Розглянемо у цій статті призначення рівнів еталонної моделі osi, з докладним описом кожного із семи рівнів моделі.

Процес організації принципу мережевої взаємодії, в комп'ютерних мережах, досить складне і непросте завдання, тому для здійснення цього завдання вирішили використовувати добре відомий і універсальний підхід - декомпозиція.

Декомпозиція- це науковий метод, що використовує розбиття однієї складної задачі на кілька більш простих задач – серій (модулів), пов'язаних між собою.

Багаторівневий підхід:

• всі модулі дробляться на окремі групи і сортуються за рівнями, тим самим створюючи ієрархію;
• модулі одного рівня для здійснення виконання своїх завдань посилає запити тільки до модулів безпосередньо що примикає нижчележачого рівня;
• включається роботу принцип інкапсуляції – рівень надає сервіс, ховаючи з інших рівнів деталі реалізації.

На Міжнародну Організацію зі Стандартів (International Standards Organization, ISO, створена в 1946 році) поклали завдання створення універсальної моделі, яка чітко розмежує та визначить різні рівні взаємодії систем, з поіменованими рівнями та з наділенням кожного рівня свого конкретного завдання. Цю модель назвали моделлю взаємодії відкритих систем(Open System Interconnection, OSI) або моделлю ISO/OSI .

Еталонна модель взаємозв'язку відкритих систем (семирівнева модель osi) введена в 1977 р.

Після затвердження даної моделі проблема взаємодії була розділена (декомпозірована) на сім приватних проблем, кожна з яких може бути вирішена незалежно від інших.

Рівні еталонної моделі OSIявляють собою вертикальну структуру, де всі мережеві функції розділені між сімома рівнями. Слід особливо відзначити, що кожному такому рівню відповідає суворо описані операції, обладнання та протоколи.

Взаємодія між рівнями організована так:

• по вертикалі - всередині окремо взятої ЕОМ і з сусідніми рівнями.
• по горизонталі - організовано логічну взаємодію - з тим самим рівнем іншого комп'ютера іншому кінці каналу зв'язку (тобто мережевий рівень одному комп'ютері взаємодіє з мережевим рівнем іншому комп'ютері).

Так як семирівнева модель osi складається з суворої підпорядкованої структури, то будь-який вищий рівень використовує функції нижчого рівня, причому розпізнає в якому саме вигляді та яким способом (тобто через який інтерфейс) потрібно передавати йому потік даних.

Розглянемо, як організується передача повідомлень обчислювальної мережі відповідно до моделі OSI. Прикладний рівень - це рівень додатків, тобто цей рівень відображається у користувача у вигляді операційної системи, що використовується і програм, за допомогою якої виконується відправка даних. На початку саме прикладний рівень формує повідомлення, далі воно передається представницькому рівню, тобто спускається вниз по моделі OSI. Представницький рівень, своєю чергою, проводить аналіз заголовка прикладного рівня, виконує необхідні дії, і додає початку повідомлення свою службову інформацію, як заголовка представницького рівня, для представницького рівня вузла призначення. Далі рух повідомлення триває вниз, спускається до сеансового рівня, і він, своєю чергою, також додає свої службові дані, як заголовка спочатку повідомлення процес триває, доки досягне фізичного рівня.

Слід зазначити, що крім додавання службової інформації у вигляді заголовка на початку повідомлення, рівні можуть додавати службову інформацію і в кінці повідомлення, який називається "трейлер".

Коли повідомлення досягло фізичного рівня, повідомлення вже повністю сформовано для передачі каналом зв'язку до вузла призначення, тобто містить у собі всю службову інформацію додану на рівнях моделі OSI.

Крім терміну "дані" (data), яке використовується в моделі OSI на прикладному, представницькому та сеансовому рівнях, використовуються інші терміни на інших рівнях моделі OSI, щоб можна було відразу визначити на якому рівні моделі OSI виконується обробка.

У стандартах ISO для позначення тієї чи іншої порції даних, з якими працюють протоколи різних рівнів моделі OSI, використовують загальну назву - протокольний блок даних (Protocol Data Unit, PDU). Для позначення блоків даних певних рівнів часто використовують спеціальні назви: кадр (frame), пакет (packet), сегмент (segment).

Функції фізичного рівня

• на цьому рівні стандартизуються типи роз'ємів та призначення контактів;
• визначається, яким чином видаються "0" та "1";
• інтерфейс між мережним носієм і мережевим пристроєм (передає електричні або оптичні сигнали в кабель або радіоефір, приймає їх та перетворює на біти даних);
• функції фізичного рівня реалізуються у всіх пристроях, підключених до мережі;
• обладнання, що працює фізично: концентратори;
• Приклади мережевих інтерфейсів, що належать до фізичного рівня: RS-232C, RJ-11, RJ-45, роз'єм AUI, ВNС.

Функції канального рівня

• нульові та одиничні біти Фізичного рівня організуються у кадри - "frame". Кадр є порцією даних, яка має незалежне значення;
• організація доступу до середовища передачі;
• обробка помилок передачі;
• визначає структуру зв'язків між вузлами та способи їх адресації;
• обладнання, що працює на канальному рівні: комутатори, мости;
• приклади протоколів, що відносяться до канального рівня: Ethernet, Token Ring, FDDI, Bluetooth, Wi-Fi, Wi-Max, X.25, FrameRelay, ATM.

Для ЛОМ канальний рівень розбивається на два підрівні:

• LLC (LogicalLinkControl) – відповідає за встановлення каналу зв'язку та за безпомилкову посилку та прийом повідомлень даних;
• MAC (MediaAccessControl) – забезпечує спільний доступ мережевих адаптерів до фізичного рівня, визначення меж кадрів, розпізнавання адрес призначення (наприклад, доступ до загальної шини).

Функції мережного рівня

• Виконує функції:
• визначення шляху передачі;
• визначення найкоротшого маршруту;
• відстеження неполадок та заторів у мережі.
• Вирішує завдання:
• передача повідомлень щодо зв'язків з нестандартною структурою;
• узгодження різних технологій;
• спрощення адресації у великих мережах;
• створення бар'єрів по дорозі небажаного трафіку між мережами.
• Обладнання, яке працює на мережному рівні: маршрутизатор.
• Види протоколів мережевого рівня:
• мережеві протоколи (просування пакетів через мережу: , ICMP);
• протоколи маршрутизації: RIP, OSPF;
• протоколи дозволу адрес (ARP).

Функції транспортного рівня моделі osi

• забезпечує додаткам (або прикладному та сеансовому рівням) передачу даних з необхідним ступенем надійності, компенсує недоліки надійності нижчих рівнів;
• мультиплексування та демультиплексування тобто. збору та розбирання пакетів;
• протоколи призначені для взаємодії типу «крапка-крапка»;
• починаючи з цього рівня, протоколи реалізуються програмними засобами кінцевих вузлів мережі – компонентами їх мережевих ОС;
• приклади: протоколи TCP, UDP.

Функції сеансового рівня

• підтримка сеансу зв'язку, дозволяючи додаткам взаємодіяти між собою тривалий час;
• створення/завершення сеансу;
• обмін інформацією;
• синхронізація завдань;
• визначення права на передачу даних;
• підтримкою сеансу у періоди неактивності додатків.
• синхронізація передачі забезпечується поміщенням потік даних контрольних точок, починаючи з яких відновлюється процес при збоях.

Функції представницького рівня

• відповідає за перетворення протоколів та кодування/декодування даних. Запити додатків, отримані з рівня додатків, перетворює на формат передачі по мережі, а отримані з мережі дані перетворює на формат, зрозумілий додаткам;
• можливе здійснення:
• стиснення/розпакування або кодування/декодування даних;
• перенаправлення запитів іншому мережному ресурсу, якщо вони можуть бути оброблені локально.
• приклад: протокол SSL(Забезпечує секретний обмін повідомленнями для протоколів прикладного рівня TCP/IP).

Функції прикладного рівня моделі osi

• є набором різноманітних протоколів, за допомогою яких користувачі мережі отримують доступ до ресурсів, що розділяються, організують спільну роботу;
• забезпечує взаємодію мережі та користувача;
• дозволяє програмам користувача мати доступ до мережевих служб, таких як обробник запитів до баз даних, доступ до файлів, пересилання електронної пошти;
• відповідає за передачу службової інформації;
• надає додаткам інформацію про помилки;
• Приклад: HTTP, POP3, SNMP, FTP.

Сетезалежні та мереженезалежні рівні семирівневої моделі osi

За своїми функціональними можливостями сім рівнів моделі OSI можна віднести до однієї з двох груп:

• група, де рівні залежать від конкретної технічної реалізації комп'ютерної мережі. Фізичний, канальний і мережевий рівні - є сетезависимыми, тобто ці рівні нерозривно пов'язані з конкретним використовуваним мережевим устаткуванням.
• група, у якій рівні переважно орієнтовані працювати з додатками. Сеансовий, представницький та прикладний рівні - орієнтовані на використовувані додатки і практично не залежать від того, яке саме мережеве обладнання використовується в комп'ютерній мережі, тобто незалежні.

Виразно починати краще з теорії, а потім, плавно, переходити до практики. Тому спочатку розглянемо мережну модель (теоретична модель), а потім відкриємо завісу на те, як теоретична мережева модель вписується в мережеву інфраструктуру (на мережне обладнання, комп'ютери користувачів, кабелі, радіохвилі тощо).

Отже, мережева модель- Це модель взаємодії мережевих протоколів. А протоколи у свою чергу, це стандарти, які визначають яким чином обмінюватимуться даними різні програми.

Поясню на прикладі: відкриваючи будь-яку сторінку в інтернеті, сервер (де знаходиться сторінка) пересилає у Ваш браузер дані (гіпертекстовий документ) за протоколом HTTP. Завдяки протоколу HTTP Ваш браузер, отримуючи дані з сервера, знає, як їх потрібно обробити, та успішно обробляє їх, показуючи Вам запитувану сторінку.

Якщо Ви ще не в курсі що являє собою сторінку в інтернеті, то поясню в двох словах: будь-який текст на веб-сторінці укладений у спеціальні теги, які вказують браузеру який розмір тексту використовувати, його колір, розташування на сторінці (ліворуч, праворуч або по центру). Ідеться як тексту, а й картинок, форм, активних елементів і взагалі всього контенту, тобто. того, що є на сторінці. Браузер, виявляючи теги, діє відповідно до їхнього розпорядження, і показує Вам оброблені дані, які укладені в ці теги. Ви самі можете побачити теги цієї сторінки (і цей текст між тегами), для цього зайдіть в меню вашого браузера і виберіть - перегляд вихідного коду.

Не сильно відволікатимемося, "Мережева модель" потрібна тема для тих, хто хоче стати фахівцем. Ця стаття складається з 3х частин і для Вас, Я постарався написати не нудно, тямуще і коротко. Для отримання подробиць, або отримання додаткового роз'яснення, відпишіться в коментарях внизу сторінки, і я неодмінно допоможу Вам.

Ми, як і в Мережевій Академії Cisco, розглянемо дві мережеві моделі: модель OSI і модель TCP/IP (іноді її називають DOD), а заразом і порівняємо їх.

OSI розшифровується як Open System Interconnection. Російською мовою це звучить так: Мережева модель взаємодії відкритих систем (еталонна модель). Цю модель можна назвати стандартом. Саме цією моделлю дотримуються виробники мережевих пристроїв, коли розробляють нові продукти.

Мережева модель OSI складається з 7 рівнів, причому прийнято починати відлік із нижнього.

Перерахуємо їх:

• 7. Прикладний рівень (application layer)
• 6. Представницький рівень чи рівень подання (presentation layer)
• 5. Сеансовий рівень (session layer)
• 4. Транспортний рівень (transport layer)
• 3. Мережевий рівень (network layer)
• 2. Канальний рівень (data link layer)
• 1. Фізичний рівень (physical layer)

Як говорилося вище, мережева модель – це модель взаємодії мережевих протоколів (стандартів), на кожному рівні присутні свої протоколи. Перераховувати їх нудний процес (та й нема до чого), тому краще розберемо все на прикладі, адже засвоюваність матеріалу на прикладах набагато вища;)

Прикладний рівень

Прикладний рівень або рівень додатків (application layer) – це найвищий рівень моделі. Він здійснює зв'язок додатків користувача з мережею. Ці програми нам усім знайомі: перегляд веб-сторінок (HTTP), передача та прийом пошти (SMTP, POP3), прийом та отримання файлів (FTP, TFTP), віддалений доступ (Telnet) тощо.

Представницький рівень

Представницький рівень або рівень подання даних (presentation layer) – він перетворює дані на відповідний формат. На прикладі зрозуміти простіше: ті картинки (всі зображення) які ви бачите на екрані передаються при пересиланні файлу у вигляді маленьких порцій одиниць та нуліків (бітів). Так ось, коли Ви надсилаєте своєму другу фотографію електронною поштою, протокол Прикладного рівня SMTP відправляє фотографію на нижній рівень, тобто. на рівень Подання. Де Ваша фотка перетворюється на зручний вигляд даних для нижчих рівнів, наприклад на біти (одиниці та нулі).

Саме таким чином, коли Ваш друг почне отримувати Ваше фото, йому воно надходитиме у вигляді тих самих одиниць і нулів, і саме рівень Подання перетворює біти на повноцінне фото, наприклад JPEG.

Ось так і працює цей рівень із протоколами (стандартами) зображень (JPEG, GIF, PNG, TIFF), кодувань (ASCII, EBDIC), музики та відео (MPEG) тощо.

Сеансовий рівень

Сеансовий рівень чи рівень сесій(session layer) – як видно з назви, він організує сеанс зв'язку між комп'ютерами. Хорошим прикладом будуть аудіо та відеоконференції, на цьому рівні встановлюється, яким кодеком кодуватиметься сигнал, причому цей кодек повинен бути присутнім на обох машинах. Ще прикладом може бути протокол SMPP (Short message peer-to-peer protocol), з допомогою нього надсилаються добре відомі нам СМСки і USSD запити. І останній приклад: PAP (Password Authentication Protocol) - це старий протокол для відправлення імені користувача та пароля на сервер без шифрування.

Більше про сеансовий рівень нічого не скажу, інакше заглибимося в нудні особливості протоколів. А якщо вони (особливості) Вас цікавлять, пишіть листи мені або залишайте повідомлення в коментарях з проханням розкрити тему докладніше, і нова стаття не змусить себе довго чекати;

Транспортний рівень

Транспортний рівень (transport layer) – цей рівень забезпечує надійність передачі від відправника до одержувачу. Насправді все дуже просто, наприклад, ви спілкуєтеся за допомогою веб-камери зі своїм другом або викладачем. Чи потрібна тут надійна доставка кожного біта переданого зображення? Звичайно ні, якщо загубиться кілька бітів з потокового відео Ви навіть цього не помітите, навіть картинка не зміниться (м.б. зміниться колір одного пікселя з 900 000 пікселів, який промайне зі швидкістю 24 кадри в секунду).

А тепер наведемо такий приклад: Вам друг пересилає (наприклад, поштою) в архіві важливу інформацію або програму. Ви завантажуєте собі на комп'ютер цей архів. Ось тут надійність необхідна 100%, т.к. якщо пару біт при закачуванні архіву загубляться – Ви зможете його розархівувати, тобто. витягти необхідні дані. Або уявіть собі відправку пароля на сервер, і в дорозі один біт загубився – пароль вже втратить свій вигляд і значення зміниться.

Таким чином, коли ми дивимося відео в інтернеті, іноді ми бачимо деякі артефакти, затримки, шуми і т.п. А коли ми читаємо текст із веб-сторінки – втрата (або скривання) букв не допустима, і коли завантажуємо програми – теж все проходить без помилок.

На цьому рівні я виокремлю два протоколи: UDP та TCP. UDP протокол (User Datagram Protocol) передає дані без встановлення з'єднання, не підтверджує доставку даних і робить повтори. TCP протокол (Transmission Control Protocol), який перед передачею встановлює з'єднання, підтверджує доставку даних, за необхідності робить повтор, гарантує цілісність та правильну послідовність даних, що завантажуються.

Отже, для музики, відео, відеоконференцій та дзвінків використовуємо UDP (передаємо дані без перевірки та без затримок), а для тексту, програм, паролів, архівів тощо. – TCP (передача даних із підтвердженням про отримання, витрачається більше часу).

Мережевий рівень

Мережевий рівень (network layer) – цей рівень визначає шлях, яким дані будуть передані. І, між іншим, це третій рівень Мережевої моделі OSI, а існують такі пристрої, які і називають пристроями третього рівня – маршрутизатори.

Всі ми чули про IP-адресу, ось це і здійснює протокол IP (Internet Protocol). IP-адреса – це логічна адреса в мережі.

На цьому рівні досить багато протоколів і всі ці протоколи ми розберемо докладніше пізніше, в окремих статтях та на прикладах. Зараз же лише перерахую кілька популярних.

Як про IP-адресу всі чули і про команду ping – це працює протокол ICMP.

Ті самі маршрутизатори (з якими ми і працюватимемо надалі) використовують протоколи цього рівня для маршрутизації пакетів (RIP, EIGRP, OSPF).

Канальний рівень

Канальний рівень (data link layer) – він потрібний для взаємодії мереж фізично. Напевно, всі чули про MAC-адресу, ось вона є фізичною адресою. Пристрої канального рівня – комутатори, концентратори тощо.

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers – Інститут інженерів з електротехніки та електроніки) визначає канальний рівень двома підрівнями: LLC та MAC.

LLC - керування логічним каналом (Logical Link Control), створений для взаємодії з верхнім рівнем.

MAC – керування доступом до передавального середовища (Media Access Control), створений для взаємодії з нижнім рівнем.

Поясню на прикладі: у Вашому комп'ютері (ноутбуку, комунікаторі) є мережева карта (або якийсь інший адаптер), так для взаємодії з нею (з картою) існує драйвер. Драйвер – це деяка програма- верхній підрівень канального рівня, через яку таки можна зв'язатися з нижніми рівнями, а точніше з мікропроцесором ( залізо) – нижній підрівень канального рівня.

Типових представників цьому рівні багато. PPP (Point-to-Point) – це протокол для зв'язку двох комп'ютерів безпосередньо. FDDI (Fiber Distributed Data Interface) – стандарт передає дані на відстань до 200 км. CDP (Cisco Discovery Protocol) – це проприєтарний (власний) протокол, що належить компанії Cisco Systems, за допомогою якого можна виявити сусідні пристрої та отримати інформацію про ці пристрої.

Фізичний рівень

Фізичний рівень (physical layer) – найнижчий рівень, що безпосередньо здійснює передачу потоку даних. Протоколи нам усім добре відомі: Bluetooth, IRDA (Інфрачервоний зв'язок), мідні дроти (кручена пара, телефонна лінія), Wi-Fi, і т.д.

Висновок

Ось ми розібрали мережеву модель OSI. У наступній частині приступимо до Мережевої моделі TCP/IP, вона менша і протоколи самі. Для успішного складання тестів CCNA треба провести порівняння та виявити відмінності, що й буде зроблено.

Мережева модель OSI(Базова еталонна модель взаємодії відкритих систем, англ. Open Systems Interconnection Basic Reference Model) - абстрактна мережева модель для комунікацій та розробки мережевих протоколів.

Модель складається з 7 рівнів, розташованих один над одним. Рівні взаємодіють один з одним (по «вертикалі») за допомогою інтерфейсів і можуть взаємодіяти з паралельним рівнем іншої системи (по «горизонталі») за допомогою протоколів. Кожен рівень може взаємодіяти лише зі своїми сусідами та виконувати відведені лише йому функції. Незважаючи на існування інших моделей більшість мережевих виробників сьогодні розробляють свої продукти на основі цієї структури.

Рівні OSI

Кожен рівень моделі OSI відповідає за частину процесу обробки підготовки даних до передачі по мережі.

Згідно моделі OSI в процесі передачі дані буквально проходять зверху вниз за рівнями моделі OSI комп'ютера, що відправляє, і вгору за рівнями моделі OSI приймаючого комп'ютера. На комп'ютері, що приймає, відбувається процес, зворотний інкапсуляції. Біти прибувають на фізичний рівень моделі OSI комп'ютера, що приймає. У процесі переміщення вгору рівнями OSI приймаючого комп'ютера дані надійдуть на прикладний рівень.

Рівень	Назва	Опис 1	Опис 2
7.	Прикладний	Це рівень, з яким працюють користувачі кінцевих продуктів. Їх не хвилює, як передаються дані, навіщо і через яке місце… Вони сказали "ХОЧУ!" - а ми, програмісти, маємо їм це забезпечити. Як приклад можна взяти на розгляд будь-яку мережу: для гравця вона працює на цьому рівні.	Коли користувач хоче надіслати дані, наприклад електронну пошту, на прикладному рівні починається процес інкапсуляції. Прикладний рівень відповідає за забезпечення доступу до додатків. Інформація проходить через три верхні рівні і, потрапляючи вниз, на транспортний рівень, вважається даними.
6.	Представницький (Введення в XML, SMB)	Тут програміст має справу з даними, отриманими від нижчих рівнів. В основному, це конвертування та подання даних у зручному для користувача вигляді.
5.	Сеансовий (TLS, SSL сертифікати для сайту, пошти, NetBios)	Цей рівень дозволяє користувачам здійснювати "сеанси зв'язку". Тобто саме на цьому рівні передача пакетів стає для програміста прозорою, і він може, не замислюючись про реалізацію, безпосередньо передавати дані як цілісний потік. Тут на сцену вступають протоколи HTTP, FTP, Telnet, SMTP і т.д.
4.	Транспортний (Порти TCP, UDP)	Здійснює контроль за передачею даних (мережевих пакетів). Тобто, перевіряє їхню цілісність при передачі, розподіляє навантаження і т.д. Цей рівень реалізує такі протоколи, як TCP, UDP тощо. Для нас є найбільший інтерес.	На транспортному рівні дані розбиваються на легко керовані сегменти, або блоки PDU транспортного рівня, для впорядкованої транспортування по мережі. Блок PDU визначає дані так, як вони рухаються з одного рівня моделі OSI на інший. Крім того, блок PDU транспортного рівня містить таку інформацію, як номери портів, порядкові номери та номери квитування, які використовуються для надійного транспортування даних.
3.	Мережевий (IP, ICMP протокол діагностики перевантаження мережі)	Логічно контролює адресацію у мережі, маршрутизацію тощо. Має бути цікавий розробникам нових протоколів та стандартів. На цьому рівні реалізовано протоколи IP, IPX, IGMP, ICMP, ARP. В основному керується драйверами та операційними системами. Сюди влазити, звичайно, варто, але тільки коли ти знаєш, що робиш, і цілком у собі певен.	На мережному рівні кожен сегмент, що надійшов із транспортного рівня, стає пакетом. Пакет містить логічну адресацію та інші керуючі дані рівня 3.
2.	Канальний (WI-FI, Що таке Ethernet)	Цей рівень контролює сприйняття електронних сигналів логікою (радіоелектронними елементами) апаратних пристроїв. Тобто, взаємодіючи на цьому рівні, апаратні засоби перетворюють потік бітів на електричні сигнали і навпаки. Нас він не цікавить, тому що ми не розробляємо апаратні засоби, чіпи тощо. Рівень стосується мережевих карток, мостів, свічок, рутерів тощо.	На канальному рівні кожен пакет, що надійшов з мережного рівня, стає кадром. Кадр містить фізичну адресу та дані про виправлення помилок.
1.	Апаратний (Фізичний) (лазер, електрика, радіо)	Контролює передачі фізичних сигналів між апаратними пристроями, що входять до мережі. Тобто керує передачею електронів по дротах. Нас він не цікавить, тому що все, що знаходиться на цьому рівні, контролюється апаратними засобами (реалізація цього рівня – це завдання виробників хабів, мультиплексорів, повторювачів та іншого обладнання). Ми не фізики-радіоаматори, а геймдевелопери.	Фізично кадр стає бітами. По мережному середовищі біти передаються по одному.

Ми бачимо, що чим вищий рівень - тим вищий ступінь абстракції від передачі даних до роботи з самими даними. Це і є сенс усієї моделі OSI: піднімаючись все вище і вище сходами її сходів, ми все менше і менше піклуємося про те, як дані передаються, ми все більше і більше стаємо зацікавленими в самих даних, ніж у засобах для їх передачі. Нас, як програмістів, цікавлять рівні 3, 4 та 5. Ми повинні використовувати кошти, які вони надають, щоб побудувати 6 та 7 рівні, з якими зможуть працювати кінцеві користувачі.

Мережевий рівень

На мережному рівні OSI реалізовані протоколи IP (Структура міжмережевого протоколу IPv4, IPv6), IPX, IGMP, ICMP, ARP.

Потрібно розуміти, чому виникла необхідність до побудови мережного рівня, чому мережі побудовані за допомогою засобів канального та фізичного рівня не змогли задовольняти вимоги користувачів.

Створити складну, структуровану мережу з інтеграцією різних базових мережевих технологій можна і засобами канального рівня: для цього можуть бути використані деякі типи мостів і комутаторів. Природно загалом трафік у мережі складається випадковим чином, але з іншого боку він характеризується і деякими закономірностями. Як правило, в такій мережі деякі користувачі, які працюють над загальним завданням (наприклад, співробітники одного відділу) найчастіше звертаються із запитами або один до одного, або до спільного сервера, і лише іноді їм потрібний доступ до ресурсів комп'ютерів іншого відділу. Тому, залежно від мережевого трафіку, комп'ютери в мережі поділяють на групи, які називають сегменти мережі. Комп'ютери об'єднуються в групу, якщо більшість їх повідомлень призначена (адресована) комп'ютерам цієї групи. Поділ мережі на сегменти, можуть здійснювати мости та комутатори. Вони екранують локальний трафік усередині сегмента, не передаючи за його межі жодних кадрів, окрім тих, які адресовані комп'ютерам, які знаходяться в інших сегментах. Таким чином, одна мережа розпадається на окремі підмережі. З цих підмереж надалі можуть бути побудовані складові мережі досить великих розмірів.

Ідея розбиття на підмережі – це основа побудови складових мереж.

Мережа називається складовий(Internet або internet), якщо вона може бути представлена ​​у вигляді сукупності декількох мереж. Мережі, що входять до складової мережі, називаються підмережами (subnet), складовими мережами або просто мережами, кожна з яких може працювати на основі власної технології канального рівня (хоча це й не обов'язково).

Але, втілення цієї ідеї в життя за допомогою повторювачів, мостів та комутаторів має дуже суттєві обмеження та недоліки.

У топології мережі побудованої як з допомогою повторювачів, і мостів чи комутаторів, повинні бути відсутні петлі. Справді, міст або комутатор може вирішувати завдання доставки пакета адресату лише тоді, коли між відправником та одержувачем існує єдиний шлях. Хоча в той же час наявність надлишкових зв'язків, які й утворюють петлі, часто потрібна для кращого балансування навантаження, а також для підвищення надійності мережі за рахунок утворення резервних шляхів.

Логічні сегменти мережі, розташовані між мостами чи комутаторами, слабко ізольовані друг від друга. Вони не захищені від широкомовних штормів. Якщо будь-яка станція посилає широкомовне повідомлення, це повідомлення передається всім станціям всіх логічних сегментів мережі. Адміністратор повинен вручну обмежувати кількість широкомовних пакетів, яку дозволяється генерувати деякому вузлу в одиницю часу. У принципі, деяким чином вдалося ліквідувати проблему широкомовних штормів з використанням механізму віртуальних мереж (Налаштування VLAN Debian D-Link), реалізованого в багатьох комутаторах. Але в цьому випадку, хоч і можливо досить гнучко створювати ізольовані за трафіку групи станцій, але при цьому вони ізольовані повністю, тобто вузли однієї віртуальної мережі не можуть взаємодіяти з вузлами іншої віртуальної мережі.

У мережах, побудованих з урахуванням мостів і комутаторів, досить складно вирішується завдання управління трафіком з урахуванням значення даних, які у пакеті. У таких мережах це можливо тільки за допомогою фільтрів користувача, для завдання яких адміністратору доводиться мати справу з двійковим поданням вмісту пакетів.

Реалізація транспортної підсистеми лише засобами фізичного та канального рівнів, до яких належать мости та комутатори, призводить до недостатньо гнучкої, однорівневої системи адресації: як адреса станції одержувача використовується MAC-адреса - адреса, яка жорстко пов'язана з мережним адаптером.

Усі наведені недоліки мостів та комутаторів пов'язані лише з тим, що вони працюють за протоколами канального рівня. Вся справа в тому, що ці протоколи у явному вигляді не визначають поняття частина мережі (або підмережі, або сегмент), яке можна було б використовувати при структуризації великої мережі. Тому розробники мережевих технологій вирішили доручити завдання побудови складової мережі новому рівню – мережному.

У сьогоднішній статті я хочу повернутися до основ, і розповім про моделі взаємодії відкритих систем OSI. Даний матеріал буде корисний системним адміністраторам-початківцям і всім тим, хто цікавиться побудовою комп'ютерних мереж.

Всі складові мережі, починаючи з середовища передачі даних і закінчуючи обладнанням, функціонують і взаємодіють один з одним згідно з правилами, які описані в так званій моделі взаємодії відкритих систем.

Модель взаємодії відкритих систем OSI(Open System Interconnection) розроблено міжнародною організацією за стандартами ISO (Inernational Standarts Organization).

Згідно з моделлю OSI, дані, що передаються від джерела до адресата, проходять сім рівнів . На кожному рівні виконується певне завдання, що у результаті як гарантує доставку даних у кінцевий пункт, а й робить їх передачу незалежної від застосовуваних при цьому коштів. Таким чином, досягається сумісність між мережами з різними топологіями та мережевим обладнанням.

Поділ всіх мережевих засобів за рівнями полегшує їх розробку та застосування. Чим вищий рівень, тим складніше завдання він вирішує. Перші три рівні моделі OSI ( фізичний, канальний, мережевий) тісно пов'язані з мережею та використовуваним мережевим обладнанням. Останні три рівні ( сеансовий, рівень подання даних, прикладної) реалізуються засобами операційної системи та прикладних програм. Транспортний рівеньвиступає як посередник між цими двома групами.

Перед пересиланням через мережу дані розбиваються на пакети , тобто. порції інформації, організовані певним чином, щоб вони були зрозумілі приймаючим та передавальним пристроям. При надсиланні даних пакет послідовно обробляється засобами всіх рівнів моделі OSI, починаючи з прикладного і закінчуючи фізичним. На кожному рівні до пакету додається керуюча інформація даного рівня (названа заголовком пакета ), яка необхідна для успішної передачі даних через мережу.

В результаті це мережеве послання починає нагадувати багатошаровий бутерброд, який повинен бути "їстівним" для комп'ютера, що отримав його. Для цього необхідно дотримуватись певних правил обміну даними між мережевими комп'ютерами. Такі правила отримали назви протоколів .

На стороні пакет проходить обробку засобами всіх рівнів моделі OSI у зворотному порядку, починаючи з фізичного і закінчуючи прикладним. На кожному рівні відповідні кошти, керуючись протоколом рівня, читають інформацію пакета, потім видаляють інформацію, додану до пакета на цьому рівні стороною, що відправляє, і передають пакет засобами наступного рівня. Коли пакет дійде до прикладного рівня, вся інформація, що управляє, буде видалена з пакета, і дані приймуть свій початковий вигляд.

Тепер розглянемо роботу кожного рівня моделі OSI.

Фізичний рівень - Найнижчий, за ним знаходиться безпосередньо канал зв'язку, через який здійснюється передача інформації. Він бере участь у організації зв'язку, враховуючи особливості середовища передачі. Так, він містить усі відомості про середовище передачі даних: рівень та частоту сигналу, наявність перешкод, рівень загасання сигналу, опір каналу тощо. Крім того, саме він відповідає за передачу потоку інформації та перетворення її відповідно до існуючих методів кодування. Робота фізичного рівня спочатку покладається на мережеве обладнання.
Варто зазначити, що саме за допомогою фізичного рівня визначається провідна та бездротова мережа. У першому випадку як фізичне середовище використовується кабель, у другому - будь-який вид бездротового зв'язку, наприклад радіохвилі або інфрачервоне випромінювання.

Канальний рівень виконує найскладніше завдання – забезпечує гарантовану передачу даних за допомогою алгоритмів фізичного рівня та перевіряє коректність отриманих даних.

Перш ніж ініціювати передачу даних, визначається доступність каналу передачі. Інформація передається блоками, які мають назву кадрів , або фреймів . Кожен такий кадр забезпечується послідовністю біт в кінці та на початку блоку, а також доповнюється контрольною сумою. При прийомі такого блоку на канальний рівень одержувач повинен перевірити цілісність блоку та порівняти прийняту контрольну суму з контрольною сумою, що йде у його складі. Якщо вони збігаються, дані вважаються коректними, інакше фіксується помилка та потрібна повторна передача. У будь-якому випадку відправнику надсилається сигнал з результатом виконання операції, і так відбувається з кожним кадром. Отже, друге важливе завдання канального рівня – перевірка коректності даних.

Канальний рівень може бути реалізований як апаратно (наприклад, за допомогою комутаторів), так і за допомогою програмного забезпечення (наприклад, драйвера мережного адаптера).

Мережевий рівень необхідний виконання роботи з передачі даних з попереднім визначенням оптимального шляху руху пакетів. Оскільки мережа може складатися із сегментів з різними топологіями, головне завдання мережного рівня – визначити найкоротший шлях, принагідно перетворюючи логічні адреси та імена мережевих пристроїв на їхнє фізичне уявлення. Цей процес має назву маршрутизації , І важливість його важко переоцінити. Маючи схему маршрутизації, яка постійно оновлюється у зв'язку з виникненням різного роду “заторів” у мережі, передача даних здійснюється у максимально короткі терміни та з максимальною швидкістю.

Транспортний рівень використовується для організації надійної передачі даних, яка унеможливлює втрату інформації, її некоректність або дублювання. При цьому контролюються дотримання правильної послідовності при передачі-отриманні даних, поділ їх на дрібніші пакети або об'єднання в більші для збереження цілісності інформації.

Сеансовий рівень відповідає за створення, супровід та підтримку сеансу зв'язку на час, необхідний для завершення передачі всього обсягу даних. Крім того, він проводить синхронізацію передачі пакетів, здійснюючи перевірку доставки та цілісності пакета. У процесі передачі створюються спеціальні контрольні точки. Якщо при передачі-прийомі стався збій, пакети, що бракують, відправляються заново, починаючи з найближчої контрольної точки, що дозволяє передати весь обсяг даних у максимально короткий термін, забезпечуючи в цілому хорошу швидкість.

Рівень представлення даних (або, як його ще називають, представницький рівень ) є проміжним, його основне завдання - перетворення даних з формату для передачі по мережі на формат, зрозумілий вищому рівню, і навпаки. Крім того, він відповідає за приведення даних до єдиного формату: коли інформація передається між двома абсолютно різними мережами з різним форматом даних, то перед тим, як їх обробити, необхідно привести їх до такого виду, який буде зрозумілий як одержувачу, так і відправнику. Саме на цьому рівні застосовуються алгоритми шифрування та стиснення даних.

Прикладний рівень – останній та найвищий у моделі OSI. Відповідає за зв'язок мережі з користувачами – додатками, які потребують інформації від мережевих служб усіх рівнів. З його допомогою можна дізнатися про все, що відбувалося в процесі передачі даних, а також інформацію про помилки, що виникли в процесі їх передачі. З іншого боку, цей рівень забезпечує роботу всіх зовнішніх процесів, здійснюваних з допомогою доступу до мережі – баз даних, поштових клієнтів, менеджерів завантаження файлів тощо.

На просторах мережі інтернет я знайшов картинку, на якій невідомий автор представив мережеву модель OSIу вигляді бургера. Вважаю, це образ, що дуже запам'ятовується. Якщо раптом у якійсь ситуації (наприклад, на співбесіді при влаштуванні на роботу) вам знадобиться по пам'яті перерахувати всі сім рівнів моделі OSI у правильному порядку – просто згадайте цю картинку, і це допоможе. Для зручності я переклав назви рівнів з англійської на російську: На сьогодні це все. У наступній статті я продовжу тему та розповім про .

Для єдиного представлення даних у мережах з неоднорідними пристроями та програмним забезпеченням міжнародна організація стандартів ISO (International Standardization Organization) розробила базову модель зв'язку відкритих систем OSI (Open System Interconnection). Ця модель визначає правила і процедури передачі в різних мережевих середовищах при організації сеансу зв'язку. Основними елементами моделі є рівні, прикладні процеси та фізичні засоби з'єднання. На рис. 1.10 представлено структуру базової моделі.

Кожен рівень моделі OSI виконує певне завдання у процесі передачі даних через мережу. Базова модель є основою розробки мережевих протоколів. OSI поділяє комунікаційні функції у мережі сім рівнів, кожен із яких обслуговує різні частини процесу області взаємодії відкритих систем.

Модель OSI описує лише системні засоби взаємодії, не торкаючись додатків кінцевих користувачів. Програми реалізують власні протоколи взаємодії, звертаючись до системним засобам.

Мал. 1.10. Модель OSI

Якщо програма може взяти на себе функції деяких верхніх рівнів моделі OSI, то для обміну даними вона звертається безпосередньо до системних засобів, що виконують функції нижніх рівнів моделі OSI, що залишилися.

Взаємодія рівнів моделі OSI

Модель OSI можна розділити на дві різні моделі, як показано на рис. 1.11:

Горизонтальну модель на базі протоколів, що забезпечує механізм взаємодії програм та процесів на різних машинах;

Вертикальну модель на основі послуг, що забезпечуються сусідніми рівнями одна одній на одній машині.

Кожен рівень комп'ютера-відправника взаємодіє з таким самим рівнем комп'ютера-отримувача, начебто він пов'язаний безпосередньо. Такий зв'язок називається логічним або віртуальним зв'язком. Насправді взаємодія здійснюється між суміжними рівнями одного комп'ютера.

Отже, інформація на комп'ютері-відправнику має пройти через усі рівні. Потім вона передається по фізичному середовищі до комп'ютера-одержувача і знову проходить крізь усі шари, поки не доходить до того ж рівня, з якого була надіслана на комп'ютері-відправнику.

У горизонтальній моделі двом програмам потрібен загальний протокол обміну даними. У вертикальній моделі сусідні рівні обмінюються даними із використанням інтерфейсів прикладних програм API (Application Programming Interface).

Мал. 1.11. Схема взаємодії комп'ютерів у базовій еталонній моделі OSI

Перед подачею до мережі дані розбиваються на пакети. Пакет (packet) – це одиниця інформації, яка передається між станціями мережі.

При надсиланні даних пакет проходить послідовно через усі рівні програмного забезпечення. На кожному рівні до пакету додається керуюча інформація даного рівня (заголовок), яка необхідна для успішної передачі даних через мережу, як це показано на рис. 1.12, де Заг - заголовок пакета, Кон - кінець пакета.

На стороні, що приймає, пакет проходить через всі рівні в зворотному порядку. На кожному рівні протокол цього рівня читає інформацію пакета, потім видаляє інформацію, додану до пакета на цьому ж стороною, що відправляє, і передає пакет наступному рівню. Коли пакет дійде до прикладного рівня, вся керуюча інформація буде видалена з пакета, і дані набудуть свого початкового вигляду.

Мал. 1.12. Формування пакета кожного рівня семирівневої моделі

Кожен рівень моделі виконує свою функцію. Чим вищий рівень, тим складніше завдання він вирішує.

Окремі рівні моделі OSI зручно розглядати як групи програм, які призначені для виконання конкретних функцій. Один рівень, наприклад, відповідає за забезпечення перетворення даних з ASCII в EBCDIC і містить програми, необхідні виконання цього завдання.

Кожен рівень забезпечує сервіс для вищого рівня, запитуючи своєю чергою сервіс у нижчого рівня. Верхні рівні запитують сервіс майже однаково: як правило, це вимога маршрутизації якихось даних з однієї мережі до іншої. Практична реалізація принципів адресації даних покладено нижчі рівні. На рис. 1.13 наведено короткий опис функцій усіх рівнів.

Мал. 1.13. Функції рівнів моделі OSI

Розглянута модель визначає взаємодію відкритих систем різних виробників однієї мережі. Тому вона виконує для них координуючі дії щодо:

взаємодії прикладних процесів;

Форми подання даних;

Єдине зберігання даних;

управлінню мережевими ресурсами;

Безпеки даних та захисту інформації;

Діагностики програм та технічних засобів.

Прикладний рівень (Application layer)

Прикладний рівень забезпечує прикладним процесам засобу доступу до галузі взаємодії, є верхнім (сьомим) рівнем і безпосередньо примикає до прикладних процесів.

Насправді прикладний рівень – це набір різноманітних протоколів, за допомогою яких користувачі мережі отримують доступ до ресурсів, що розділяються, таким як файли, принтери або гіпертекстові Web-сторінки, а також організують свою спільну роботу, наприклад за допомогою протоколу електронної пошти. Спеціальні елементи прикладного сервісу забезпечують сервіс для конкретних прикладних програм, таких як програми пересилання файлів та емуляції терміналів. Якщо, наприклад, програмі необхідно переслати файли, то обов'язково буде використано протокол передачі, доступу та управління файлами FTAM (File Transfer, Access, and Management). У моделі OSI прикладна програма, якій потрібно виконати конкретне завдання (наприклад, оновити базу даних на комп'ютері), посилає конкретні дані у вигляді дейтаграми на прикладний рівень. Одне з основних завдань цього рівня – визначити, як слід обробляти запит прикладної програми, тобто, який вид має прийняти даний запит.

Одиниця даних, якою оперує прикладний рівень, зазвичай називається повідомленням (message).

Прикладний рівень виконує такі функції:

1. Виконання різноманітних видів робіт.

Передача файлів;

Управління завданнями;

Управління системою тощо;

2. Ідентифікація користувачів за їхніми паролями, адресами, електронними підписами;

3. Визначення функціонуючих абонентів та можливості доступу до нових прикладних процесів;

4. Визначення достатності наявних ресурсів;

5. Організація запитів на з'єднання з іншими прикладними процесами;

6. Передача заявок на представницький рівень на необхідні методи опису інформації;

7. Вибір процедур запланованого діалогу процесів;

8. Управління даними, якими обмінюються прикладні процеси та синхронізація взаємодії прикладних процесів;

9. Визначення якості обслуговування (час доставки блоків даних, допустимої частоти помилок);

10. Угода про виправлення помилок та визначення достовірності даних;

11. Узгодження обмежень, що накладаються на синтаксис (набори символів, структура даних).

Зазначені функції визначають види сервісу, які прикладний рівень надає прикладним процесам. Крім цього, прикладний рівень передає прикладним процесам сервіс, що надається фізичним, канальним, мережевим, транспортним, сеансовим та представницьким рівнями.

На прикладному рівні необхідно надати користувачам вже перероблену інформацію. З цим може впоратися системне та користувальницьке програмне забезпечення.

Прикладний рівень відповідає за доступ додатків до мережі. Завданнями цього рівня є перенесення файлів, обмін поштовими повідомленнями та керування мережею.

До найпоширеніших протоколів верхніх трьох рівнів относятся:

FTP (File Transfer Protocol) протокол передачі файлів;

TFTP (Trivial File Transfer Protocol) найпростіший протокол пересилання файлів;

X.400 електронної пошти;

Telnet робота з віддаленим терміналом;

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - простий протокол поштового обміну;

CMIP (Common Management Information Protocol) – загальний протокол управління інформацією;

SLIP (Serial Line IP) IP для послідовних ліній. протокол послідовної посимвольної передачі даних;

SNMP (Simple Network Management Protocol) - простий протокол мережного управління;

FTAM (File Transfer, Access, and Management) протокол передачі, доступу та управління файлами.

Рівень представлення даних (Presentation layer)

Функції цього рівня – представлення даних, переданих між прикладними процесами, у потрібній формі.

Цей рівень забезпечує те, що інформація, що передається прикладним рівнем, буде зрозуміла прикладному рівню в іншій системі. У разі необхідності рівень подання у момент передачі виконує перетворення форматів даних на деякий загальний формат подання, а момент прийому, відповідно, виконує зворотне перетворення. Таким чином, прикладні рівні можуть подолати, наприклад, синтаксичні відмінності у поданні даних. Така ситуація може виникнути в ЛОМ з неоднотипними комп'ютерами (IBM PC та Macintosh), яким необхідно обмінюватися даними. Так, у полях баз даних інформація має бути представлена ​​у вигляді букв та цифр, а найчастіше і у вигляді графічного зображення. Обробляти ці дані потрібно, наприклад, як числа з плаваючою комою.

В основу загального представлення даних покладено єдину для всіх рівнів моделі систему ASN.1. Ця система використовується для опису структури файлів, а також дозволяє вирішити проблему шифрування даних. На цьому рівні може виконуватися шифрування та дешифрування даних, завдяки яким секретність обміну даними забезпечується одночасно для всіх прикладних сервісів. Прикладом такого протоколу є Secure Socket Layer (SSL), який забезпечує секретний обмін повідомленнями для протоколів прикладного рівня стека TCP/IP. Цей рівень забезпечує перетворення даних (кодування, компресія тощо) прикладного рівня потоку інформації для транспортного рівня.

Представницький рівень виконує такі основні функції:

1. Генерація запитів встановлення сеансів взаємодії прикладних процесів.

2. Погодження подання даних між прикладними процесами.

3. Реалізація форм подання даних.

4. Подання графічного матеріалу (креслень, малюнків, схем).

5. Засекречування даних.

6. Надсилання запитів на припинення сеансів.

Протоколи рівня представлення даних зазвичай є складовою частиною протоколів трьох верхніх рівнів моделі.

Сеансовий рівень (Session layer)

Сеансовий рівень – це рівень, який визначає процедуру проведення сеансів між користувачами чи прикладними процесами.

Сеансовий рівень забезпечує керування діалогом для того, щоб фіксувати, яка зі сторін є активною зараз, а також надає засоби синхронізації. Останні дозволяють вставляти контрольні точки в довгі передачі, щоб у разі відмови можна було повернутися назад до останньої контрольної точки замість того, щоб починати все спочатку. Насправді деякі програми використовують сеансовий рівень, і він рідко реалізується.

Сеансовий рівень управляє передачею інформації між прикладними процесами, координує прийом, передачу та видачу одного сеансу зв'язку. Крім того, сеансовий рівень містить додатково функції керування паролями, керування діалогом, синхронізації та скасування зв'язку в сеансі передачі після збою внаслідок помилок у нижчерозташованих рівнях. Функції цього рівня полягають у координації зв'язку між двома прикладними програмами, які працюють різних робочих станціях. Це відбувається у вигляді добре структурованого діалогу. Ці функції включають створення сеансу, керування передачею та отримання пакетів повідомлень під час сеансу та завершення сеансу.

На сеансовому рівні визначається, якою буде передача між двома прикладними процесами:

Напівдуплексний (процеси будуть передавати та приймати дані по черзі);

Дуплексна (процеси будуть передавати дані, і приймати їх одночасно).

У напівдуплексному режимі сеансовий рівень видає процесу, який починає передачу, маркер даних. Коли другому процесу приходить час відповідати, маркер даних передається йому. Сеансовий рівень дозволяє передачу тільки тій стороні, яка має маркер даних.

Сеансовий рівень забезпечує виконання таких функцій:

1. Встановлення та завершення на сеансовому рівні з'єднання між взаємодіючими системами.

2. Виконання нормального та термінового обміну даними між прикладними процесами.

3. Управління взаємодією прикладних процесів.

4. Синхронізація сеансових з'єднань.

5. Повідомлення прикладних процесів про виняткові ситуації.

6. Встановлення у прикладному процесі міток, дозволяють після відмови чи помилки відновити його виконання від найближчої мітки.

7. Переривання у випадках прикладного процесу та її коректне відновлення.

8. Припинення сеансу без втрати даних.

9. Надсилання спеціальних повідомлень про хід проведення сеансу.

Сеансовий рівень відповідає за організацію сеансів обміну даними між кінцевими машинами. Протоколи сеансового рівня зазвичай є складовою протоколів трьох верхніх рівнів моделі.

Транспортний рівень (Transport Layer)

Транспортний рівень призначений передачі пакетів через комунікаційну мережу. На транспортному рівні пакети розбиваються на блоки.

На шляху від відправника до одержувача пакети можуть бути спотворені чи загублені. Хоча деякі програми мають власні засоби обробки помилок, існують і такі, які вважають за краще відразу мати справу з надійним з'єднанням. Робота транспортного рівня полягає в тому, щоб забезпечити додаткам або верхнім рівням моделі (прикладному та сеансовому) передачу даних з тим ступенем надійності, який їм потрібний. Модель OSI визначає п'ять класів сервісу, що надаються транспортним рівнем. Ці види сервісу відрізняються якістю послуг, що надаються: терміновістю, можливістю відновлення перерваного зв'язку, наявністю засобів мультиплексування декількох з'єднань між різними прикладними протоколами через загальний транспортний протокол, а головне здатністю до виявлення та виправлення помилок передачі, таких як спотворення, втрата та дублювання пакетів.

Транспортний рівень визначає адресацію фізичних пристроїв (систем, їх частин) у мережі. Цей рівень гарантує доставку блоків інформації адресатам та керує цією доставкою. Його головним завданням є забезпечення ефективних, зручних та надійних форм передачі інформації між системами. Коли процесі обробки перебуває більше пакета, транспортний рівень контролює черговість проходження пакетів. Якщо проходить дублікат прийнятого раніше повідомлення, цей рівень упізнає це і ігнорує повідомлення.

До функцій транспортного рівня входять:

1. Управління передачею по мережі та забезпечення цілісності блоків даних.

2. Виявлення помилок, часткова їх ліквідація та повідомлення про невиправлені помилки.

3. Відновлення передачі після відмов та несправностей.

4. Укрупнення чи поділ блоків даних.

5. Надання пріоритетів під час передачі блоків (нормальна чи термінова).

6. Підтвердження передачі.

7. Ліквідація блоків при тупикових ситуаціях у мережі.

Починаючи з транспортного рівня, всі протоколи, що знаходяться вище, реалізуються програмними засобами, які зазвичай включаються до складу мережної операційної системи.

Найбільш поширені протоколи транспортного рівня включають:

TCP (Transmission Control Protocol) протокол управління передачею стека TCP/IP;

UDP (User Datagram Protocol) користувача протокол дейтаграм стека TCP/IP;

NCP (NetWare Core Protocol) - базовий протокол мереж NetWare;

SPX (Sequenced Packet eXchange) упорядкований обмін пакетами стека Novell;

TP4 (Transmission Protocol) – протокол передачі класу 4.

Мережевий рівень (Network Layer)

Мережевий рівень забезпечує прокладання каналів, що з'єднують абонентські та адміністративні системи через комунікаційну мережу, вибір маршруту найшвидшого та найнадійнішого шляху.

Мережевий рівень встановлює зв'язок у обчислювальної мережі між двома системами та забезпечує прокладання віртуальних каналів між ними. Віртуальний чи логічний канал – це таке функціонування компонентів мережі, що створює взаємодіючим компонентам ілюзію прокладки з-поміж них потрібного тракту. Крім цього, мережевий рівень повідомляє транспортному рівню про помилки, що з'являються. Повідомлення мережного рівня прийнято називати пакетами (packet). Вони містяться фрагменти даних. Мережевий рівень відповідає за їх адресацію та доставку.

Прокладка найкращого шляху передачі даних називається маршрутизацією, та її рішення головне завдання мережного рівня. Ця проблема ускладнюється тим, що найкоротший шлях не завжди найкращий. Часто критерієм при виборі маршруту є час передачі за цим маршрутом; воно залежить від пропускної спроможності каналів зв'язку та інтенсивності трафіку, яка може змінюватися з часом. Деякі алгоритми маршрутизації намагаються пристосуватися до зміни навантаження, тоді як інші приймають рішення з урахуванням середніх показників протягом тривалого часу. Вибір маршруту може здійснюватися за іншими критеріями, наприклад, надійності передачі.

Протокол канального рівня забезпечує доставку даних між будь-якими вузлами лише мережі з відповідної типової топологією. Це дуже жорстке обмеження, яке дозволяє будувати мережі з розвиненою структурою, наприклад, мережі, які об'єднують кілька мереж підприємства у єдину мережу, чи високонадійні мережі, у яких існують надлишкові зв'язки між вузлами.

Таким чином, усередині мережі доставка даних регулюється канальним рівнем, а ось доставкою даних між мережами займається мережний рівень. При організації доставки пакетів мережному рівні використовується поняття номер мережі. У цьому випадку адреса одержувача складається з номера мережі та номера комп'ютера в мережі.

Мережі з'єднуються між собою спеціальними пристроями, які називають маршрутизаторами. Маршрутизатор – це пристрій, який збирає інформацію про топологію міжмережевих з'єднань і на її підставі пересилає пакети мережного рівня до мережі призначення. Для того щоб передати повідомлення від відправника, що знаходиться в одній мережі, одержувачу, що знаходиться в іншій мережі, потрібно здійснити деяку кількість транзитних передач (hops) між мережами, щоразу, вибираючи відповідний маршрут. Таким чином, маршрут являє собою послідовність маршрутизаторів, якими проходить пакет.

Мережевий рівень відповідає за розподіл користувачів на групи та маршрутизацію пакетів на основі перетворення MAC-адрес у мережеві адреси. Мережевий рівень забезпечує прозору передачу пакетів на транспортний рівень.

Мережевий рівень виконує функції:

1. Створення мережевих з'єднань та ідентифікація їх портів.

2. Виявлення та виправлення помилок, що виникають під час передачі через комунікаційну мережу.

3. Управління потоками пакетів.

4. Організація (упорядкування) послідовностей пакетів.

5. Маршрутизація та комутація.

6. Сегментування та об'єднання пакетів.

На мережному рівні визначається два види протоколів. Перший вид відноситься до визначення правил передачі пакетів з даними кінцевих вузлів від вузла до маршрутизатора та між маршрутизаторами. Саме ці протоколи зазвичай мають на увазі, коли говорять про протоколи мережного рівня. Однак часто до мережевого рівня відносять і інший вид протоколів, які називаються протоколами обміну маршрутною інформацією. За допомогою цих протоколів маршрутизатори збирають інформацію про топологію міжмережевих з'єднань.

Протоколи мережного рівня реалізуються програмними модулями операційної системи, а також програмними та апаратними засобами маршрутизаторів.

Найчастіше на мережному рівні використовуються протоколи:

IP (Internet Protocol) протокол Internet, мережевий протокол стека TCP/IP, який надає адресну та маршрутну інформацію;

IPX (Internetwork Packet Exchange) протокол міжмережевого обміну пакетами, призначений для адресації та маршрутизації пакетів у мережах Novell;

X.25 міжнародний стандарт для глобальних комунікацій з комутацією пакетів (частково цей протокол реалізовано лише на рівні 2);

CLNP (Connection Less Network Protocol) мережевий протокол без організації з'єднань.

Канальний рівень (Data Link)

Одиницею інформації канального рівня є кадри (frame). Кадри – це логічно організована структура, у якому можна поміщати дані. Завдання канального рівня – передавати кадри від рівня мережі до фізичного рівня.

Фізично просто пересилаються біти. При цьому не враховується, що в деяких мережах, в яких лінії зв'язку використовуються поперемінно кількома комп'ютерами, що взаємодіють, фізичне середовище передачі може бути зайняте. Тому одним із завдань канального рівня є перевірка доступності середовища передачі. Іншим завданням канального рівня є реалізація механізмів виявлення та корекції помилок.

Канальний рівень забезпечує коректність передачі кожного кадру, поміщаючи спеціальну послідовність біт, початок і кінець кожного кадру, щоб відзначити його, а також обчислює контрольну суму, підсумовуючи всі байти кадру певним способом і додаючи контрольну суму до кадру. Коли кадр приходить, одержувач знову обчислює контрольну суму отриманих даних і порівнює результат із контрольною сумою з кадру. Якщо вони збігаються, кадр вважається правильним та приймається. Якщо контрольні суми не збігаються, то фіксується помилка.

Завдання канального рівня – брати пакети, що надходять із мережного рівня та готувати їх до передачі, укладаючи у кадр відповідного розміру. Цей рівень повинен визначити, де починається і закінчується блок, і навіть виявляти помилки передачі.

На цьому рівні визначаються правила використання фізичного рівня вузлами мережі. Електричне представлення даних у ЛОМ (біти даних, методи кодування даних та маркери) розпізнаються на цьому і тільки на цьому рівні. Тут виявляються та виправляються (шляхом вимог повторної передачі даних) помилки.

Канальний рівень забезпечує створення, передачу та прийом кадрів даних. Цей рівень обслуговує запити мережного рівня та використовує сервіс фізичного рівня для прийому та передачі пакетів. Специфікації IEEE 802.Х ділять канальний рівень на два підрівні:

LLC (Logical Link Control) керування логічним каналом здійснює логічний контроль зв'язку. Підрівень LLC забезпечує обслуговування мережевого рівня і пов'язаний з передачею та прийомом повідомлень користувача.

MAC (Media Assess Control) – контроль доступу до середовища. Підрівень MAC регулює доступ до фізичного середовища, що розділяється (передача маркера або виявлення колізій або зіткнень) і керує доступом до каналу зв'язку. Підрівень LLC знаходиться вище за рівень МАC.

Канальний рівень визначає доступ до середовища та управління передачею за допомогою процедури передачі даних каналом.

При великих розмірах блоків даних, що передаються, канальний рівень ділить їх на кадри і передає кадри у вигляді послідовностей.

При отриманні кадрів рівень формує їх передані блоки даних. Розмір блоку даних залежить від способу передачі, якості каналу, яким він передається.

У локальних мережах протоколи канального рівня використовуються комп'ютерами, мостами, комутаторами та маршрутизаторами. У комп'ютерах функції канального рівня реалізуються спільними зусиллями мережевих адаптерів та його драйверів.

Канальний рівень може виконувати такі види функцій:

1. Організація (встановлення, управління, розірвання) канальних з'єднань та ідентифікація їх портів.

2. Організація та передача кадрів.

3. Виявлення та виправлення помилок.

4. Управління потоками даних.

5. Забезпечення прозорості логічних каналів (передачі даних, закодованих будь-яким способом).

Найчастіше використовувані протоколи на канальному рівні включають:

HDLC (High Level Data Link Control) протокол управління каналом передачі високого рівня, для послідовних з'єднань;

IEEE 802.2 LLC (тип I і тип II) забезпечують MAC для середовищ 802.x;

Ethernet мережна технологія за стандартом IEEE 802.3 для мереж, що використовує шинну топологію та колективний доступ із прослуховуванням несучої частоти та виявлення конфліктів;

Token ring мережна технологія за стандартом IEEE 802.5, що використовує кільцеву топологію та метод доступу до кільця з передачею маркера;

FDDI (Fiber Distributed Date Interface Station) мережна технологія за стандартом IEEE 802.6, що використовує оптоволоконний носій;

X.25 міжнародний стандарт для глобальних комунікацій з комутацією пакетів;

Frame relay мережа, організована з технологій Х25 та ISDN.

Фізичний рівень (Physical Layer)

Фізичний рівень призначений для поєднання з фізичними засобами з'єднання. Фізичні засоби з'єднання – це сукупність фізичного середовища, апаратних та програмних засобів, що забезпечує передачу сигналів між системами.

Фізичне середовище – це матеріальна субстанція, якою здійснюється передача сигналів. Фізичне середовище є основою, де будуються фізичні засоби сполуки. Як фізичне середовище широко використовуються ефір, метали, оптичне скло та кварц.

Фізичний рівень складається з підрівня стикування з середовищем і підрівня перетворення передачі.

Перший забезпечує поєднання потоку даних з використовуваним фізичним каналом зв'язку. Другий здійснює перетворення, пов'язані з протоколами, що застосовуються. Фізичний рівень забезпечує фізичний інтерфейс з каналом передачі, а також описує процедури передачі сигналів у канал і отримання з каналу. На цьому рівні визначаються електричні, механічні, функціональні та процедурні параметри для фізичного зв'язку в системах. Фізичний рівень отримує пакети даних від вищого канального рівня і перетворює їх на оптичні або електричні сигнали, відповідні 0 і 1 бінарного потоку. Ці сигнали надсилаються через середовище передачі на приймальний вузол. Механічні та електричні/оптичні властивості середовища передачі визначаються фізично і включають:

Тип кабелів та роз'ємів;

Розведення контактів у роз'ємах;

Схему кодування сигналів для значень 0 та 1.

Фізичний рівень виконує такі функції:

1. Встановлення та роз'єднання фізичних сполук.

2. Передача сигналів у послідовному коді та прийом.

3. Прослуховування, у випадках, каналів.

4. Ідентифікація каналів.

5. Оповіщення про появу несправностей та відмов.

Оповіщення про появу несправностей та відмов пов'язане з тим, що фізично відбувається виявлення певного класу подій, що заважають нормальній роботі мережі (зіткнення кадрів, надісланих відразу кількома системами, обрив каналу, відключення живлення, втрата механічного контакту тощо). Види сервісу, що надається канального рівня, визначаються протоколами фізичного рівня. Прослуховування каналу необхідно в тих випадках, коли до одного каналу підключається група систем, але одночасно передавати сигнали дозволяється лише одній. Тому прослуховування каналу дозволяє визначити, чи він вільний для передачі. У ряді випадків для чіткішого визначення структури фізичний рівень розбивається на кілька підрівнів. Наприклад, фізичний рівень бездротової мережі поділяється на три підрівні (рис. 1.14).

Мал. 1.14. Фізичний рівень бездротової локальної мережі

Функції фізичного рівня реалізуються у всіх пристроях, підключених до мережі. З боку комп'ютера функції фізичного рівня виконуються мережним адаптером. Повторювачі є єдиним типом обладнання, яке працює лише фізично.

Фізичний рівень може забезпечувати як асинхронну (послідовну) так і синхронну (паралельну) передачу, яка застосовується для деяких мейнфреймів та міні-комп'ютерів. На Фізичному рівні має бути визначена схема кодування для подання двійкових значень з метою передачі їх по каналу зв'язку. Багато локальних мережах використовується манчестерське кодування.

Прикладом протоколу фізичного рівня може служити специфікація 10Base-T технології Ethernet, яка визначає як кабель, що використовується, неекрановану кручену пару категорії 3 з хвильовим опором 100 Ом, роз'єм RJ-45, максимальну довжину фізичного сегмента 100 метрів, манчестерський код для середовища та електричних сигналів.

До найпоширеніших специфікацій фізичного рівня относятся:

EIA-RS-232-C, CCITT V.24/V.28 – механічні/електричні характеристики незбалансованого послідовного інтерфейсу;

EIA-RS-422/449, CCITT V.10 – механічні, електричні та оптичні характеристики збалансованого послідовного інтерфейсу;

Ethernet – мережна технологія за стандартом IEEE 802.3 для мереж, що використовує шинну топологію та колективний доступ із прослуховуванням несучої та виявленням конфліктів;

Token ring – мережна технологія за стандартом IEEE 802.5, що використовує кільцеву топологію та метод доступу до кільця з передачею маркера.