a organizací nashromáždil zásobník TCP/IP velké množství protokolů a služeb na aplikační úrovni. Patří mezi ně tak široce používané protokoly, jako je protokol kopírování souborů FTP, protokol emulace terminálu telnet, poštovní protokol SMTP používaný v internetovém e-mailu a jeho ruská pobočka RELCOM, hypertextové služby pro přístup k informacím na dálku, jako je WWW a mnoho dalších. Podívejme se blíže na některé z nich, které nejvíce souvisejí s tématy tohoto kurzu.

Protokol SNMP(Simple Network Management Protocol) se používá k organizaci správy sítě. Problém řízení je zde rozdělen na dva problémy. První úkol souvisí s přenosem informací. Protokoly přenosu řídicích informací určují postup interakce mezi serverem a klientským programem spuštěným na hostitelském počítači správce. Definují formáty zpráv, které si vyměňují klienti a servery, a také formáty jmen a adres. Druhá výzva souvisí s kontrolovanými daty. Standardy upravují, jaká data by měla být ukládána a shromažďována v branách, názvy těchto dat a syntaxe těchto jmen. Standard SNMP definuje specifikaci pro informační databázi správy sítě. Tato specifikace, známá jako Management Information Base (MIB), definuje datové prvky, které musí hostitel nebo brána ukládat, a přípustné operace s nimi.

Protokol přenosu souborů FTP(File Transfer Protocol) implementuje vzdálený přístup k souborům. Aby byl zajištěn spolehlivý přenos, používá FTP jako svůj přenos protokol orientovaný na připojení - TCP. Kromě protokolu pro přenos souborů nabízí FTP další služby. To dává uživateli možnost interaktivně komunikovat se vzdáleným počítačem, například může tisknout obsah jeho adresářů. FTP umožňuje uživateli určit typ a formát dat, která mají být uložena. Nakonec FTP ověřuje uživatele. Před přístupem k souboru protokol vyžaduje, aby uživatelé poskytli své uživatelské jméno a heslo.

V zásobníku TCP/IP nabízí FTP nejkomplexnější sadu souborových služeb, ale je také nejobtížnější na programování. Aplikace, které nevyžadují všechny možnosti FTP, mohou používat jiný, cenově výhodnější protokol – Simple File Transfer Protocol TFTP(triviální protokol pro přenos souborů). Tento protokol implementuje pouze přenos souborů a použitý přenos je jednodušší než TCP, nespojovaný protokol - UDP.

Protokol telnet poskytuje přenos proudu bajtů mezi procesy, stejně jako mezi procesem a terminálem. Tento protokol se nejčastěji používá k emulaci vzdáleného počítačového terminálu.

zásobník IPX/SPX

Tento zásobník je původní protokolový zásobník Novell, který společnost vyvinula pro svůj síťový operační systém NetWare již na počátku 80. let. Protokoly Internetwork Packet Exchange (IPX) a Sequenced Packet Exchange (SPX), které dávají zásobníku jeho jméno, jsou přímou adaptací protokolů XNS společnosti Xerox, které jsou mnohem méně běžné než IPX/SPX. Pokud jde o instalace, vedou protokoly IPX/SPX, a to díky tomu, že samotný OS NetWare zaujímá přední místo s podílem instalací celosvětově přibližně 65 %.

Rodina protokolů Novell a jejich korespondence s modelem ISO/OSI jsou uvedeny na obrázku 1.5.

Rýže. 1.5. zásobník IPX/SPX

Na fyzické a datové linky Sítě Novell používají všechny oblíbené protokoly těchto úrovní (Ethernet, Token Ring, FDDI a další).

Na úroveň sítě protokol funguje v zásobníku Novell IPX a také protokoly pro výměnu směrovacích informací R.I.P. A NLSP(analogicky k protokolu OSPF zásobníku TCP/IP). IPX je protokol, který se zabývá adresováním a směrováním paketů v sítích Novell. Rozhodnutí o směrování IPX jsou založena na polích adresy v hlavičce paketu a také na informacích z protokolů výměny směrovacích informací. IPX například používá informace poskytované buď protokolem RIP nebo NLSP (NetWare Link State Protocol) k předávání paketů do cílového počítače nebo dalšího směrovače. Protokol IPX podporuje pouze datagramový způsob výměny zpráv, díky čemuž ekonomicky spotřebovává výpočetní prostředky. Protokol IPX tedy poskytuje tři funkce: nastavení adresy, vytvoření trasy a odesílání datagramů.

Transportní vrstva modelu OSI v zásobníku Novell odpovídá protokolu SPX, který provádí spojově orientovaný přenos zpráv.

Na vrcholu úrovně aplikace, prezentace a relace Protokoly NCP a SAP fungují. Protokol NCP(NetWare Core Protocol) je protokol pro interakci mezi serverem NetWare a prostředím pracovní stanice. Tento protokol aplikační vrstvy implementuje architekturu klient-server v horních vrstvách modelu OSI. Pomocí funkcí tohoto protokolu se pracovní stanice připojuje k serveru, mapuje adresáře serveru na písmena místních jednotek, skenuje souborový systém serveru, kopíruje vzdálené soubory, mění jejich atributy atd. a také sdílí síťovou tiskárnu mezi pracovními stanicemi.

Servery a směrovače používají SAP k propagaci svých služeb a síťových adres. Protokol SAP umožňuje síťovým zařízením neustále aktualizovat informace o tom, jaké služby jsou aktuálně dostupné v síti. Při spuštění servery používají SAP k informování zbytku sítě o svých službách. Když se server vypne, použije SAP k oznámení sítě, že jeho služby skončily.

V sítích Novell odesílají servery NetWare 3.x pakety vysílání SAP každou minutu. Pakety SAP výrazně zanášejí síť, takže jedním z hlavních úkolů směrovačů, které přistupují ke globální komunikaci, je filtrování provozu ze SAP paketů a RIP paketů.

Vlastnosti zásobníku IPX/SPX jsou dány vlastnostmi operačního systému NetWare, konkrétně orientací jeho raných verzí (až 4.0) pro práci v malých lokálních sítích sestávajících z osobních počítačů se skromnými zdroji. Proto Novell potřeboval protokoly, které vyžadovaly minimální množství paměti RAM (omezené v počítačích kompatibilních s IBM se systémem MS-DOS na 640 kB) a které by rychle běžely na procesorech s nízkou spotřebou. V důsledku toho protokoly zásobníku IPX/SPX až donedávna fungovaly dobře v místních sítích a ne tak dobře ve velkých podnikových sítích, protože přetěžovaly pomalá globální spojení pakety vysílání, které jsou intenzivně využívány několika protokoly v tomto zásobníku (např. navázat komunikaci mezi klienty a servery).

Tato okolnost, stejně jako skutečnost, že zásobník IPX/SPX je majetkem společnosti Novell a k jeho implementaci vyžaduje licenci, dlouhodobě omezuje jeho distribuci pouze na sítě NetWare. V době vydání NetWare 4.0 však Novell provedl a nadále provádí velké změny svých protokolů, jejichž cílem je přizpůsobit je pro práci v podnikových sítích. Nyní je stack IPX/SPX implementován nejen v NetWare, ale také v několika dalších populárních síťových operačních systémech - SCO UNIX, Sun Solaris, Microsoft Windows NT.

Zásobník NetBIOS/SMB

Microsoft a IBM spolupracovaly na síťových nástrojích pro osobní počítače, takže zásobník protokolů NetBIOS/SMB je jejich společným duchovním dítětem. Nástroje NetBIOS se objevily v roce 1984 jako síťové rozšíření standardních funkcí základního input/output systému (BIOS) IBM PC pro síťový program IBM PC Network, který na aplikační úrovni (obr. 1.6) využíval SMB (Server Message Block) protokol pro implementaci síťových služeb.

Rýže. 1.6. Zásobník NetBIOS/SMB

Protokol NetBIOS pracuje na třech úrovních modelu interakce otevřených systémů: síť, doprava a relace. NetBIOS může poskytovat vyšší úroveň služeb než protokoly IPX a SPX, ale nemá možnosti směrování. NetBIOS tedy není síťový protokol v pravém slova smyslu. NetBIOS obsahuje mnoho užitečných síťových funkcí, které lze přiřadit vrstvě sítě, transportu a relaci, ale nelze jej použít ke směrování paketů, protože protokol pro výměnu rámců NetBIOS nezavádí takový koncept jako síť. To omezuje použití protokolu NetBIOS na místní sítě, které nejsou podsítěmi. NetBIOS podporuje komunikaci založenou na datagramech i připojení.

Protokol SMB, odpovídající aplikačním a reprezentativním úrovním modelu OSI, reguluje interakci pracovní stanice se serverem. Funkce SMB zahrnují následující operace:

• Správa relace. Vytvoření a přerušení logického kanálu mezi pracovní stanicí a síťovými prostředky souborového serveru.
• Přístup k souboru. Pracovní stanice může kontaktovat souborový server s požadavky na vytvoření a odstranění adresářů, vytvoření, otevření a zavření souborů, čtení a zápis do souborů, přejmenování a odstranění souborů, vyhledání souborů, získání a nastavení atributů souborů a uzamčení záznamů.
• Tisková služba. Pracovní stanice může řadit soubory do fronty pro tisk na serveru a získávat informace o tiskové frontě.
• Služba zasílání zpráv. SMB podporuje jednoduché zasílání zpráv s následujícími funkcemi: odeslání jednoduché zprávy; poslat vysílanou zprávu; odeslat začátek bloku zpráv; odeslat text bloku zprávy; odeslat konec bloku zpráv; předat uživatelské jméno; zrušit zásilku; získat název stroje.

Vzhledem k velkému počtu aplikací, které používají funkce API poskytované rozhraním NetBIOS, implementuje mnoho síťových operačních systémů tyto funkce jako rozhraní k jejich transportním protokolům. NetWare má program, který emuluje funkce NetBIOS založené na protokolu IPX, a existují softwarové emulátory pro NetBIOS pro Windows NT a zásobník TCP/IP.

Proč potřebujeme tyto cenné znalosti? (redakční)

Kolega mi jednou položil záludnou otázku. No, on říká, víte, co je model OSI... A proč ho potřebujete, jaký je praktický přínos těchto znalostí: pokud se nebudete předvádět před figurínami? Není to pravda, přínosem těchto znalostí je systematický přístup k řešení mnoha praktických problémů. Například:

• odstraňování problémů (