Модель OSI: уровни и интерфейс

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Факультет математики, информационных и авиационных технологий

Реферат

По дисциплине: «Основы построения инфокоммуникационных систем и сетей»

Тема: «Модель OSI. Уровни и интерфейса»

Ульяновск, 2023

Оглавление

1. Модель OSI

1.1 Модель OSI

1.2 Протоколы и интерфейсы модели OSI

1.3 Физический уровень (Physical Layer)

1.4 Канальный уровень (Data Link Layer)

1.5 Сетевой уровень (Network Layer)

1.6 Транспортный уровень (Transport Layer )

1.7 Сеансовый уровень (Session Layer)

1.8 Представительный уровень (Presentation Layer)

1.9 Прикладной уровень (Application Layer)

Заключение

Список литературы

Введение

В эпоху развития компьютерных сетей перед создателями возникла необходимость разработать стандарт, который бы обеспечивал возможность взаимодействия различных устройств между собой. Иначе многие возникшие в то время сети так бы и остались разделёнными, поскольку они основывались на совершенно разных протоколах и стеках протоколов, среди которых можно выделить, такие популярные в свое время стеки, как DECnet, TCP/IP и SNA, что логично вызывало несовместимость и крайнюю сложность проектов по объединению этих сетей. Тогда же и начали появляться первые стандарты на взаимодействие систем.

Такой академический подход к созданию нового стека начался с разработки модели OSI (базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем, Open Systems Interconnection Basic Reference Model) и занял семь лет (с 1977 по 1984 год). Она разрабатывалась в качестве универсального языка для сетевых специалистов, в связи с чем её иногда называют справочной моделью. Серьезное участие в разработке OSI приняли ISO (International Standards Organization) и ITU (International Telecommunication Union) в 1984 году шестилетняя работа ISO над эталонной моделью архитектуры сети передачи данных завершилась публикацией международного стандарта 7498, который был использован Международным союзом по телекоммуникациям при разработке стандарта ITU-T Х.200.

С тех пор её используют практически все производители сетевых продуктов. Как и любая универсальная модель, OSI довольно громоздка, избыточна и не отличается гибкостью. Поэтому реальные сетевые средства, предлагаемые рядом фирм, не всегда придерживаются принятого разделения функций.

1. Модель OSI

1.1 Модель OSI

Модель OSI (Open Systems Interconnection) - концептуальная модель, которая обобщает и стандартизирует представление средств сетевого взаимодействия в телекоммуникационных и компьютерных системах, независимо от их внутреннего устройства и используемых технологий.

Основная идея модели OSI состоит в том, что сторона отправителя должна преобразовать посредством последовательного перехода по семи уровням передаваемую информацию в форму, способную "пройти" по физическому каналу передачи данных, а принимающая сторона, выполнив обратные преобразования, представить информацию в виде, воспринимаемом пользователем. Это обеспечивается формализованными правилами - протоколами, определяющими последовательность и формат сообщений на каждом из семи уровней. При этом на одном и том же узле протоколы соседних уровней взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами, называемыми интерфейсом. Здесь интерфейс определяет набор услуг, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему уровню.

1.2 Протоколы и интерфейсы модели OSI

В компьютерных сетях идеологической основой стандартизации является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. Именно на основе этого подхода была разработана стандартная семиуровневая модель взаимодействия открытых систем, ставшая своего рода универсальным языком сетевых специалистов.

OSI состоит из двух основных частей:

абстрактная модель сетевого взаимодействия (семиуровневая модель)

набор специализированных протоколов взаимодействия

В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней:

Физический.

Канальный.

Сетевой.

Транспортный.

Сеансовый.

Представления.

Прикладной.

Первые три уровня описывают среду передачи данных.

Каждый уровень:

имеет дело с совершенно определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств.

обслуживает уровень, находящийся непосредственно над ним, и обслуживается уровнем, находящимся под ним.

В процессе передачи данных всегда участвуют устройство-отправитель, устройство-получатель, а также сами данные, которые должны быть переданы и получены. С точки зрения рядового пользователя задача элементарна -- нужно взять и отправить эти данные. Все, что происходит при отправке и приеме данных, детально описывает семиуровневая модель OSI.

Задачи компьютера ОТПРАВИТЕЛЯ:

Взять данные из приложения

Разбить их на мелкие пакеты, если большой объем

Подготовить к передаче, то есть указать маршрут следования, зашифровать и перекодировать в сетевой формат.

Задачи компьютера ПОЛУЧАТЕЛЯ:

Принять пакеты данных

Удалить из него служебную информацию

Скопировать данные в буфер

После полного приема всех пакетов сформировать из них исходный блок данных

Отдать его приложению

При передаче сообщений оба участника сетевого обмена должны принять множество соглашений. Например, они должны согласовать уровни и форму электрических сигналов, способ определения длины сообщений, договориться о методах контроля достоверности и т.п. Другими словами, соглашения должны быть приняты для всех уровней, начиная от самого нижнего уровня передачи битов, до самого высокого уровня, детализирующего, как информация должна быть интерпретирована. Такие формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколами.

Иерархически организованная совокупность протоколов, решающих задачу взаимодействия узлов сети называется стеком коммуникационных протоколов.

Протоколы соседних уровней, находящихся в одном узле, взаимодействуют друг с другом также в соответствии с четко определенными правилами и с помощью стандартизованных форматов сообщений. Эти правила принято называть интерфейсом. Интерфейс определяет набор услуг, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему.

В сущности, протокол и интерфейс выражают одно и то же понятие, но традиционно в сетях за ними закреплены разные области действия: протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы -- модулей соседних уровней в одном узле. Средства каждого уровня должны отрабатывать, во-первых, собственный протокол, а во-вторых, интерфейсы с соседними уровнями.

1.3 Физический уровень (Physical Layer)

Физический самый нижний уровень. Предназначен непосредственно для передачи потоков данных, осуществляет передачу оптических и электрических сигналов в кабель и соответственно их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов. Другими словами, осуществляет интерфейс между сетевым носителем и сетевым устройством. На физическом уровне работают концентраторы (Hub), повторители (Repeater), сетевые адаптеры.

Физический уровень определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют такие характеристики, как уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, физические соединители и другие аналогичные характеристики.

На физическом уровне рассматривают среды передачи данных: последовательный или параллельный порт, коаксиальный кабель, витая пара, радиоканал, оптоволокно, спутниковый интернет и т.д. Для передачи данных на физическом уровне существуют свои протоколы, то есть правила, по которым должен быть преобразован и передан сигнал с данными.

1.4 Канальный уровень (Data Link Layer)

Предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникать. Полученные с физического уровня данные он упаковывает во фреймы, проверяет на целостность если нужно исправляет ошибки и отправляет на сетевой уровень.

Каждый кадр позволяет передать 1446 байтов информации и содержит кроме служебной информации контрольную сумму кадра -- хэш-сумма, которая рассчитывается по данным перед передачей и после передачи позволяет проверить сохранность данных. После получения хэш-сумма вновь рассчитывается по пришедшим данным и должна совпасть с той, которая передаётся в кадре. Если совпадает, можно считать, что данные переданы верно. интерфейс протокол сетевой приложение

Канальный уровень обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный уровень отвечает за формирование пакетов (кадров) стандартного для данной сети (Ethernet, Token-Ring, FDDI) вида, включающих начальное и конечное управляющие поля. Здесь же производится управление доступом к сети, обнаруживаются ошибки передачи путем подсчета контрольных сумм, и производится повторная пересылка приемнику ошибочных пакетов.

1.5 Сетевой уровень (Network Layer)

Предназначен для определения пути передачи данных от отправителя к получателю через одну или несколько сетей. Кадры, полученные с предыдущего уровня, собираются в пакеты с адресами отправителя и получателя. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и заторов в сети. На этом уровне работают маршрутизаторы (Router).

Сети, использующие собственные технологии, могут связывать между собой любых пользователей своей сети, и не способны обеспечить передачу данных в другую сеть. Причинами такого положения вещей являются собственные форматы кадров каждой технологии и собственные стеки протоколов.

1.6 Транспортный уровень (Transport Layer )

Предоставляет прозрачную передачу данных между пользователями без ошибок, потерь и дублирования в той последовательности, как они были переданы. Транспортный уровень предоставляет исключительно механизм передачи данных, не отвечая за то, какие данные передаются, откуда и куда. На этом уровне поток данных делится на блоки, размер которых зависит от протокола.

Протоколы транспортного уровня могут обеспечивать различные функции, как например, проверка достоверности принятых данных, мультиплексирование данных, поддержание правильной последовательности принятых пакетов, а могут и не обеспечивать.

1.7 Сеансовый уровень (Session Layer)

Отвечает за поддержание сеанса связи, позволяя приложениям взаимодействовать между собой длительное время. Уровень управляет созданием завершением сеанса, обменом информацией, синхронизацией задач, определением права на передачу данных и поддержанием сеанса в периоды неактивности приложений. Синхронизация передачи обеспечивается помещением в поток данных контрольных точек, начиная с которых возобновляется процесс при нарушении взаимодействия. К этому уровню относятся сетевые порты (Sockets).

Существует три режима установки сеансов: симплексный (передача данных в одном направлении), полудуплексный (передача данных поочередно в двух направлениях) и полнодуплексный (передача данных одновременно в двух направлениях).

Сеансовый уровень может также вставлять в поток данных специальные контрольные точки, которые позволяют в ходе длинных передач сохранять информацию о состоянии этих передач в виде контрольных точек, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, а не начинать все с начала.

1.8 Представительный уровень (Presentation Layer)

Отвечает за преобразование протоколов кодирование и декодирование данных. Запросы приложений, полученные с уровня приложений, он преобразует в формат для передачи по сети, а полученные из сети данные преобразует в формат, понятный приложениям. На этом уровне может осуществляться сжатие распаковка или кодирование декодирование данных, а также перенаправление запросов другому сетевому ресурсу если они не могут обработать локально. Именно на этом уровне осуществляется, к примеру, декодирование и преобразование кодировок текста.

Кроме того, уровень Представления занят не только форматом и представлением фактических данных пользователя, но также структурами данных, которые используют программы. Поэтому кроме трансформации формата фактических данных (если она необходима), представительный уровень согласует синтаксис передачи данных для прикладного уровня.

1.9 Прикладной уровень (Application Layer)

Обеспечивает взаимодействие сети и пользовательских приложений. К некоторым функциям этого уровня относится идентификация партнёров соединения, проверка доступности ресурсов и клиентов и т.п.

При взаимодействии двух систем по сети данные проходят путь с уровня приложений к физическому, постепенно делясь на более мелкие сегменты и приобретая служебные заголовки уровней, по которым они проходят, передаются на физический уровень другой системы, где раскрываются в обратном порядке, проходя те же семь уровней модели. Служебные устройства, как например, роутеры, могут частично или полностью раскрывать проходящие через них данные до необходимого уровня, чтобы узнать данные, необходимые для своей функции.

Он обеспечивает услуги, непосредственно поддерживающие приложения пользователя, например, программные средства передачи файлов, доступа к базам данных, средства электронной почты, службу регистрации на сервере.

На седьмом уровне информация представляется в виде данных, на первом -- в виде бит. Процесс, когда информация отправляется и переходит из данных в биты, называется инкапсуляцией. Обратный процесс, когда информация, полученная в битах на первом уровне, переходит в данные на седьмом, называется декапсуляцией.

Заключение

Семиуровневая модель была принята в качестве стандарта ISO/IEC 7498, действующего по сей день, однако, модель имеет свои недостатки. Среди основных недостатков говорят о неподходящем времени, плохой технологии и поздней имплементации.

Первый недостаток -- это неподходящее время. На разработку модели было потрачено неоправданно большое количество времени, но разработчики не уделили достаточное внимание существующим в то время стандартам. Ведь уже на момент появления OSI другие компании были больше готовы работать с получившей широкое распространение моделью TCP/IP.

Вторым недостатком называют плохую технологию. Как основной довод в пользу того, что OSI -- это плохая технология, приводят распространенность стека TCP/IP. Протоколы OSI часто дублируют другу друга, функции распределены по уровням неравнозначно, а одни и те же задачи могут быть решены на разных уровнях. Даже изначальное описание архитектуры в распечатанном виде имеет толщину в один метр.

Модель OSI служит инструментом при диагностике сетей. Если в сети что-то не работает, то гораздо проще определить уровень, на котором произошла неполадка, чем пытаться перестроить всю сеть заново.

Зная архитектуру сети, гораздо проще её строить и диагностировать. Как нельзя построить дом, не зная его архитектуры, так невозможно построить сеть, не зная модели OSI. При проектировании важно учитывать все. Важно учесть взаимодействие каждого уровня с другими, насколько обеспечивается безопасность, шифрование данных внутри сети, какой прирост пользователей выдержит сеть без обрушения, будет ли возможно перенести сеть на другую машину и т.д. Каждый из перечисленных критериев укладывается в функции одного из семи уровней.

Список литературы

1. В.Г.Олифер, Н.А. Олифер - Компьютерные сети. 3-е изд. - М.: Питер, 2006. [Электронный ресурс].

2. Г. Хелд -Технологии передачи данных. 7-е изд. - М.: Питер, 2003. [Электронный ресурс].

3. Чернышов М.К.- Эталонная сетевая модель OSI: Учебно-методическое пособие-Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2011. [Электронный ресурс].

4. Чарльз Р. Северанс-Как работают компьютерные сети и интернет / пер. с англ. П. М. Бомбаковой - М.: ДМК Пресс, 2022 - 116 с.: [Электронный ресурс].

5. Галас, В. П.-Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник. Ч. 2. Сети и телекоммуникации / В. П. Галас; Владим. гос. ун-тим. А. Г. и Н. Г. Столетовых. - Владимир: Изд-во ВлГУ, 2017. [Электронный ресурс].

6. Сергеев А. Н.-Основы локальных компьютерных сетей: Учебное пособие. -- СПб. Издательство «Лань», 2016. -- 184 с.: [Электронный ресурс].

7. Таненбаум Э., Уэзеролл Д.-Компьютерные сети. 5-е изд. -- СПб.: Питер, 2012. -- 960 с.: [Электронный ресурс].

Размещено на Allbest.ru