Ip який рівень osi. рівні еталонної моделі osi. Функції мережного рівня

Мережева модель OSI – це еталонна модель взаємодії відкритих систем, англійською звучить як Open Systems Interconnection Basic Reference Model. Її призначення в узагальненому поданні засобів мережевої взаємодії.

Тобто модель OSI - це узагальнені стандарти для розробників програм, завдяки яким будь-який комп'ютер однаково може розшифрувати дані, передані з іншого комп'ютера. Щоб було зрозуміло, наведу приклад життя. Відомо, що бджоли бачать все, що оточує їх в утрафіалетовому світлі. Тобто ту саму картинку наше око і бджолине сприймає абсолютно по-різному і те, що бачать комахи, може бути непомітно для зору людини.

Те саме і з комп'ютерами — якщо один розробник пише додаток на будь-якому програмною мовою, який розуміє його власний комп'ютер, але не доступний для жодного іншого, то на будь-якому іншому пристрої ви прочитати створений цією програмою документ не зможете. Тому дійшли такої ідеї, щоб при написанні додатків дотримуватися єдиного склепіння правил, зрозумілого для всіх.

Рівні OSI

Для наочності процес роботи мережі прийнято розділяти на 7 рівнів, кожному з яких працює своя група протоколів.

Мережевий протокол — це правила та технічні процедури, що дозволяють комп'ютерам, об'єднаним у мережу, здійснювати з'єднання та обмін даними.
Група протоколів, об'єднаних єдиною кінцевою метою, називається стек протоколів.

Для виконання різних завданьє кілька протоколів, які займаються обслуговуванням систем, наприклад, стек TCP/IP. Давайте тут уважно подивимося на те, як інформація з одного комп'ютера відправляється по локальної мережіна інший комп.

Завдання комп'ютера ВІДПРАВИВАЧА:

• Взяти дані із програми
• Розбити їх на дрібні пакети, якщо великий обсяг
• Підготувати до передачі, тобто вказати маршрут, зашифрувати і перекодувати в мережевий формат.

Завдання комп'ютера ОТРИМАЧА:

• Прийняти пакети даних
• Видалити з нього службову інформацію
• Копіювати дані у буфер
• Після повного прийому всіх пакетів сформувати їх вихідний блок даних
• Віддати його додатку

Для того, щоб правильно зробити всі ці операції і необхідний єдиний збір правил, тобто еталонна модель OSI.

Повернемося до рівнів OSI. Їх прийнято відраховувати у порядку й у верхній частині таблиці розташовуються мережеві додатки, а нижньої — фізичне середовище передачі. У міру того, як дані від комп'ютера спускаються вниз безпосередньо до мережному кабелю, протоколи, що працюють на різних рівнях, поступово їх перетворюють, готуючи до фізичної передачі.

Розберемо їх докладніше.

7. Прикладний рівень (Application Layer)

Його завдання забрати у мережного додаткадані та відправити на 6 рівень.

6. Рівень вистави (Presentation Layer)

Перекладає ці дані на єдину універсальну мову. Справа в тому, що кожен комп'ютерний процесормає власний форматобробки даних, але в мережу вони повинні потрапити в 1 універсальному форматі - саме цим і займається рівень вистави.

5. Сеансовий рівень (Session Layer)

Має багато завдань.

1. Встановити сеанс зв'язку з одержувачем. ПЗ попереджає комп'ютер-отримувач про те, що зараз йому будуть надіслані дані.
2. Тут же відбувається розпізнавання імен та захист:
   • ідентифікація - розпізнавання імен
   • автентифікація - перевірка по паролю
   • реєстрація - присвоєння повноважень
3. Реалізація того, яка зі сторін здійснює передачу інформації та як довго це відбуватиметься.
4. Розташування контрольних точок у загальному потоці даних для того, щоб у разі втрати якоїсь частини легко було встановити, яка саме частина втрачена і слід відправити повторно.
5. Сегментація – розбивка великого блоку на маленькі пакети.

4. Транспортний рівень (Transport Layer)

Забезпечує програмам необхідний ступінь захисту під час доставки повідомлень. Є дві групи протоколів:

• Протоколи, орієнтовані на з'єднання - вони відстежують доставку даних і при необхідності вимагають повторне відправлення при невдачі. Це TCP - протокол контролю передачі.
• Чи не орієнтовані на з'єднання (UDP) - вони просто відправляють блоки і далі не стежать за їх доставкою.

3. Мережевий рівень (Network Layer)

Забезпечує наскрізну передачу пакета, розраховуючи його маршрут. На цьому рівні в пакетах до всієї попередньої інформації, сформованої іншими рівнями, додаються IP адреси відправника та одержувача. Саме з цього моменту пакет даних називається власне ПАКЕТОМ, у якого є (IP протокол — це протокол міжмережевої взаємодії).

2. Канальний рівень (Data Link Layer)

Тут відбувається передача пакета не більше одного кабелю, тобто однієї локальної мережі. Він працює лише до прикордонного маршрутизатора однієї локальної мережі. До отриманого пакету канальний рівень додає свій заголовок - MAC адреси відправника та одержувача і в такому вигляді блок даних вже називається КАДРОМ.

При передачі межі однієї локальної мережі пакету присвоюється MAC не хоста (комп'ютера), а маршрутизатора інший мережі. Звідси саме постає питання сірих і білих IP, про які йшлося в статті, на яку було вище дане посилання. Сірий — це адреса всередині однієї локальної мережі, яка не використовується за її межами. Біла — унікальна адреса у всьому глобальному інтернеті.

При надходженні пакета на прикордонний роутер IP пакета підміняється на IP цього роутера і вся локальна мережа виходить у глобальну, тобто інтернет, під єдиною IP адресою. Якщо адреса біла, то частина даних з IP адресою не змінюється.

1. Фізичний рівень (Transport layer)

Відповідає за перетворення двійкової інформації на фізичний сигнал, який відправляється в фізичний каналпередачі даних. Якщо це кабель, то електричний сигнал, якщо оптоволоконна мережа, то в оптичний сигнал. Здійснюється це перетворення з допомогою мережного адаптера.

Стеки протоколів

TCP/IP — це стек протоколів, який управляє передачею даних як у локальній мережі, і у глобальній мережі Інтернет. Цей стек містить 4 рівня, тобто за еталонною моделлю OSI кожен з них поєднує в собі кілька рівнів.

1. Прикладний (по OSI - прикладний, подання та сеансовий)
   За цей рівень відповідають протоколи:
   • TELNET - віддалений сеанс зв'язку у вигляді командного рядка
   • FTP – протокол передачі файлів
   • SMTP — протокол надсилання пошти
   • POP3 та IMAP - прийому поштових відправлень
   • HTTP - роботи з гіпертекстовими документами
2. Транспортний (по OSI те саме) - це вже описані вище TCP і UDP.
3. Міжмережевий (по OSI – мережевий) – це протокол IP
4. Рівень мережних інтерфейсів (по OSI — канальний та фізичний) За роботу цього рівня відповідають драйвери мережевих адаптерів.

Термінологія при позначенні блоку даних

• Потік - дані, якими оперуються на прикладному рівні
• Дейтаграма блок даних на виході з UPD, тобто у якого немає гарантованої доставки.
• Сегмент – гарантований для доставки блок на виході з протоколу TCP
• Пакет – блок даних на виході з протоколу IP. оскільки на даному рівні він ще не гарантований до доставки, то також може називатися дейтаграмою.
• Кадр – блок із присвоєними MAC адресами.

Дякую! Не допомогло

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

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

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

Багаторівневий підхід:

• всі модулів дробляться на окремі групи та 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 по обчислювальної мережівідповідно 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 та мережевим пристроєм(Передає електричні або оптичні сигнали в кабель або радіоефір, приймає їх і 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 засобамикінцевих 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 функціональним можливостямсім рівнів моделі OSI можна віднести до однієї з двох груп:

• група, у якій 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 обладнаннявикористовується в комп'ютерній мережі, тобто мереженезалежні.

У літературі найчастіше прийнято починати опис рівнів моделі OSI з 7-го рівня, званого прикладним, на якому додатки користувача звертаються до мережі. Модель OSI закінчується 1-м рівнем - фізичним, на якому визначено стандарти, які пред'являються незалежними виробниками до середовищ передачі даних:

• тип передавального середовища (мідний кабель, оптоволокно, радіоефір та ін.),
• тип модуляції сигналу,
• сигнальні рівні логічних дискретних станів (нулі та одиниці).

Будь-який протокол моделі OSI повинен взаємодіяти або з протоколами свого рівня, або з протоколами на одиницю вище та/або нижче за свій рівень. Взаємодії з протоколами свого рівня називаються горизонтальними, а з рівнями на одиницю вищими або нижчими - вертикальними. Будь-який протокол моделі OSI може виконувати лише функції свого рівня і не може виконувати функції іншого рівня, що не виконується в протоколах альтернативних моделей.

Кожному рівню з деякою часткою умовності відповідає свій операнд - логічно неподільний елемент даних, яким на окремому рівні можна оперувати в рамках моделі і протоколів, що використовуються: фізично дрібна одиниця - біт, на канальному рівні інформація об'єднана в кадри, на мережевому - в пакети ( датаграми), на транспортному – у сегменти. Будь-який фрагмент даних, логічно об'єднаних передачі - кадр, пакет, датаграма - вважається повідомленням. Саме повідомлення у загальному вигляді є операндами сеансового, представницького та прикладного рівнів.

До базових мережних технологій належать фізичний та канальний рівні.

Прикладний рівень

Прикладний рівень (рівень додатків; англ. application layer) - верхній рівень моделі, що забезпечує взаємодію додатків користувача з мережею:

• дозволяє додаткам використовувати мережеві служби:
  • віддалений доступ до файлів та баз даних,
  • пересилання електронної пошти;
• відповідає за передачу службової інформації;
• надає додаткам інформацію про помилки;
• формує запити до рівня подання.

Протоколи прикладного рівня: RDP, HTTP, SMTP, SNMP, POP3, FTP, XMPP, OSCAR, Modbus, SIP, TELNET та інші.

Рівень вистави

Найчастіше помилково званий представницьким рівнем, цей рівень (англ. presentation layer) забезпечує перетворення протоколів та кодування/декодування даних. Запити програм, отримані з прикладного рівня, на рівні подання перетворюються на формат для передачі по мережі, а отримані з мережі дані перетворюються на формат програм. На цьому рівні може здійснюватися стиснення/розпакування або шифрування/дешифрування, а також перенаправлення запитів іншому мережному ресурсу, якщо вони не можуть бути локально оброблені.

Рівень уявлень зазвичай є проміжний протокол для перетворення інформації з сусідніх рівнів. Це дозволяє здійснювати обмін між додатками на різнорідних комп'ютерні системипрозорим для додатків чином. Рівень уявлень забезпечує форматування та перетворення коду. Форматування коду використовується для того, щоб гарантувати додатку надходження інформації для обробки, яка б мала для нього сенс. За потреби цей рівень може виконувати переклад із одного формату даних до іншого.

Рівень уявлень має справу не лише з форматами та поданням даних, він також займається структурами даних, що використовуються програмами. Таким чином, рівень 6 забезпечує організацію даних при їх пересиланні.

Щоб зрозуміти, як це працює, уявімо, що є дві системи. Одна використовує для представлення даних розширений двійковий кодобміну інформацією EBCDIC, наприклад, це може бути мейнфрейм компанії IBM, а інша – американський стандартний код обміну інформацією ASCII (його використовує більшість інших виробників комп'ютерів). Якщо цим двом системам необхідно обмінятися інформацією, то необхідний рівень уявлень, який виконає перетворення та здійснить переклад між двома різними форматами.

Іншою функцією, що виконується на рівні уявлень, є шифрування даних, яке застосовується в тих випадках, коли необхідно захистити інформацію, що передається, від доступу несанкціонованими одержувачами. Щоб вирішити це завдання, процеси та коди, що знаходяться на рівні уявлень, повинні виконати перетворення даних. На цьому рівні існують інші підпрограми, які стискають тексти і перетворюють графічні зображення в бітові потоки, так що вони можуть передаватися по мережі.

Стандарти рівня уявлень також визначають способи подання графічних зображень. Для цього можна використовувати формат PICT - формат зображень, застосовуваний передачі графіки QuickDraw між програмами.

Іншим форматом уявлень є тегований формат файлів зображень TIFF, який зазвичай використовується для растрових зображеньз високою роздільною здатністю. Наступним стандартом рівня уявлень, який можна використовувати для графічних зображень, є стандарт, розроблений Об'єднаною експертною групою з фотографії (Joint Photographic Expert Group); у повсякденному користуванні цей стандарт називають просто JPEG.

Існує інша група стандартів рівня уявлень, яка визначає уявлення звуку та кінофрагментів. Сюди входять інтерфейс електронних музичних інструментів (англ. Musical Instrument Digital Interface, MIDI) для цифрового представлення музики, розроблений Експертною групою з кінематографії стандарт MPEG, що використовується для стиснення та кодування відеороликів на компакт-дисках, зберігання в оцифрованому вигляді та передачі зі швидкостями до 1,5 Мбіт/с, та QuickTime - стандарт, що описує звукові та відео елементи для програм, що виконуються на комп'ютерах Macintosh та PowerPC.

Протоколи рівня подання: 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 .

Сеансовий рівень

Транспортний рівень

Мережевий рівень

Канальний рівень

При розробці стеків протоколів на цьому рівні вирішуються завдання стійкого до перешкод кодування. До таких способів кодування відноситься код Хеммінга, блочне кодування, код Ріда-Соломона.

У програмуванні цей рівень є драйвером мережевої плати, в операційних системах є програмний інтерфейс взаємодії канального і мережевого рівнів між собою. Не новий рівень, а просто реалізація моделі для конкретної ОС. Приклади таких інтерфейсів: ODI (англ.), NDIS, UDI.

Фізичний рівень

На цьому рівні також працюють концентратори, повторювачі сигналу та медіаконвертери.

Функції фізичного рівня реалізуються усім пристроях, підключених до мережі. З боку комп'ютера функції фізичного рівня виконуються мережним адаптеромчи послідовним портом. До фізичного рівня належать фізичні, електричні та механічні інтерфейси між двома системами. Фізичний рівень визначає такі види середовищ передачі даних як оптоволокно, кручена пара, коаксіальний кабель, супутниковий каналпередач даних тощо. Стандартними типами мережевих інтерфейсів, що належать до фізичного рівня, є: V.35, RS-232, RS-485, RJ-11, RJ-45, роз'єми AUI та BNC.

Під час розробки стеків протоколів цьому рівні вирішуються завдання синхронізації і лінійного кодування. До таких способів кодування відноситься код NRZ, код RZ, MLT-3, PAM5, Манчестер II.

Протоколи фізичного рівня:

), 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 трафікуКомп'ютери в мережі поділяються на групи, які називаються сегментами 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.

Мал. 1.5.

Взаємодія відповідних рівнів є віртуальнимза винятком фізичного рівня, на якому відбувається обмін даними по кабелях, що з'єднують комп'ютери. На рис. 1.5 наведено також приклади протоколів, що керують взаємодією вузлів на різних рівнях моделі OSI. Взаємодія рівнів між собою всередині вузла відбувається через міжрівневий інтерфейс, і кожен нижчий рівень надає послуги.

Віртуальний обмін між відповідними рівнями вузлів A та B (рис. 1.6) відбувається певними одиницями інформації. На трьох верхніх рівнях – це повідомленняабо дані (Data), на транспортному рівні – сегменти (Segment), на мережному рівні – пакети (Packet), на канальному рівні – кадри (Frame) і фізичному – послідовність бітів.

Для кожного мережевий технологіїіснують свої протоколи та свої технічні засоби, частина з яких має умовні позначення, наведені на рис. 1.5. Дані позначення введені фірмою Cisco та стали загальноприйнятими. Серед технічних засобівфізичного рівня слід відзначити кабелі, роз'єми, повторювачі сигналів (repeater), багатопортові повторювачі або концентратори (hub), перетворювачі середовища (transceiver), наприклад, перетворювачі електричних сигналів в оптичні та навпаки. На канальному рівні – це мости (bridge), комутатори (switch). На мережному рівні – маршрутизатори (router). Мережеві карти або адаптери ( Network Interface Card - NIC ) функціонують як на канальному, так і фізичному рівні, що обумовлено мережевою технологієюі середовищем передачі даних.

При передачі даних від джерела до вузла призначення підготовлені на прикладному рівні дані, що передаються, послідовно проходять від самого верхнього, Прикладного рівня 7 вузла джерела інформації до самого нижнього – Фізичного рівня 1, потім передаються по фізичному середовищу вузлу призначення, де послідовно проходять від нижнього рівня 1 до рівня 7.

Найвищий, Прикладний рівень (Application Layer) 7оперує найбільш загальною одиницею даних повідомленням. На цьому рівні реалізується управління спільним доступомдо мережі, потоком даних, мережевими службами, такими як FTP, TFTP, HTTP, SMTP, SNMPта ін.

Представницький рівень (Presentation Layer) 6змінює форму представлення даних. Наприклад, передані з рівня 7 дані перетворюються на загальноприйнятий формат ASCII . При прийомі даних відбувається зворотний процес. На рівні 6 також відбувається шифрація та стиснення даних.

Сеансовий рівень (Session Layer) 5встановлює сеанс зв'язку двох кінцевих вузлів (комп'ютерів), визначає, який комп'ютер є передавачем, а який приймачем, задає передавальній стороні час передачі.

Транспортний рівень (Transport Layer) 4ділить велике повідомлення вузла джерела інформації на частини, при цьому додає заголовок та формує сегментипевного обсягу, а короткі повідомлення може поєднувати в один сегмент. У вузлі призначення відбувається зворотний процес. У заголовку сегмента задаються номери портуджерела та призначення, які адресують служби верхнього прикладного рівня для обробки даного сегмента. Крім того, транспортний рівеньзабезпечує надійну доставку пакетів. При виявленні втрат та помилок на цьому рівні формується запит повторної передачі, при цьому використовується протокол TCP. Коли необхідність перевірки правильності доставленого повідомлення відсутня, використовується більш простий і швидший протокол дейтаграм користувача (User Datagram Protocol – UDP).

Мережевий рівень (Network Layer) 3адресує повідомлення, задаючи одиниці даних, що передаються (пакету) логічні мережеві адресивузла призначення та вузла джерела ( IP-адреси), визначає маршрут, яким буде відправлено пакет даних, транслює логічні мережеві адреси у фізичні, але в приймальній стороні – фізичні адресиу логічні. Мережеві логічні адресиналежать користувачам.

Канальний рівень (Data Link) 2формує з пакетів кадриданих (frames). На цьому рівні задаються фізичні адресипристрої-відправника та пристрої-отримувача даних. Наприклад, фізична адресапристрою може бути прописаний у ПЗП мережевої картикомп'ютера. На цьому ж рівні до даних, що передаються, додається контрольна сума, що визначається за допомогою алгоритму циклічного коду. На приймальній стороні по контрольній сумівизначають і наскільки можна виправляють помилки.

Фізичний рівень (Physical) 1здійснює передачу потоку бітів за відповідним фізичним середовищем (електричний або оптичний кабель, радіоканал) через відповідний інтерфейс. На цьому рівні проводиться кодування даних, синхронізація бітів інформації, що передаються.

Протоколи трьох верхніх рівнів є сетевозалежними, три нижніх рівні є сетевозалежними. Зв'язок між трьома верхніми та трьома нижніми рівнями відбувається на транспортному рівні.

Важливим процесом передачі даних є інкапсуляція(Encapsulation) даних. Надіслане повідомлення, сформоване додатком, проходить три верхніх сетенезависимых рівня і надходить на транспортний рівеньде ділиться на частини і кожна частина інкапсулюється (вміщується) в сегмент даних (рис. 1.7). У заголовку сегмента міститься номер протоколу прикладного рівня, за допомогою якого підготовлено повідомлення, та номер протоколу, який оброблятиме даний сегмент.

На мережному рівні сегмент інкапсулюється в пакетданих, заголовок ( header) якого містить, крім іншого, мережеві (логічні) адреси відправника інформації (джерела) – Source Address ( SA) та одержувача (призначення) – Destination Address ( DA). У даному курсі- Це IP-адреси.

На канальному рівні пакет інкапсулюється в кадрабо кадрданих, заголовок якого містить фізичні адресивузла передавача та приймача, а також іншу інформацію. Крім того, на цьому рівні додається трейлер(Кінцівник) кадру, що містить інформацію, необхідну для перевірки правильності прийнятої інформації. Отже, відбувається обрамлення даних заголовками зі службовою інформацією, тобто. інкапсуляціяданих.

Назва інформаційних одиниць кожному рівні, їх розмір та інші параметри інкапсуляції задаються відповідно до протоколу одиниць даних ( Protocol Data Unit – PDU). Отже, на трьох верхніх рівнях – це повідомлення (Data), на Транспортному рівні 4 – сегмент (Segment), на мережному рівні 3 – пакет (Packet), на Канальному рівні 2 – кадр (Frame), на Фізичному рівні 1 – послідовність біт.

Крім семирівневої OSI моделі на практиці застосовується чотирирівнева модель TCP/IP (рис. 1.8).

Прикладний рівеньмоделі TCP/IP за назвою збігаються з назвою моделі OSI, але за функціями набагато ширші, оскільки охоплює три верхні сетевозалежні рівні (прикладний, представницький і сеансовий). Транспортний рівеньобох моделей і за назвою, і за функціями однакові. Мережевий рівень моделі OSI відповідає міжмережевому ( Internet) рівнем моделі TCP / IP , а два нижніх рівня (канальний і фізичний) представлені об'єднаним рівнем доступу до мережі ( Network Access).

Таким чином, Транспортний рівень, що забезпечує надійність передачі даних, функціонує лише на кінцевих вузлах, що знижує затримку передачі повідомленняпо всій мережі від одного кінцевого вузла до іншого. У наведеному прикладі (рис. 1.9) протокол IP функціонує всіх вузлах мережі, а стек протоколів TCP / IP – лише кінцевих вузлах.

Короткі підсумки

1. Телекомунікаційна мережа утворюється сукупністю абонентів та вузлів зв'язку, з'єднаних лініями (каналами) зв'язку.
2. Розрізняють мережі: з комутацією каналів, коли телекомунікаційні вузли виконують функції комутаторів і з комутацією пакетів (повідомлень), коли телекомунікаційні вузли виконують функції маршрутизаторів.
3. Для створення маршруту в розгалуженій мережі необхідно задавати адреси джерела та одержувача повідомлення. Розрізняють фізичні та логічні адреси.
4. Мережі передачі данихз комутацією пакетівподіляються на локальні та глобальні.
5. Мережі технології IP є дейтаграмним, коли відсутнє попереднє з'єднання кінцевих вузлів і немає підтвердження прийому повідомлення.
6. Високу надійність забезпечує