Сети и модель OSI

В этом разделе рассмотрены ключевые концепции, которые помогут вам глубже понять принципы работы компьютерных сетей.

При огромном числе компаний, разрабатывающих и производящих оборудование и программы для организации сетей вопрос стандартизации играет важнейшую роль. Нет ничего странного в организации сети LANtastic с использованием адаптеров Artisoft, 3Com, Intel и других фирм. Возможность работы такого разнородного оборудования в одной сети обеспечивает стандарт Ethernet, разработанный IEEE. Использование этого стандарта всеми производителями адаптеров и концентраторов позволяет им выпускать оборудование, способное взаимодействовать с программами и аппаратурой других фирм при работе в одной сети.

Часто на одном компьютере используются сетевые программы разных фирм, работающие одновременно. Например, компьютер с LANtastic может одновременно работать как клиент NetWare. Для обеспечения совместимости программ Международная Организация по Стандартизации (ISO - International Standards Organization) разработала модель сетевой архитектуры, получившую известность как OSI-модель. Модель Взаимодействия Открытых Систем (Open Systems Interconnect) описывает структуру сетевых уровней. Не все разработчики программ в точности следуют этой модели, однако она дает основы понимания способов взаимодействия сетевых компонент.

Модель OSI

В начале 80-х годов ISO опубликовала модель, предназначенную для оказания помощи разработчикам при объединении различных сетей. Получившая широкую известность модель OSI содержит семь дискретных уровней, каждый из которых обеспечивает выполнение определенной части сетевых функций при обмене данными между компьютерами сети.

Уровень приложений (Application Layer).: На этом уровне работают приложения, с которыми имеет дело пользователь. Уникальность этого уровня заключается в том, что он не предоставляет своих услуг другим уровням модели. Примерами уровня приложений могут служить программы Lotus 1-2-3 или Edit (впрочем и многие другие).
Уровень представления (Presentation Layer): Обеспечивает возможность понимания уровнем приложений одного компьютера информации, посланной уровнем приложений другого. Задачей данного уровня является трансляция из одного формата данных в другие, сжатие данных и их шифровка (при необходимости). Этот уровень включает функции DOS и сетевой ОС.
Сеансовый уровень (Session Layer): Организует диалог между процессами на разных машинах, управляет этим диалогом и прерывает его по окончании. Примером этого уровня может служить протокол NetBIOS.
Транспортный уровень (Transport Layer): Обеспечивает взаимодействие между приложениями и коммуникационными уровнями. Этот уровень отвечает за разбиение данных на пакеты и их доставку адресатам. Транспортный уровень прозрачен для приложений.
• Сетевой уровень (Network Layer): Обеспечивает соединение двух конечных систем, находящихся в разных подсетях. На сетевом уровне работают маршрутизаторы.
Уровень канала данных (Data-Link Layer): Обеспечивает надежную передачу данных через канал связи (физическое соединение, кабель). Этот уровень обеспечивает физическую адресацию, уведомления об ошибках, порядок доставки кадров и управление потоком данных. Обычно функции этого уровня реализованы в сетевом адаптере (Network Interface Card - NIC). На этом уровне работают мосты.
• Физический уровень (Physical Layer): Электрические, механические, процедурные и функциональные спецификации, управляющие физическим соединением узлов сети. Данный уровень определяет тип среды передачи, кодирование данных, методы передачи, форму и тип разъемов и т. п. На этом уровне работают повторители.

Потоки информации в модели организованы так, что каждый уровень предполагает, будто он напрямую взаимодействует с одноименным уровнем другого узла. Как показано на рисунке, сетевой уровень компьютера 1 предполагает, что он взаимодействует с сетевым уровнем компьютера 2. На самом же деле, каждый уровень может взаимодействовать только с соседними уровнями на своем компьютере. Для "взаимодействия" одноименных уровней модели организуется "сессия" Например, сетевой уровень компьютера 1 организует сессию с сетевым уровнем компьютера 2 следующим способом:

на компьютере 1:

сетевой уровень получает данные от транспортного уровня;
сетевой уровень форматирует информацию в пакеты и передает их на уровень канала данных;
уровень канала данных помещает пакеты в кадры (фреймы) и передает последние на физический уровень;
физический уровень передает информацию в канал передачи.

на компьютере 2:

физический уровень принимает сигналы из кабеля;
физический уровень передает данные на уровень канала данных;
уровень канала данных разбирает полученные кадры и передает извлеченные из них пакеты на сетевой уровень;
сетевой уровень обрабатывает полученные пакеты и передает информацию на транспортный уровень для ее последующей обработки.

Другие стандарты

Модель OSI обращается с данными так, как будто мир за пределами компьютера переполнен опасностями. Каждый пакет сопровождается и упаковывается так, как молодая мать снаряжает своего единственного ребенка на прогулку зимой. Результатом этого является сверхвысокая надежность обмена информации, однако замедляется передача и усложняется реализация модели.

Во время разработки модели OSI в конце 70-х годов несколько компаний разработали свои методы, достаточно отдаленно напоминающие модель OSI, однако обеспечивающие высокую скорость обмена. Корпорация IBM реализовала систему с передачей маркера (token) в рамках Стандартной Сетевой Архитектуры (Standard Network Architecture - SNA). В это же время широко известный исследовательский центр компании Xerox в Palo Alto реализовал схему, названную XNS (Xerox Network Services), обеспечивающую множественный доступ к среде передачи. Вариация этого метода, названного "ethernet," была адаптирована в системе TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), Digital Equipment в ее стратегии Digital-Intel-Xerox (DIX) и Novell в SPX/IPX (Sequence Packet Exchange/Internetwork Packet Exchange), используемых в сетевой ОС NetWare.

Все эти вариации достаточно слабо связаны с моделью OSI. Институт (IEEE) организовал комитете 802 (организованный в феврале 1980 отсюда название), который начал заниматься разработкой сетевых спецификаций, реализованных в серии документов 802.

802.1 определяет часть физического уровня и уровня канала данных модели OSI как три новых уровня физический, MAC (Medium Access Control управление доступом к среде) и LLC (Logical Link Control управление логическим каналом).
802.2 определяет уровень LLC. LLC может принимать запросы услуг от вышележащих уровней через SAP (Service Access Points точки доступа к сервису). Такие запросы передаются одним из трех способов:
1. Пакеты передаются и принимаются как дейтаграммы; дейтаграммы принимают все узлы сети, а использует только тот, кто их запрашивал. Этот тип сервиса используется в сетях NetWare.
2. Организуется логическое устройство, обеспечивающее организацию сеанса связи, управление потоком данных и контроль ошибок. Этот тип сервиса используется в сетях LANtastic.
3. Используются как дейтаграммы, так и сеансы точка-точка.
802.3 определяет уровень MAC, используемый в схеме детектирования несущей и обнаружения коллизий (CSMA/CD), принятой в Ethernet"
- Детектирование несущей (Carrier Sense) - сетевой адаптер "прослушивает" сеть на предмет обнаружения занятости кабеля. В случае если кабель занят другой станцией, через промежуток времени, задаваемый с помощью генератора случайных чисел, попытка доступа повторяется.
- Множественный доступ (Multiple Access) - каждый адаптер имеет равные шансы получить доступ к среде, когда кабель свободен. Даже если адаптер только что завершил передачу пакета, он имеет такие же шансы на получение доступа к среде, что и другие адаптеры.
- Обнаружение конфликтов (Collision Detect) - при начале передачи пакета в сеть адаптер должен попытаться определить не начал одновременно с ним передачу другой адаптер (коллизия). При попытке одновременного доступа, оба адаптера должны освободить кабель и повторить попытку передачи по истечении случайного интервала времени.
802.4 определяет MAC-уровень для схем с передачей маркера.
802.5 определяет уровень MAC для схем с передачей маркера по кольцу, аналогичных (но не совпадающих) Token Ring.

Зачем нужна модель OSI, если разработаны специальные стандарты? Дело в том, что все сетевые ОС, такие, как LANtastic, NetWare, Windows NT, Windows 95 и пр. используют одни и те же основные процессы для обмена данными между узлами сети. Компоненты сети могут не соответствовать в точности модели OSI, но они должны следовать ей в общих вопросах.

Николай Малых, BiLiM Systems Ltd.

Назад | Содержание | Вперед