iso interaksjonsmodell for åpne systemer. Åpen systemsammenkoblingsmodell

OSI nettverksmodell(Engelsk) åpen systemer sammenkobling grunnleggende referanse modell- den grunnleggende referansemodellen for samspillet mellom åpne systemer) - nettverksmodellen til OSI / ISO-nettverksprotokollstabelen.

På grunn av den langvarige utviklingen av OSI-protokollene, er hovedprotokollstabelen som for tiden er i bruk TCP/IP, som ble utviklet før OSI-modellen ble tatt i bruk og ute av kontakt med den.

osi modellnivåer

I litteraturen er det mest vanlig å begynne å beskrive lagene i OSI-modellen fra det 7. laget, kalt applikasjonslaget, der brukerapplikasjoner får tilgang til nettverket. OSI-modellen slutter med det første laget - fysisk, som definerer standardene som kreves av uavhengige produsenter for dataoverføringsmedier:

type overføringsmedium (kobberkabel, optisk fiber, radio, etc.),

signalmodulasjonstype,

signalnivåer for logiske diskrete tilstander (null og en).

Enhver protokoll av OSI-modellen må samhandle enten med protokoller for laget, eller med protokoller en over og/eller under laget. Interaksjoner med protokoller på deres nivå kalles horisontale, og de med nivå ett høyere eller lavere kalles vertikale. Enhver protokoll til OSI-modellen kan bare utføre funksjonene til laget sitt og kan ikke utføre funksjonene til et annet lag, som ikke utføres i protokollene til alternative modeller.

Hvert nivå, med en viss grad av konvensjonalitet, har sin egen operand - et logisk udelelig dataelement som kan opereres på et eget nivå innenfor rammen av modellen og protokollene som brukes: på det fysiske nivået er den minste enheten litt , på datalinknivå kombineres informasjon til rammer, på nettverksnivå - til pakker (datagrammer), på transporten - til segmenter. Enhver del av data som er logisk kombinert for overføring - en ramme, en pakke, et datagram - betraktes som en melding. Det er meldinger i generell form som er operandene til økten, presentasjonen og applikasjonsnivåene.

De underliggende nettverksteknologiene inkluderer det fysiske og lenkelag.

Påføringslag

Applikasjonslag (applikasjonslag) - toppnivået i modellen, som sikrer interaksjonen mellom brukerapplikasjoner og nettverket:

lar programmer bruke nettverkstjenester:

• ekstern tilgang til filer og databaser,

  videresending av e-post;

ansvarlig for overføring av tjenesteinformasjon;

gir applikasjoner feilinformasjon;

genererer forespørsler til presentasjonslaget.

Applikasjonslagsprotokoller: RDP HTTP (HyperText Transfer Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), SNMP (Simple Network Management Protocol), POP3 (Post Office Protocol versjon 3), FTP (File Transfer Protocol), XMPP, OSCAR, Modbus, SIP, TELNET og andre.

Utøvende nivå

Presentasjonslag (presentasjonslag; eng. presentasjon lag) gir protokollkonvertering og datakryptering/dekryptering. Applikasjonsforespørsler mottatt fra applikasjonslaget konverteres i presentasjonslaget til et format for overføring over nettverket, og data mottatt fra nettverket konverteres til applikasjonsformatet. På dette nivået kan komprimering/dekompresjon eller koding/dekoding av data utføres, samt omdirigere forespørsler til en annen nettverksressurs hvis de ikke kan behandles lokalt.

Presentasjonslaget er vanligvis en mellomprotokoll for å transformere informasjon fra nabolag. Dette tillater kommunikasjon mellom applikasjoner på forskjellige datasystemer på en måte som er transparent for applikasjonene. Presentasjonslaget gir formatering og transformasjon av koden. Kodeformatering brukes for å sikre at en applikasjon mottar informasjon for behandling som gir mening for den. Om nødvendig kan dette laget oversette fra ett dataformat til et annet.

Presentasjonslaget omhandler ikke bare formatene og presentasjonen av data, det omhandler også datastrukturene som brukes av programmer. Lag 6 sørger således for organisering av data under overføringen.

For å forstå hvordan dette fungerer, forestill deg at det er to systemer. Den ene bruker EBCDIC Extended Binary Information Interchange Code, slik som IBM stormaskin, for eksempel, og den andre bruker American Standard Information Interchange Code (ASCII) (brukt av de fleste andre datamaskinprodusenter). Hvis disse to systemene trenger å utveksle informasjon, er det nødvendig med et presentasjonslag for å utføre transformasjonen og oversette mellom de to forskjellige formatene.

En annen funksjon som utføres på presentasjonsnivå er datakryptering, som brukes i tilfeller hvor det er nødvendig å beskytte overført informasjon mot å bli mottatt av uautoriserte mottakere. For å utføre denne oppgaven, må prosessene og koden på visningsnivå utføre datatransformasjoner.

Standarder på presentasjonsnivå definerer også hvordan grafikk presenteres. For disse formålene kan PICT-formatet, et bildeformat som brukes til å overføre QuickDraw-grafikk mellom programmer, brukes. Et annet representasjonsformat er det merkede TIFF-bildefilformatet, som vanligvis brukes for høyoppløselige punktgrafikkbilder. Den neste presentasjonslagstandarden som kan brukes til grafikk er JPEG-standarden.

Det er en annen gruppe presentasjonsnivåstandarder som definerer presentasjonen av lyd og filmer. Dette inkluderer Electronic Musical Instrument Interface (MIDI) for digital representasjon av musikk, utviklet av Motion Picture Experts Group av MPEG-standarden.

Presentasjonsprotokoller: AFP - Apple Filing Protocol, ICA - Independent Computing Architecture, LPP - Lightweight Presentation Protocol, NCP - NetWare Core Protocol, NDR - Network Data Representation, XDR - eXternal Data Representation, X.25 PAD - Packet Assembler/Disassembler Protocol .

øktlag

Sesjonslaget økt lag) modellen sikrer vedlikehold av en kommunikasjonsøkt, slik at applikasjoner kan samhandle med hverandre i lang tid. Laget administrerer øktoppretting/avslutning, informasjonsutveksling, oppgavesynkronisering, fastsettelse av retten til å overføre data og øktvedlikehold i perioder med applikasjonsinaktivitet.

Sesjonsprotokoller: ADSP, ASP, H.245, ISO-SP (OSI Session Layer Protocol (X.225, ISO 8327)), iSNS, L2F, L2TP, NetBIOS, PAP (Password Authentication Protocol), PPTP, RPC, RTCP , SMPP, SCP (Session Control Protocol), ZIP (Zone Information Protocol), SDP (Sockets Direct Protocol).

transportlag

Transportlaget transport lag) modellen er designet for å sikre pålitelig overføring av data fra avsender til mottaker. Samtidig kan pålitelighetsnivået variere over et bredt spekter. Det er mange klasser av transportlagsprotokoller, alt fra protokoller som kun gir grunnleggende transportfunksjoner (for eksempel dataoverføringsfunksjoner uten bekreftelse), til protokoller som sikrer at flere datapakker leveres til destinasjonen i riktig rekkefølge, multiplekser flere data strømmer, gir dataflytkontrollmekanisme og garanterer gyldigheten til de mottatte dataene. For eksempel er UDP begrenset til dataintegritetskontroll innenfor et enkelt datagram og utelukker ikke muligheten for å miste en hel pakke eller duplisere pakker, forstyrre rekkefølgen på mottak av datapakker; TCP gir pålitelig kontinuerlig dataoverføring som utelukker tap av data eller brudd på rekkefølgen på deres ankomst eller duplisering, kan omfordele data, bryte deler av data i fragmenter og omvendt, lime fragmentene inn i én pakke.

Transportlagsprotokoller: ATP, CUDP, DCCP, FCP, IL, NBF, NCP, RTP, SCTP, SPX, SST, TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol).

nettverkslaget

Nettverkslaget Nettverk lag)-modeller er designet for å bestemme hvordan data overføres. Ansvarlig for å oversette logiske adresser og navn til fysiske, bestemme korteste ruter, bytte og ruting, spore problemer og «congestion» i nettverket.

Nettverkslagsprotokoller ruter data fra en kilde til en destinasjon. Enheter (rutere) som opererer på dette nivået kalles betinget enheter på det tredje nivået (i henhold til nivånummeret i OSI-modellen).

Nettverkslagsprotokoller: IP/IPv4/IPv6 (Internet Protocol), IPX, X.25, CLNP (Connectionless Network Protocol), IPsec (Internet Protocol Security). Rutingprotokoller - RIP, OSPF.

Linklag

Linklag data link lag) er designet for å sikre samspillet mellom nettverk over det fysiske laget og kontroll over feil som kan oppstå. Den pakker dataene mottatt fra det fysiske laget, representert i biter, i rammer, sjekker dem for integritet og, om nødvendig, retter feil (danner en gjentatt forespørsel om en skadet ramme) og sender den til nettverkslaget. Linklaget kan samhandle med ett eller flere fysiske lag, kontrollere og administrere denne interaksjonen.

IEEE 802-spesifikasjonen deler dette nivået inn i to undernivåer: media adgang kontroll) styrer tilgang til et delt fysisk miljø, LLC. logisk koblingskontroll) gir nettverkslagstjeneste.

Brytere, broer og andre enheter fungerer på dette nivået. Disse enhetene bruker lag 2-adressering (etter lagnummer i OSI-modellen).

Link Layer Protocols- ARCnet, ATMEthernet, Ethernet Automatic Protection Switching (EAPS), IEEE 802.2, IEEE 802.11trådløst LAN, LocalTalk, (MPLS), Point-to-Point Protocol (PPP), Point-to-Point Protocol over Ethernet (PPPoE) ),StarLan,Tokenring,Enveiskoblingsdeteksjon(UDLD),x.25.

Fysisk lag

Det fysiske laget fysisk lag) - det nedre nivået av modellen, som definerer metoden for å overføre data, representert i binær form, fra en enhet (datamaskin) til en annen. De overfører elektriske eller optiske signaler til en kabel eller radioluft og mottar dem og konverterer dem til databiter i samsvar med metodene for koding av digitale signaler.

Huber, signalforsterkere og medieomformere fungerer også på dette nivået.

Fysiske lagfunksjoner implementeres på alle enheter som er koblet til nettverket. På datamaskinsiden utføres fysiske lagfunksjoner av en nettverksadapter eller en seriell port. Det fysiske laget refererer til de fysiske, elektriske og mekaniske grensesnittene mellom to systemer. Det fysiske laget definerer slike typer dataoverføringsmedier som fiber, tvunnet par, koaksialkabel, satellittdatalink, etc. Standardtypene nettverksgrensesnitt knyttet til det fysiske laget er: V.35, RS-232, RS-485, RJ-11, RJ-45, AUI og BNC-kontakter.

Fysiske lagprotokoller: IEEE 802.15 (Bluetooth), IRDA, EIARS-232, EIA-422, EIA-423, RS-449, RS-485, DSL, ISDN, SONET/SDH, 802.11 Wi-Fi, Etherloop, GSMum radiogrensesnitt ,ITU og ITU-T,TransferJet,ARINC 818,G.hn/G.9960.

TCP/IP-familie

TCP / IP-familien har tre transportprotokoller: TCP, som er fullt kompatibel med OSI, gir verifisering av datamottak; UDP, som tilsvarer transportlaget kun ved tilstedeværelsen av en port, og gir datagramutveksling mellom applikasjoner, som ikke garanti for mottak av data; og SCTP, som ble utviklet for å løse noen av manglene ved TCP, og som legger til noen nye funksjoner. (Det er omtrent to hundre andre protokoller i TCP/IP-familien, den mest kjente av disse er tjenesteprotokollen ICMP, som brukes internt for å sikre driften; resten er heller ikke transportprotokoller.)

IPX/SPX familie

I IPX/SPX-familien vises porter (kalt sockets eller sockets) i IPX-nettverkslagsprotokollen, noe som muliggjør utveksling av datagrammer mellom applikasjoner (operativsystemet reserverer noen av sockets for seg selv). SPX-protokollen kompletterer på sin side IPX med alle andre transportlagsfunksjoner i full overensstemmelse med OSI.

For vertsadressen bruker IPX en identifikator dannet av et fire-byte nettverksnummer (tildelt av rutere) og MAC-adressen til nettverksadapteren.

TCP/IP-modell (5 lag)

Applikasjonsnivå (5) (applikasjonslag) eller applikasjonslaget gir tjenester som direkte støtter brukerapplikasjoner, for eksempel filoverføringsprogramvare, databasetilgang, e-post, serverpåloggingstjeneste. Dette nivået styrer alle andre nivåer. For eksempel, hvis en bruker jobber med Excel-regneark og bestemmer seg for å lagre en arbeidsfil i katalogen sin på en nettverksfilserver, sørger applikasjonslaget for at filen flyttes fra arbeidsdatamaskinen til nettverksstasjonen transparent for brukeren.

Transport (4) lag (Transport Layer) sikrer levering av pakker uten feil og tap, samt i ønsket rekkefølge. Den bryter også ned de overførte datablokkene til pakker og gjenoppretter de mottatte dataene fra pakkene. Pakker kan leveres med eller uten tilkobling (virtuell kanal). Transportlaget er grensen og bindeleddet mellom de tre øverste, som er svært applikasjonsspesifikke, og de tre nedre lagene, som er svært nettverksspesifikke.

Nettverk (3) lag (nettverkslag) er ansvarlig for å adressere pakker og oversette logiske navn (logiske adresser, som IP-adresser eller IPX-adresser) til (og omvendt) fysiske nettverks MAC-adresser. På samme nivå løses problemet med å velge en rute (sti) som pakken leveres til sin destinasjon (hvis det er flere ruter i nettverket). På nettverksnivå opererer komplekse mellomnettverksenheter som rutere.

Kanallag (2) eller datakoblingslag er ansvarlig for dannelsen av pakker (rammer) av en standardtype for dette nettverket (Ethernet, Token-Ring, FDDI), inkludert de første og siste kontrollfeltene. Her utføres også nettverkstilgangskontroll, overføringsfeil oppdages ved å beregne sjekksummer, og feilaktige pakker sendes på nytt til mottakeren. Linklaget er delt inn i to underlag: det øvre LLC og det nedre MAC. Mellomliggende nettverksenheter, for eksempel brytere, fungerer på koblingslaget.

Fysisk (1) lag (fysisk lag)- dette er det laveste nivået av modellen, som er ansvarlig for å kode den overførte informasjonen til signalnivåer akseptert i overføringsmediet som brukes, og omvendt dekoding. Den definerer også kravene til kontakter, kontakter, elektrisk matching, jording, beskyttelse mot interferens, etc. På det fysiske laget fungerer nettverksenheter som transceivere, repeatere og repeater-huber.

På begynnelsen av 1980-tallet utviklet en rekke internasjonale organisasjoner en modell som spilte en betydelig rolle i utviklingen av nettverk. Denne modellen kalles Open System Interconnection-modellen. En fullstendig beskrivelse av denne modellen tar mer enn 1000 sider med tekst.

I følge OSI-modellen kan hele prosessen med interaksjon mellom systemer i et nettverk representeres som et hierarki på 7 nivåer:

7. Søknadsnivå (Søknad).

6. Representantnivå (presentasjon)

5. Sesjonsnivå (Sision).

4. Transportlag (Transport). 3. Nettverkslag (Nettverk). 2. Link nivå (Data Link). 1. Fysisk lag (fysisk).

Før de mates inn i nettverket, blir data brutt opp i pakker, ofte kalt rammer. Pakke(ramme) er en elementær del av informasjon som overføres mellom nettverksnoder som helhet. Pakken går gjennom alle nivåer, og hvert nivå legger til overskrifter til pakken – noe tjenesteinformasjon. Når en pakke når det fysiske laget, blir den overgrodd med overskrifter for alle lag. Det fysiske laget sender pakken, sammen med overskriftene, over kommunikasjonslinjer til destinasjonsmaskinen.

Når en melding ankommer nettverket på målmaskinen, mottas den av dets fysiske lag og beveger seg sekvensielt opp fra lag til lag. Hvert nivå analyserer og behandler overskriften til nivået sitt, utfører funksjonene som tilsvarer dette nivået, og fjerner deretter denne overskriften og sender meldingen til det høyere nivået.

Reglene for samhandling innenfor samme nivå kalles interaksjonsprotokoll. Reglene for samspillet mellom nettverkslag kalles interlevel grensesnitt. Dermed blir interaksjon i nettverket på ett nivå bestemt av protokollen, og vertikalt tilstøtende nivåer samhandler med hverandre gjennom et inter-lags grensesnitt.

Oppgaven til hvert lavere nivå, for eksempel N-1, er å sikre funksjonen til det høyere nivået N-2.

OSI-modellen skiller mellom to typer dialog mellom noder for overføring av informasjon.

1. Dialog med forbindelsesetablering. Når den brukes, må avsender og mottaker først opprette en forbindelse før de utveksler data. Etter at dialogen er avsluttet, må de avslutte denne forbindelsen. Telefonen er et eksempel på tilkoblingsbasert kommunikasjon.

2. Dialog uten først å etablere en forbindelse(datagram dialog). I dette tilfellet sender avsenderen meldingen når den er klar. Å legge et brev i en postkasse er et eksempel.

1. Fysisk lag- omhandler overføring av biter over fysiske kommunikasjonskanaler, som koaksialkabel, tvunnet par, fiberoptisk kabel og andre. Dette nivået er også relatert til egenskapene til de fysiske mediene for dataoverføring, som støyimmunitet, bølgeimpedans, etc. På samme nivå bestemmes egenskapene til elektriske signaler som overfører informasjon: spenning eller strømnivåer til det overførte signalet, type koding, signaloverføringshastighet Funksjonene til det fysiske laget er implementert i alle enheter koblet til nettverket. På datamaskinsiden utføres de fysiske lagfunksjonene av nettverksadapteren.

2. Koblingsnivå. På det fysiske laget blir bits ganske enkelt sendt. Dette tar ikke hensyn til at i enkelte nettverk, der kommunikasjonslinjer brukes vekselvis av flere par med samvirkende datamaskiner, kan det fysiske overføringsmediet være opptatt. Derfor er en av oppgavene til lenkelaget å sjekke tilgjengeligheten til overføringsmediet. En annen oppgave for lenkelaget er å implementere feildeteksjons- og korrigeringsmekanismer. For å gjøre dette, ved lenkelaget, er biter gruppert i sett kalt rammer. Linklaget sikrer riktig overføring av hver ramme ved å plassere en spesiell sekvens av biter i begynnelsen og slutten av hver ramme for å skille den, og beregner også kontrollsummen ved å behandle alle bytene i rammen på en bestemt måte, og legge til en sjekksum. Når en ramme kommer over nettverket, beregner mottakeren igjen sjekksummen av de mottatte dataene og sammenligner resultatet med sjekksummen fra rammen. Hvis de samsvarer, anses rammen som gyldig og akseptert. Hvis kontrollsummene ikke samsvarer, genereres det en feil. Koblingslaget kan ikke bare oppdage feil, men også rette dem ved å sende korrupte rammer på nytt.

3. Nettverksnivå. Nettverkslaget tjener til å danne et enkelt transportsystem som kombinerer flere nettverk.

Linklagsprotokoller gir datalevering mellom alle to noder i nettverk med en viss topologi: felles buss, stjerne, ring. Nettverkslagsprotokoller brukes til å levere meldinger fra et nettverk med én topologi til et nettverk med en annen topologi (fra ett lokalnett til et annet). Nettverk er sammenkoblet av spesielle enheter - rutere. For å overføre en melding fra en avsender i ett nettverk til en mottaker i et annet nettverk, er det nødvendig å foreta et visst antall transittoverføringer mellom nettverk (hots), hver gang du velger riktig rute. Dermed er en rute en sekvens av rutere som en pakke passerer gjennom.

Problemet med å velge den beste veien kalles ruting- en av hovedoppgavene til nettverkslaget. Dette problemet forsterkes av det faktum at den korteste veien ikke alltid er den beste. Kriteriene for å velge en rute er: tid, dataoverføringshastighet, overføringspålitelighet.

Nettverkslaget løser også problemet med å forenkle adressering i store nettverk, og skaper pålitelige og fleksible barrierer for uønsket trafikk mellom nettverk.

Trafikk er mengden informasjon som overføres over nettverket.

Mottakeradressen på nettverksnivå består av den øvre delen – nettverksnummeret og den nedre delen – nodenummeret i dette nettverket. Alle verter på samme nettverk må ha samme øvre del av adressen. Derfor nettverket på nettverkslaget - det er en samling av noder hvis nettverksadresse inneholder samme nettverksnummer.

4. Transportlag. På vei fra avsender til mottaker kan pakker bli ødelagt eller gå tapt. Transportlaget gir de øvre lagene - applikasjon og økt - dataoverføring med den grad av pålitelighet de krever. OSI-modellen definerer 5 tjenesteklasser som er forskjellige i kvaliteten på tjenestene som tilbys.

Valget av tjenesteklasse avhenger av hvor pålitelig datatransportsystemet i nettverket leveres av lagene som ligger under transporten. For eksempel, hvis kvaliteten på dataoverføringskanalene er veldig høy og sannsynligheten for feil er lav, er det rimelig å bruke en av de lette tjenestene. Hvis kjøretøyene på de lavere nivåene i utgangspunktet er veldig upålitelige, er det tilrådelig å henvende seg til den mest utviklede transporttjenesten.

5. Sesjonslag- gir dialogkontroll: fikser hvem av partene som er aktive for øyeblikket, gir synkroniseringsverktøy. Sistnevnte lar deg sette inn sjekkpunkter i lange overføringer, slik at du i tilfelle feil kan gå tilbake til siste sjekkpunkt, i stedet for å starte på nytt.

6. Representantnivå omhandler form for presentasjon av informasjon som overføres over nettverket, uten å endre innholdet. På grunn av dette laget blir informasjonen som overføres av applikasjonslaget til ett system alltid forstått av applikasjonslaget til et annet system. På dette nivået er forskjeller i datarepresentasjon, tegnkoder (for eksempel ASCII og EBCDIC) overvunnet. Kryptering og dekryptering av data kan også utføres på dette nivået for å sikre hemmelighold av den overførte informasjonen.

7. Påføringslag- det er bare et sett med forskjellige protokoller som nettverksbrukere får tilgang til delte ressurser som filer, skrivere, etc., og også organiserer deres felles arbeid med.

Forelesning 3

Spørsmål til forelesning 2.

1. Hvilke undersystemer er PSTN delt inn i?

2. Hva er de hierarkiske nivåene til PSTN?

3. Hvordan er TMgUS relatert til TMnUS?

4. Hva er formålet med ABC-indeksen i bedriftsnettverk?

3. På hvilken måte er forbindelsen etablert i systemer med QC implementert?

4. Hva er forbindelsen i nettverket med QC logisk eller fysisk?

5. Hvilke funksjoner utfører STP-noden når den signaliserer over SS nr. 7?

6. Hvilken node i signalnettverket er installert når SS-kanal nr. 7 betjener ZUS-TMgUS-forbindelsen?

For å strømlinjeforme prinsippene for samhandling mellom enheter i nettverk, foreslo den internasjonale organisasjonen for standardisering (Organization of Standardization - ISO) en syv-nivå referansekommunikasjonsmodell ''Interaction of Open Systems' (OSI) eller (Open System Interconnection, OSI). OSI-modellen har blitt grunnlaget for utviklingen av standarder for samspill mellom systemer. Den definerer bare ordningen for å utføre de nødvendige oppgavene, men gir ikke en spesifikk beskrivelse av implementeringen. Dette er beskrevet av spesifikke protokoller eller regler utviklet for en bestemt teknologi, tatt i betraktning OSI-modellen. OSI-lagene kan implementeres i både maskinvare og programvare.

Det er syv grunnleggende lag av OSI-modellen (Figur 4.1). Οʜᴎ start på det fysiske nivået og slutt på det anvendte nivået. Hvert lag gir tjenester til det høyere laget. Det syvende nivået tjener direkte til brukere.

Ris. 4.1 OSI-OSI modell.

OSI-modellen fungerte som grunnlag for standardisering av hele nettverksbransjen. Samtidig er OSI-modellen et godt metodisk grunnlag for å studere nettverksteknologier. Selv om andre modeller er utviklet, definerer de fleste leverandører av nettverksutstyr sine produkter i form av OSI-referansemodellen.

OSI-referansemodellen reduserer nettverkskommunikasjon til syv relativt enkle deloppgaver. Hver av dem tilsvarer dets strengt definerte nivå av OSI-modellen. Men i det virkelige liv er noe maskinvare og programvare ansvarlig for flere lag samtidig. De to nederste lagene i OSI-modellen er implementert i både maskinvare og programvare. De resterende fem nivåene er hovedsakelig programmatiske.

OSI-referansemodellen definerer formålet med hvert lag og reglene for samspillet mellom lag (tabell).

Ris. Nivåer av OSI-modellen og deres hovedegenskaper.

OSI-modellen beskriver informasjonsveien gjennom et nettverksmiljø fra ett applikasjonsprogram på en datamaskin til et annet program på en annen datamaskin. I dette tilfellet går den overførte informasjonen ned gjennom alle nivåer i systemet. Lag på forskjellige systemer kan ikke kommunisere direkte med hverandre. Bare det fysiske nivået kan gjøre dette. Når informasjonen går ned gjennom systemet, konverteres den til en form som er praktisk for overføring over fysiske kommunikasjonskanaler. En adresseoverskrift legges til denne konverterte informasjonen for å indikere destinasjonen. Etter at adressaten mottar denne informasjonen, går den gjennom alle nivåene opp. Etter hvert som den passerer, konverteres informasjonen til sin opprinnelige form. Hvert lag i systemet må stole på tjenestene som tilbys av tilstøtende lag.

Hovedideen med OSI-modellen er at de samme lagene på forskjellige systemer, som ikke er i stand til å kommunisere direkte, skal fungere på nøyaktig samme måte. Det samme bør være tjenesten mellom de tilsvarende nivåene i forskjellige systemer. Brudd på dette prinsippet kan føre til at informasjon som sendes fra et system til et annet, etter alle transformasjonene, ikke vil være lik den opprinnelige. Dataene som går gjennom lagene har et visst format. Meldingen er vanligvis delt inn i en overskrift og en informasjonsdel. Det spesifikke formatet avhenger av det funksjonelle formålet med nivået som informasjonen befinner seg på på et gitt tidspunkt. For eksempel, på nettverksnivå, består en informasjonsblokk av en nettverksadresse etterfulgt av data. Nettverkslagsdata kan på sin side inneholde overskrifter på høyere nivåer - transport-, økt-, presentasjons- og applikasjonsnivåer. Og til slutt, ikke alle nivåer trenger å legge til overskrifter. Noen lag konverterer ganske enkelt de mottatte fysiske dataene til et format som passer for tilstøtende lag.

OSI-referansemodellen definerer ikke en nettverksimplementering. Den beskriver bare funksjonene til hvert lag og det generelle skjemaet for dataoverføring i nettverket. Den fungerer som grunnlaget for nettverksstrategien som helhet.

Protokoller og grensesnitt

For å forenkle design, analyse og implementering av meldinger mellom datamaskiner, er denne prosedyren delt inn i flere hierarkisk relaterte underoppgaver.

Ved overføring av meldinger må begge deltakerne i en nettverksentral følge et sett med konvensjoner. De må for eksempel bli enige om nivåer og form på elektriske signaler, hvordan de skal bestemme lengden på meldinger, bli enige om kontrollmetoder osv. Avtalene må være like for alle nivåer, fra det laveste nivået av bitoverføring til det høyeste nivået som bestemmer tolkningen av informasjon. Slike formaliserte regler som bestemmer rekkefølgen og formatet til meldinger på samme nivå kalles protokoller. Et hierarkisk organisert sett med protokoller kalles stable kommunikasjonsprotokoller.

Protokoller til tilstøtende lag på samme node samhandler med hverandre også i samsvar med veldefinerte regler som beskriver formatet til meldinger. Disse reglene kalles grensesnitt. Et grensesnitt definerer et sett med tjenester som det nedre laget gir til det høyere laget.

OSI-modellen beskriver kun systeminteraksjoner, ikke brukerapplikasjoner. Applikasjoner implementerer sine egne interaksjonsordninger ved å få tilgang til systemfasiliteter.

En applikasjon kan bruke systeminteraksjonsverktøy ikke bare for å organisere en dialog med en annen applikasjon som kjører på en annen maskin, men også for å motta tjenestene til en bestemt nettverkstjeneste, for eksempel tilgang til eksterne filer, sende e-post eller skrive ut på en delt skriver.

La oss anta at applikasjonen sender en forespørsel til applikasjonslaget, for eksempel til en filtjeneste. Basert på denne forespørselen genererer applikasjonslagsprogramvaren en melding i et standardformat͵ i ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ plasserer tjenesteinformasjon (header) og nødvendige data. Denne meldingen sendes deretter til presentasjonslaget. Presentasjonslaget legger sin overskrift til meldingen og sender resultatet ned til sesjonslaget, som legger til overskriften osv. Til slutt når meldingen det laveste, fysiske laget, som sender den direkte langs kommunikasjonslinjene.

Når en melding kommer over nettverket til en annen maskin, flyttes den opp sekvensielt fra lag til lag. Hvert lag analyserer, behandler og fjerner lagoverskriften, utfører de riktige funksjonene og sender meldingen til neste lag. Som regel er det mellom de interagerende maskinene mellomenheter av forskjellige typer.

OSI-modellen skiller mellom to grunnleggende typer protokoller. I protokoller med etablere en forbindelse(Connection-Oriented Network Service, CONS) Før utveksling av data må avsender og mottaker først etablere en forbindelse og eventuelt velge protokollen de skal bruke. Etter at dialogen er fullført, må de bryte forbindelsen.

Den andre gruppen av protokoller - protokoller uten forhåndstilkobling(Connectionless Network Service, CLNS). Slike protokoller kalles også datagramprotokoller. Avsenderen sender ganske enkelt meldingen når den er klar. Nettverk bruker begge protokollene.

Lag av OSI-modellen

Konsept og typer. Klassifisering og funksjoner i kategorien "Modell for interaksjon av åpne systemer." 2017, 2018.

Arkitekturen til et datanettverk forstås som en beskrivelse av dens generelle modell. For å løse problemet med sammenkobling av nettverk av forskjellige arkitekturer, har ISO (International Certification Organization, engelsk - ISO) utviklet åpen systemarkitekturmodell.

åpent system- et system som samhandler med andre systemer i henhold til aksepterte standarder.

Referansemodell for interaksjon med åpne systemer (OSI -– åpenSystemerSammenkobling)

Interaksjonsmodellen for åpne systemer består av syv nivåer.

7. nivå - anvendt- gir støtte for. Dette nivået bestemmer utvalget av anvendte oppgaver implementert i et gitt datanettverk. Den inneholder også alle nødvendige tjenesteelementer for brukerapplikasjoner. Noen oppgaver i nettverksoperativsystemet kan overføres til applikasjonslaget.

6. nivå - representant- definerer datasyntaksen i modellen, dvs. datarepresentasjon. Det garanterer presentasjon av data i koder og formater akseptert i det gitte systemet.

5. nivå - økt- implementerer etablering og støtte for en kommunikasjonsøkt mellom to abonnenter gjennom et kommunikasjonsnettverk. Den lar deg utveksle data i modusen definert av applikasjonsprogrammet, eller gir deg muligheten til å velge utvekslingsmodus. Sesjonslaget opprettholder og avslutter en kommunikasjonsøkt.

De tre øverste nivåene er gruppert under et felles navn - prosess eller søknadsprosess. Disse nivåene definerer de funksjonelle egenskapene til et datanettverk som et applikasjonssystem.

4. nivå - transportere- gir et grensesnitt mellom prosesser og nettverket. Den etablerer logiske kanaler mellom prosesser og sikrer overføring av informasjonspakker som utveksles mellom prosesser over disse kanalene. De logiske kanalene etablert av transportlaget kalles transportkanaler.

Pakke- en gruppe byte som overføres av nettverksabonnenter til hverandre.

Lag 3 - nettverk - definerer grensesnittet for brukerdataterminalutstyret med pakkesvitsjenettverket. Den er også ansvarlig for å rute pakker i et kommunikasjonsnettverk og for kommunikasjon mellom nettverk - den implementerer internettarbeid.

Nivå 2 - kanal - datalinknivå - implementerer prosessen med informasjonsoverføring over en informasjonskanal. Informasjonskanal - en logisk kanal, den etableres mellom to datamaskiner koblet sammen med en fysisk kanal. Koblingslaget gir dataflytkontroll i form av rammer der informasjonspakker pakkes, oppdager overføringsfeil og implementerer en infoi tilfelle feil eller tap av data.

Nivå 1 - fysisk - utfører alle nødvendige prosedyrer i kommunikasjonskanalen. Dens hovedoppgave er å kontrollere dataoverføringsutstyret og kommunikasjonskanalen som er koblet til det.

Behandler meldinger etter lag av OSI-modellen

Når informasjon overføres fra søknadsprosessen til nettverket, behandles den av nivåene til interaksjonsmodellen for åpne systemer. Meningen med denne behandlingen er at hvert nivå legger til sin egen overskrift til prosessinformasjonen – tjenesteinformasjon som er nødvendig for adressering av meldinger og for enkelte kontrollfunksjoner. Koblingslaget, i tillegg til overskriften, legger også til en trailer - en kontrollsekvens som brukes til å verifisere riktigheten av å motta en melding fra kommunikasjonsnettverket.

Det fysiske laget til overskriften legger ikke til. Meldingen, innrammet av overskrifter og en trailer, går inn i kommunikasjonsnettverket og kommer til abonnentdatamaskinene til datanettverket. Hver abonnentdatamaskin som har mottatt meldingen dekrypterer adressene og avgjør om meldingen er ment for den.

I dette tilfellet foregår den omvendte prosessen i abonnentdatamaskinen - lesing og avskjæring av overskriftene etter nivåene til interaksjonsmodellen for åpne systemer. Hvert nivå reagerer kun på sin egen overskrift. Overskriftene til de øvre nivåene blir ikke oppfattet eller endret av de lavere nivåene - de er "gjennomsiktige" for de lavere nivåene. Når man beveger seg gjennom nivåene til OSI-modellen, kommer informasjonen til slutt frem til prosessen den ble adressert til.

Fordeler med syv-nivå modellen.

Hvis grensesnitt er unikt definert mellom nivåer, betyr ikke endring av et av nivåene behov for å gjøre endringer på andre nivåer. Dermed er det en relativ uavhengighet av nivåer fra hverandre.

Det er nødvendig å komme med en bemerkning til angående implementeringen av OSI-modellnivåer i ekte datanettverk. Funksjonene beskrevet av nivåene til modellen må implementeres enten i maskinvare eller i form av programvare.

Fysiske lagfunksjoner er alltid implementert i maskinvare. Dette er adaptere, dataoverføringsmultipleksere, nettverkskort osv.

Funksjonene til andre nivåer er implementert i form av programvaremoduler - drivere.

Interaksjonsmodell for LAN

For å ta hensyn til kravene til det fysiske overføringsmediet som brukes i LAN, ble det gjort en viss modernisering av syvlagsmodellen for interaksjon av åpne systemer for lokale nettverk. Linklaget ble delt inn i to underlag. LLC (Logical Link Control) underlaget gir kontroll over den logiske koblingen, dvs. utfører funksjonene til selve kanallaget. MAC-underlaget (Media Access Control) gir medietilgangskontroll.

I dagens artikkel vil jeg gå tilbake til det grunnleggende og snakke om OSI Open Systems Interconnection Models. Dette materialet vil være nyttig for nybegynnere systemadministratorer og alle de som er interessert i å bygge datanettverk.

Alle komponenter i nettverket, fra dataoverføringsmediet til utstyret, fungerer og samhandler med hverandre etter et sett med regler som er beskrevet i den s.k. interaksjonsmodeller for åpne systemer.

Åpne systeminteraksjonsmodell OSI(Open System Interconnection) ble utviklet av International Standards Organization ISO (International Standards Organization).

I henhold til OSI-modellen er data som overføres fra kilde til destinasjon syv nivåer . På hvert nivå utføres en spesifikk oppgave, som til slutt ikke bare garanterer levering av data til den endelige destinasjonen, men også gjør overføringen uavhengig av midlene som brukes til dette. Dermed oppnås kompatibilitet mellom nettverk med ulike topologier og nettverksutstyr.

Inndelingen av alle nettverksfasiliteter i lag forenkler utviklingen og applikasjonen. Jo høyere nivå, desto vanskeligere er oppgaven den løser. De tre første lagene i OSI-modellen ( fysisk, kanal, nettverk) er nært knyttet til nettverket og nettverksutstyret som brukes. De tre siste nivåene økt, presentasjonslag, applikasjon) implementeres ved hjelp av operativsystemet og applikasjonsprogrammene. transportlag fungerer som et mellomledd mellom de to gruppene.

Før de sendes over nettverket, deles dataene i pakker , dvs. deler av informasjon organisert på en bestemt måte slik at de er forståelige for mottaks- og overføringsenheter. Ved sending av data behandles pakken sekvensielt ved hjelp av alle nivåer av OSI-modellen, fra applikasjonslaget til det fysiske. På hvert lag kontrollerer du informasjon om det laget (kalt pakkeoverskrift ), som er nødvendig for vellykket overføring av data over nettverket.

Som et resultat begynner denne nettverksmeldingen å ligne en flerlags sandwich, som skal være "spiselig" for datamaskinen som mottok den. For å gjøre dette, må du følge visse regler for utveksling av data mellom nettverksdatamaskiner. Slike regler kalles protokoller .

På mottakersiden behandles pakken ved hjelp av alle nivåer av OSI-modellen i omvendt rekkefølge, fra det fysiske og slutter med søknaden. Ved hvert lag leser de tilsvarende midlene, styrt av lagets protokoll, informasjonen til pakken, fjerner deretter informasjonen som er lagt til pakken på samme nivå av sendersiden, og sender pakken ved hjelp av neste lag . Når pakken når applikasjonslaget, vil all kontrollinformasjon bli fjernet fra pakken, og dataene vil gå tilbake til sin opprinnelige form.

La oss nå se på driften av hvert lag i OSI-modellen mer detaljert:

Fysisk lag - den laveste, bak den er direkte kommunikasjonskanalen som informasjon overføres gjennom. Han deltar i organiseringen av kommunikasjon, og tar hensyn til egenskapene til dataoverføringsmediet. Så den inneholder all informasjon om dataoverføringsmediet: nivået og frekvensen til signalet, tilstedeværelsen av interferens, nivået på signaldemping, kanalmotstanden, etc. I tillegg er det han som er ansvarlig for å overføre informasjonsflyten og konvertere den i samsvar med eksisterende kodingsmetoder. Arbeidet til det fysiske laget er i utgangspunktet tildelt nettverksutstyret.
Det er verdt å merke seg at det er ved hjelp av det fysiske laget at kablede og trådløse nettverk defineres. I det første tilfellet brukes en kabel som det fysiske mediet, i det andre tilfellet enhver form for trådløs kommunikasjon, som radiobølger eller infrarød stråling.

Linklag utfører den vanskeligste oppgaven - gir garantert dataoverføring ved hjelp av fysiske lagalgoritmer og kontrollerer riktigheten av de mottatte dataene.

Før du starter dataoverføring, bestemmes tilgjengeligheten av dataoverføringskanalen. Informasjon overføres i blokker kalt personale , eller rammer . Hver slik ramme leveres med en sekvens av biter på slutten og begynnelsen av blokken, og er også supplert med en kontrollsum. Når en slik blokk mottas ved lenkelaget, må mottakeren sjekke integriteten til blokken og sammenligne den mottatte sjekksummen med sjekksummen inkludert i dens sammensetning. Hvis de samsvarer, anses dataene som gyldige, ellers er en feil rettet og det kreves en ny overføring. I alle fall sendes et signal til avsenderen med resultatet av operasjonen, og dette skjer med hver ramme. Dermed er den andre viktige oppgaven til lenkelaget å kontrollere riktigheten av dataene.

Koblingslaget kan implementeres både i maskinvare (for eksempel ved bruk av svitsjer) og ved bruk av programvare (for eksempel en nettverksadapterdriver).

nettverkslaget nødvendig for å utføre arbeid med dataoverføring med en foreløpig bestemmelse av den optimale banen for pakker. Siden et nettverk kan bestå av segmenter med forskjellige topologier, er hovedoppgaven til nettverkslaget å bestemme den korteste veien, og samtidig konvertere de logiske adressene og navnene på nettverksenheter til deres fysiske representasjon. Denne prosessen kalles ruting og dens betydning kan neppe overvurderes. Med et rutingskjema som kontinuerlig oppdateres på grunn av forekomsten av ulike typer "overbelastning" i nettverket, utføres dataoverføring så snart som mulig og med maksimal hastighet.

transportlag brukes til å organisere pålitelig dataoverføring, som eliminerer tap av informasjon, feil eller duplisering. Samtidig kontrolleres overholdelse av riktig sekvens ved overføring og mottak av data, delt opp i mindre pakker eller kombinert i større for å bevare integriteten til informasjonen.

øktlag er ansvarlig for å opprette, vedlikeholde og vedlikeholde en kommunikasjonsøkt i den tiden som er nødvendig for å fullføre overføringen av hele datamengden. I tillegg synkroniserer den overføringen av pakker ved å sjekke leveringen og integriteten til pakken. Under dataoverføringen opprettes spesielle sjekkpunkter. Hvis sending-mottak mislykkes, blir de manglende pakkene sendt på nytt fra nærmeste sjekkpunkt, noe som gjør at hele datamengden kan overføres på kortest mulig tid, noe som gir generelt god hastighet.

Presentasjonslag (eller, som det også kalles, utøvende nivå ) er middels, dens hovedoppgave er å konvertere data fra et format for overføring over et nettverk til et format som er forståelig av et høyere nivå, og omvendt. I tillegg er han ansvarlig for å bringe data til et enkelt format: når informasjon overføres mellom to helt forskjellige nettverk med forskjellige dataformater, før du behandler dem, er det nødvendig å bringe dem til en form som vil være forståelig for både mottakeren og avsenderen. Det er på dette nivået at kryptering og datakomprimeringsalgoritmer brukes.

Påføringslag - den siste og høyeste i OSI-modellen. Ansvarlig for nettverkskommunikasjon med brukere – applikasjoner som krever informasjon fra nettverkstjenester på alle nivåer. Med den kan du finne ut alt som skjedde under dataoverføringen, samt informasjon om feil som oppsto under dataoverføringen. I tillegg sikrer dette laget driften av alle eksterne prosesser utført gjennom nettverkstilgang - databaser, e-postklienter, filnedlastingsbehandlere, etc.

På Internett fant jeg et bilde der en ukjent forfatter presenterte OSI nettverksmodell i form av en burger. Jeg synes det er et veldig minneverdig bilde. Hvis du plutselig i en eller annen situasjon (for eksempel på et jobbintervju) må liste opp alle de syv lagene av OSI-modellen i riktig rekkefølge fra minnet, bare husk dette bildet og det vil hjelpe deg. For enkelhets skyld oversatte jeg nivånavnene fra engelsk til russisk: Det var alt for i dag. I neste artikkel vil jeg fortsette emnet og snakke om.