Принципы построения компьютерных сетей

Термин «открытые системы» означает, что разные системы, работающие согласно этой модели, могут работать друг с другом, т.е. быть открытыми для друг друга.

Модель ISO/OSI представляет собой описания взаимодействия между процессами, протекающими в сети. Основой создания этой модели явилось принятие уровневой организации процессов сети. Эталонная модель OSI является семиуровневой системой, т.е. сетевые функции распределены между семью уровнями: прикладной, представительной сеансовой, транспортной, сетевой, канальной и физической.

Физический уровень называется самым нижним (первым), а прикладной самим верхним (седьмым ). Общая структура этой модели показана на рис 3.1.

Согласно модели OSI каждому уровню соответствуют различные сетевые операции, оборудование и протоколы. Каждый уровень выполняет несколько операций подготавливающих данные для переноса по сети между взаимодействующими компьютерами – от компьютера-отправителя к компьютеру–получателю.

Взаимодействие между смежными уровнями осуществляется через интерфейс. Интерфейс есть совокупность устройств и процедур на границе уровней для реализации механического, электрического и функционального сопряжения соответствующего оборудования этих уровней. Все запросы от одного уровня к другому передаются через интерфейс.

 

 

 

 

 

Протоколы обеспечивают взаимодействия между одноименными уровнями компьютера–отправителя и компьютера-получателя. При этом каждый уровень с обеих сторон работает так, будто он напрямую связан с уровнем другой стороны. Эта связь только логическая, или виртуальная, а реальная физическая связь, между взаимодействующими компьютерами на данный момент, осуществляется только по физическому уровню.

Сообщение, поступившее в исходную точку сети до подачи в сеть, разбивается на пакеты. Пакет (packet) – это единица данных, передаваемая между устройствами сети как единое целое. Пакет на передающей стороне проходит последовательно через все уровни и на каждом из них к нему добавляются некоторые служебные данные, форматирующего и адресного характера, необходимые для успешной передачи сообщения по сети.

После всех добавлений пакет передается по сети. На принимающей стороне он проходит через все уровни в обратном порядке. На каждом уровне принимающей стороны, анализируется полученное сообщение и удаляется добавленная часть соответствующего уровня передающей стороны. Когда пакет дойдет до Прикладного уровня вся добавленная часть будет удалена и сообщение примет свой первоначальный вид.

 

 

Рис. 3.1. Модели ISO/OSI

 

 

 

 

 

Таким образом, никакой иной уровень, за исключением Физического уровня, не может непосредственно послать сообщение соответствующему уровню другого компьютера. Поступившее сообщение на компьютере-отправителе проходит все уровни, потом на физическом уровне, по кабельной, оптоволоконной или беспроводной среде, передается физическому уровню компьютера–получателя. Здесь сообщение опять, но в обратном порядке, проходит сквозь все уровни и, наконец, на самом верхнем прикладном уровне принимает вид исходного сообщения и предоставляется получателю.

2. Уровни модели OSI

 

В модели OSI сетевые функции распределены между семью уровнями. Рассмотрим подробно эти уровни.

 

Прикладной уровень (Application layer)

Это самый верхний, седьмой, уровень модели OSI. Единица данных, которой оперирует Прикладной уровень, называется сообщением (message).

Перед конкретным компьютером сети, с одной стороны, потребителем-абонентом может быть поставлен вопрос об отправке по сети определенного сообщения со следующими, например, задачами: передать определенное сообщение другому потребителю–абоненту сети; запросить интересующие ему данные у других абонентов или из банка данных сети; потребовать разнообразные данные справочного характера, хранящиеся в специальных серверах сети; получить доступ к разным файлам, к принтерам, т.н. гипертекстовым Web-страницам; организовать совместную работу по электронной почте и т.д.

С другой стороны, данный компьютер сети может получить разнородное сообщение от другого компьютера сети для своего потребителя–абонента.

В первом случае Прикладной уровень должен подготовить сообщение для отправки по сети, а во втором случае для передачи адресату, соответственно в первом случае к исходному сообщению добавляются служебные данные, а во втором, наоборот, служебные данные снимаются.

Таким образом, можно сказать, что Прикладной уровень управляет общим доступом к сети и потоком данных.

Необходимо отметить, что этот уровень также управляет восстановлением связи в случае ее сбоев.

 

Представительский уровень (Presentation layer)

Это шестой уровень модели OSI.

 

 

 

 

 

Представительский (называют также Представительный) уровень определяет форму передаваемой по сети данных. На Представительском уровне компьютера–отправителя данные, поступившие от Прикладного уровня, переводятся в общепонятный промежуточный формат. В компьютере–получателе на этом уровне происходит обратный перевод: из промежуточного формата в тот, который используется Прикладным уровнем данного компьютера.

Представительский уровень отвечает за преобразование и трансляцию данных, за шифрование, с целью защиты от несанкционированного доступа, за смену применяемого кода. Этот уровень, кроме этого, управляет сжатием данных для уменьшения общего числа (объема) символов.

Естественно, что при всех этих операциях не меняется содержание исходных данных. На Представительском уровне работает, находящаяся   на компьютере-клиенте, программа, называемая редиректором (redirector). Редиректор принимает от Прикладного уровня запросы на сетевые услуги и посылает (переадресует) операции по вводу/выводу услуг в сетевую службу сервера. Этим обеспечивается доступ к удаленной файловой

системе, как к собственной.

 

Сеансовый уровень (Session layer)

Это пятый уровень модели OSI.

Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации. Это позволяет устанавливать и завершать соединение, называемое сеансом. На этом уровне выполняются такие функции, как распознавание имен и защита, необходимое для двухсторонней связи в сети. Средства синхронизации обеспечивают расстановку в потоке данных контрольных точек (checkpoints). Что позволяет в случае временного отказа сети вернуться назад к последней контрольной точке, а не начинать все с начала. Это последнее значительно повышает производительность сети.

 

Транспортный уровень (Transport layer)

Это четвертый уровень модели OSI.

Транспортный уровень организовывает доставку пакетов без ошибок, в той же последовательности, без потери и дублирования. Этот уровень занимается обеспечением необходимой срочности передачи данных, восстановлением прерванной связи, мультиплексированием нескольких соединений между различными приложениями (пользователями), обнаружением и исправлением ошибок передачи. На Транспортном уровне компьютера–отправителя сообщения переупаковываются: длинные разбиваются на

 

 

 

 

 

несколько пакетов, а короткие объединяются в один. Это увеличивает эффективность передачи пакетов по сети. На этом уровне компьютера-получателя сообщения распаковываются, восстанавливаются в первоначальный вид (в каком они поступили на стороне компьютера–отправителя ), и обычно посылается сигнал подтверждения приема.

 

Сетевой уровень (Network layer)

Это третий уровень модели OSI.

Сетевой уровень определяет маршрут от компьютера-отправителя к компьютеру– получателю. Здесь надо подчеркнуть, что внутри одной определенной сети доставка данных обеспечивается канальным уровнем, а доставкой данных между сетями занимается Сетевой уровень. Взаимодействующие сети между собой соединяются специальными устройствами, называемыми маршрутизаторами.

Маршрутизатор (router) – это устройство, которое собирает сведения о топологии межсетевых соединений и на ее основании пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения. Чтобы передать сообщение от компьютера–отправителя, находящегося в одной сети, компьютеру-получателю, находящемуся в другой сети, иногда нужно совершить некоторое количество транзитных передач или хопов  (от hop- прыжок), между сетями, каждый раз выбирая подходящий маршрут. Маршрутизаторы, обмениваясь служебной информацией, определяют лучший путь для передачи данных.

 

Рис. 3.2. Пример составной сети

 

На Сетевом уровне также решаются задачи, связанные с сетевым трафиком, такие как коммутация пакетов и проблем перегрузки. Если большие блоки данных, поступившие от компьютера-отправителя, или образовавшиеся на этом уровне, не могут быть переданы как одно целое, то они разбиваются на меньшие блоки. Сетевой уровень компьютера- получателя собирает эти блоки и восстанавливает исходное для этого уровня состояние данных.

 

 

 

 

 

Здесь необходимо подчеркнуть, что сообщения сетевого уровня принято называть пакетами.

 

Канальный уровень (Data Link layer)

Это второй уровень модели OSI.

На канальном уровне данные называются кадрами (frames).

Канальный уровень отвечает за доставку кадров от компьютера–отправителя к компьютеру–получателю и за точность их передачи. Решая эти задачи, этот уровень производит проверку доступности среды передачи, а с целью обеспечения точности передачи, реализует механизм обнаружения и коррекции ошибок. Кадр (рис.3.3) на канальном уровне содержит идентификатор отправителя – адрес компьютера–получателя, управляющую информацию для маршрутизации и других сервисных целей, собственно передаваемые данные и проверочные данные CRC (остаток избыточной циклической суммы). Это последнее содержит сведения, которые помогают выявить ошибки и правильно принять сообщения.

Обычно, когда Канальный уровень посылает кадр, он ожидает со стороны получателя подтверждение приема. Канальный уровень получателя проверяет наличие возможных ошибок передачи. Кадры, поврежденные при передаче или не получившие подтверждения о приеме, запрашиваются и заново посылаются.

 

 

Рис. 3.3. Кадр данных

Физический уровень (Physical layer)

Это первый, самый нижний уровень модели OSI.

Подчеркнем, что это единственный уровень, который устанавливает непосредственную физическую связь между отправителем и получателем сообщения.

На Физическом уровне реализуются электрический, оптический, механический и функциональный интерфейсы. На этом уровне формируются сигналы, которые переносят всякого рода данные (как потребительские, так и служебные) от всех вышележащих уровней.

 

 

 

 

 

 

 

среде. 

На Физическом уровне определяется способ передачи сигналов по необходимой

 

 

В конечном итоге Физический уровень предназначен для передачи и приема битов

(нулей и единиц) и отвечает за то, что переданная единица будет воспринята именно как единица, а нуль как нуль и никак иначе.

 

Модель Project 802

Кроме эталонной модели OSI., существуют еще несколько других. Среди них широко применяется модель Project 802, названная так в соответствии с годом и месяцем своего издания (1980 г. февраль). Она разработана IEEE и принята как стандартная.

Модель Project 802 совместима с моделью OSI и устанавливает стандарты для физических компонентов сети – интерфейсных плат и кабельной системы, с которыми имеют дело Физический и Канальный уровни модели OSI

Стандарты, входящие в Project 802, называются 802–спецификациями. В настоящее время 802–спецификации делятся на 12 категорий, каждая из которых имеет свой номер.

1. — Объединенные сети.
2. — Управление логической связью.
3. — Сеть с множественным доступом, контролем несущей и обнаружением коллизий.
4. —Сеть топологии «шина» с передачей маркера.
5. —Сеть топологии «кольцо» с передачей маркера.
6. — Сеть масштаба города.
7. — Широковещательной технологии.
8. — Оптоволоконной технологии.
9. — Интегрированные сети с передачей речи и данных.
10. — Безопасность сети.
11. — Беспроводные сети.
12. —Сеть с доступом по приоритету запроса.

 

3. Драйверы

Драйвер (driver) – это программное обеспечение, позволяющее компьютеру работать с определенным устройством. Некоторое устройство, если даже и подключено к компьютеру, не может взаимодействовать с операционной системой до тех пор, пока не будет установлен и правильно сконфигурирован драйвер этого устройства.

По другому можно сказать так: драйвер это программа, через которую компьютер и устройство «говорят» между собой.