Третий элемент компьютерных сетей – протоколы. Необходимость при-держиваться определенных правил при построении сети. Переход от правил по-строения сети к модели OSI. Практическое использование модели OSI.
Введение
Как уже говорилось ранее, в компьютерной сети должны быть приняты правила для обеспечения связи между поставщиками и потребителями услуг в сети. Протокол – это свод правил и стандартов по которым взаимодействуют различные устройства.
Множество фирм-производителей программного и аппаратного обеспе-чения для компьютеров работают над одной целью – создать протоколы для взаимодействия сетевых устройств. Но так как цели у каждой фирмы немного отличаются от других, появилось множество протоколов, подчас несовмести-мых между собой. Без правил и стандартов компьютерная сеть не смогла бы функционировать, но существование множества несовместимых протоколов сильно усложняет задачу построения сети.
Протоколы в сети контролируют следующие вопросы:
- способ установки связи и обмена данными между сетевыми устройст-вами при использовании ими «разных языков»
- методы, позволяющие сетевым устройствам знать, когда нужно переда-вать данные, а когда нет
- методы, обеспечивающие корректное получение передаваемой по сети информации нужным адресатом
- организация и соединение физической среды передачи данных
- поддержание нужной скорости передачи данных всеми сетевыми уст-ройствами
- методы представления битов в среде передачи данных.
Различные организации пытались создать стандарты и модели чтобы обобщить и структурировать задачи, выполняемые сетевыми протоколами.
Модель OSI
Наиболее популярна модель Open Systems Interconnect (OSI) – модель открытого системного взаимодействия. Эта модель была разработана в 1977-78 гг Международной организацией стандартизации ISO. С тех пор она широко используется для пояснения сетевых коммуникаций.
Модель OSI состоит из следующих семи уровней (layers)
Application – Прикладной
Presentation – Представительный
Session – Сеансовый
Transport – Транспортный
Network – Сетевой
Data Link – Канальный
Physical – Физический
Уровни нумеруются снизу вверх. Физический уровень имеет номер 1, прикладной – номер 7. Каждый уровень отвечать за свой круг определенных за-дач. Такая структура уровней была определена базируясь на сложившейся структуре сетевых взаимоотношений. В каждом конкретном применении могут использоваться как все уровни сетевой модели, так и лишь несколько из них.
Так как OSI – это модель, уровни модели сами не производят каких-либо функций. Однако сетевые протоколы обеспечивают функции, которые могут быть связаны с уровнями модели OSI.
Если протоколы группируются вместе для выполнения какой-либо зада-чи, образуется стек протоколов (stack). Стек протоколов – это группа протоко-лов, упорядоченных в виде уровней для реализации коммуникационного про-цесса.
Каждый уровень в стеке протоколов обслуживается нижерасположенным уровнем и реализует сервис для вышерасположенного уровня. Например, уро-вень N использует сервис нижерасположенного уровня (N-1) и обслуживает вышерасположенный уровень (N+1).
Для обеспечения взаимодействия двух компьютеров на каждом из них должен выполняться один и тот же стек протоколов. Каждый уровень стека протоколов на компьютере взаимодействует со своим эквивалентом на другой машине (peer communication). Но при этом сообщение должно перейти на самый нижний уровень стека на одной машине и после передачи вернуться на нужный уровень вверх на другой машине.
Равноуровневая связь между двумя стеками
При прохождении сообщения вниз по первому стеку, каждый уровень кроме физического добавляет свой заголовок (header) к сообщению. Заголовок содержит фрагменты управляющей информации, которая считывается и обраба-тывается соответствующим уровнем принимающего стека. При перемещении сообщения вверх по стеку протокола, каждый уровень удаляет соответствую-щий заголовок.
Например, связь двух сетевых приложений в разных операционных сис-темах можно представить следующим образом. На уровне 7 приложение запра-шивает какую-либо информацию у другого сетевого приложения. Запрос пере-дается шестому уровню. Шестой уровень принимает запрос, добавляет в него свой заголовок и перемещает данные далее на уровень 5. И так далее до тех пор, пока данные не будут переданы на уровень 1 вместе со всеми заголовками. Да-лее пакет с данными передается по физическому уровню на другую операцион-ную систему где находится требуемое приложение.
Пакет передается вверх по уровням, каждый уровень обрабатывает свой заголовок и передает данные выше, пока они не достигнут нужного сетевого приложения на 7 уровне.
Пакеты с данными (service data unit), передаваемые на каждом уровне, имеют разные названия. Термин «пакет» применим к данным на любом уровне, но различают следующие названия данных.
На физический уровень данные передаются в виде битов (bits)
На канальный уровень – кадры (frames)
Транспортный уровень – датаграммы и сегменты (datagrams and seg-ments)
Прикладной уровень – сообщения (messages).
Практическое использование сетевой модели
Важно понимать, что OSI – это модель. Модель не управляет сетевым взаимодействием. Для работы сети требуются протоколы, и уже протоколы со-ответствуют одному или нескольким определенным уровням модели.
Однако, если два протокола находятся на одном и том же уровне OSI, это вовсе не означает что они будут работать вместе. Цель модели – это упорядочи-вание сетевых технологий и применений сетевых протоколов.
Модель OSI можно представить как книжный шкаф. Шкаф используется для упорядочивания книг от разных авторов по различным разделам. Также и специалисты распределяют разные протоколы по уровням модели OSI в зави-симости от их функций.
Сходство на этом не заканчивается. Если одни специалисты считают, что какая-либо книга должна стоять именно на данной полке, то другие специали-сты могут считать иначе. Соответственно в компьютерном мире происходит по-стоянная борьба за стандартизацию и упорядочивание различных сетевых про-токолов и сетевых технологий в модели OSI.
Модель OSI очень удобно использовать как основу для дальнейшего изучения курса сетевых технологий.
Заключение
В компьютерной сети должны быть приняты правила для обеспечения связи между поставщиками и потребителями услуг в сети. Протокол – это свод правил и стандартов по которым взаимодействуют различные устройства. Было разработано огромное число протоколов и ISO создала специальную сетевую модель OSI. Эта модель разделила сетевое взаимодействие на семь уровней и эта модель также описывает взаимодействие между этими уровнями. Модель OSI упорядочивает различные протоколы.
Контрольное задание.
1. Опишите, для чего в компьютерной сети требуются определенные правила и стандарты.
2. Перечислите все уровни модели OSI
3. Зачем в пакетах данных требуются заголовки?
4. Для чего нужна сетевая модель OSI?