Pojem „otvorený systém“ a problémy štandardizácie

V počítačových sieťach je mimoriadne dôležitá univerzálna téza o výhodách štandardizácie, ktorá platí pre všetky odvetvia. Podstatou siete je pripojenie rôznych zariadení, čo znamená, že problém kompatibility je jedným z najpálčivejších. Bez akceptovania všeobecne uznávaných pravidiel pre zariadenia budov všetkými výrobcami by pokrok v podnikaní „budovania“ sietí nebol možný. Celý vývoj počítačového priemyslu sa preto v konečnom dôsledku odráža v štandardoch – každá nová technológia potom získava „legálny“ status až vtedy, keď je jej obsah zakotvený v zodpovedajúcej norme.

V počítačových sieťach je ideologickým základom štandardizácie viacúrovňový prístup k vývoju sieťových nástrojov. Práve na základe tohto prístupu bol vyvinutý štandardný sedemúrovňový model interakcie otvorených systémov, ktorý sa stal akýmsi univerzálnym jazykom sieťových špecialistov.

Vrstvený prístup. Protokol. Rozhranie. Zásobník protokolov

Organizácia komunikácie medzi zariadeniami v sieti je zložitá úloha. Ako viete, na riešenie zložitých problémov sa používa univerzálna technika - dekompozícia, to znamená rozdelenie jednej zložitej úlohy na niekoľko jednoduchších modulov úloh (obr. 1.20). Postup rozkladu zahŕňa jasnú definíciu funkcií každého modulu, ktorý rieši samostatný problém, a rozhrania medzi nimi. Výsledkom je logické zjednodušenie úlohy a navyše je možné upravovať jednotlivé moduly bez zmeny zvyšku systému.

Rozklad často využíva vrstvený prístup. Je to nasledovné. Všetky moduly sú rozdelené do úrovní. Úrovne tvoria hierarchiu, to znamená, že existujú vyššie a nižšie úrovne (obr. 1.21). Sada modulov, ktoré tvoria každú úroveň, je navrhnutá tak, že na plnenie svojich úloh zadáva požiadavky len modulom bezprostredne susediacej nižšej úrovne. Na druhej strane výsledky prevádzky všetkých modulov patriacich do určitej úrovne je možné preniesť len do modulov najbližšej vyššej úrovne. Tento hierarchický rozklad úlohy znamená jasnú definíciu funkcie každej úrovne a rozhraní medzi úrovňami. Rozhranie definuje množinu funkcií, ktoré podkladová vrstva poskytuje vyššej vrstve. V dôsledku hierarchického rozkladu sa dosiahne relatívna nezávislosť úrovní a tým možnosť ich ľahkej výmeny.

V tomto prípade môžu moduly nižšej úrovne napríklad vyriešiť všetky problémy súvisiace so spoľahlivým prenosom elektrických signálov medzi dvoma susednými uzlami. Moduly vyššej úrovne organizujú transport správ v rámci celej siete pomocou prostriedkov vyššie uvedenej nižšej vrstvy. A na najvyššej úrovni sú moduly, ktoré používateľom poskytujú prístup k rôznym službám - súbor, tlač atď. Samozrejme, toto je len jedna z mnohých možností, ako rozdeliť všeobecnú úlohu organizácie sietí na súkromné ​​podúlohy.

Viacúrovňový prístup k popisu a implementácii funkcií systému sa uplatňuje nielen vo vzťahu k sieťovým zariadeniam. Takýto model fungovania sa využíva napríklad v lokálnych súborových systémoch, kedy prichádzajúcu požiadavku na prístup k súboru postupne spracováva niekoľko softvérových vrstiev (obr. 1.22). Požiadavku najskôr analyzuje najvyššia úroveň, ktorá postupne analyzuje zložený symbolický názov súboru a určí jedinečný identifikátor súboru. Ďalšia úroveň nájde podľa jedinečného názvu všetky hlavné charakteristiky súboru: adresu, prístupové atribúty atď. externé zariadenie pomocou ovládača disku.

Viacúrovňová reprezentácia prostriedkov sieťovej interakcie má svoje vlastné špecifiká súvisiace so skutočnosťou, že proces výmeny správ zahŕňa dva strojov, to znamená, že v tomto prípade je potrebné zorganizovať koordinovanú prácu dvoch „hierarchií“. Pri prenose správ musia obaja účastníci sieťovej výmeny akceptovať mnohé dohody. Napríklad sa musia dohodnúť na úrovniach a tvare elektrických signálov, ako určiť dĺžku správ, dohodnúť sa na metódach validácie atď. Inými slovami, konvencie musia byť prijaté pre všetky úrovne, od najnižšej - bitovej prenosovej úrovne. - až po najvyššiu implementáciu služby pre užívateľov siete.

Na obr. 1.23 ukazuje model interakcie medzi dvoma uzlami. Na každej strane sú prostriedky interakcie reprezentované štyrmi úrovňami. Interakčný postup týchto dvoch uzlov možno opísať ako súbor pravidiel interakcie pre každý pár zodpovedajúcich úrovní oboch zúčastnených strán.

Formalizované pravidlá, ktoré určujú poradie a formát správ vymieňaných sieťovými komponentmi, ktoré ležia na rovnakej úrovni, ale v rôznych uzloch, sa nazývajú protokol.

Moduly, ktoré implementujú protokoly susedných vrstiev a nachádzajú sa v rovnakom uzle, tiež navzájom interagujú v súlade s dobre definovanými pravidlami a pomocou štandardizovaných formátov správ. Tieto pravidlá sa zvyčajne nazývajú rozhranie. Rozhranie definuje množinu služieb poskytovaných danou vrstvou susednej vrstve.

Protokol a rozhranie vyjadrujú v podstate rovnaký koncept, ale tradične im v sieťach boli priradené rôzne rozsahy: protokoly definujú pravidlá pre interakciu modulov rovnakej úrovne v rôznych uzloch a rozhrania - moduly susedných úrovní v jednom uzle. .

Prostriedky každej vrstvy musia vypracovať po prvé svoj vlastný protokol a po druhé, rozhrania so susednými vrstvami.

Nazýva sa hierarchicky usporiadaná množina protokolov postačujúca na organizáciu interakcie uzlov v sieti zásobník komunikačných protokolov.

Komunikačné protokoly môžu byť implementované ako softvérovo, tak aj hardvérovo. Protokoly nižšej vrstvy sú často implementované kombináciou softvéru a hardvéru, zatiaľ čo protokoly vyššej vrstvy sú zvyčajne čisto softvérové.

Softvérový modul, ktorý implementuje protokol, sa kvôli stručnosti často nazýva aj „protokol“. Vzťah medzi protokolom, formálne definovaným postupom a protokolom, softvérovým modulom, ktorý tento postup implementuje, je podobný vzťahu medzi algoritmom pre riešenie určitého problému a program, ktorý tento problém rieši.

Je jasné, že rovnaký algoritmus možno naprogramovať s rôznym stupňom účinnosti. Podobne protokol môže mať niekoľko softvérových implementácií. Preto pri porovnávaní protokolov treba brať do úvahy nielen logiku ich práce, ale aj kvalitu softvérových riešení. Okrem toho je efektívnosť interakcie zariadení v sieti ovplyvnená kvalitou celého súboru protokolov, ktoré tvoria zásobník, najmä tým, ako racionálne sú funkcie rozdelené medzi protokoly rôznych vrstiev a ako dobre sú rozhrania medzi nimi. definované.

OSI model

Zo skutočnosti, že protokol je dohoda prijatá dvoma interagujúcimi subjektmi, v tomto prípade dvoma počítačmi pracujúcimi v sieti, vôbec nevyplýva, že je nevyhnutne štandardný. Ale v praxi pri implementácii sietí majú tendenciu používať štandardné protokoly. Môžu to byť vlastné, národné alebo medzinárodné štandardy.

Začiatkom osemdesiatych rokov vyvinulo množstvo medzinárodných normalizačných organizácií - ISO, ITU-T a niektoré ďalšie model, ktorý zohral významnú úlohu pri rozvoji sietí. Tento model sa nazýva model interakcie otvorených systémov (Otvorené systém Prepojenie, OSI) alebo model OSI. Model OSI definuje rôzne úrovne interakcie medzi systémami, dáva im štandardné názvy a špecifikuje, aké funkcie by mala každá vrstva vykonávať. Model OSI bol vyvinutý na základe rozsiahlych skúseností získaných pri vytváraní počítačových sietí, najmä globálnych, v 70. rokoch. Úplný popis tohto modelu má viac ako 1000 strán textu.

Model OSI (obrázok 1.25) rozdeľuje komunikáciu do siedmich vrstiev:

Aplikované

Reprezentatívny

relácia

Doprava

sieť

Potrubie

Fyzické.

Každá vrstva sa zaoberá jedným špecifickým aspektom interakcie sieťových zariadení.

Model OSI popisuje iba systémové komunikačné nástroje implementované operačným systémom, systémovými pomôckami a systémovým hardvérom. Model nezahŕňa interoperabilitu aplikácií pre koncových používateľov. Aplikácie implementujú svoje vlastné interakčné protokoly pomocou systémových nástrojov. Preto je potrebné rozlišovať medzi aplikačnou vrstvou interoperability a aplikačnou vrstvou.

Malo by sa tiež pamätať na to, že aplikácia môže prevziať niektoré z vyšších vrstiev modelu OSI. Napríklad niektoré DBMS majú vstavané zariadenia na vzdialený prístup k súborom. V tomto prípade aplikácia, ktorá pristupuje k vzdialeným zdrojom, nepoužíva službu systémových súborov: obchádza horné vrstvy modelu OSI a pristupuje priamo k systémovým nástrojom zodpovedným za prenos správ cez sieť, ktoré sa nachádzajú na nižších vrstvách model OSI.

Predpokladajme teda, že aplikácia odošle požiadavku na aplikačnú vrstvu, ako je napríklad súborová služba. Na základe tejto požiadavky aplikačný softvér vygeneruje správu v štandardnom formáte. Typická správa pozostáva z hlavičky a dátového poľa. Hlavička obsahuje servisné informácie, ktoré je potrebné odovzdať cez sieť aplikačnej vrstve cieľového stroja, aby jej povedali, akú prácu treba vykonať. V našom prípade by hlavička mala samozrejme obsahovať informácie o umiestnení súboru a type operácie, ktorá sa s ním má vykonať. Dátové pole správy môže byť prázdne alebo môže obsahovať nejaké údaje, napríklad také, ktoré je potrebné zapísať do vzdialeného súboru. Aby sa však tieto informácie dostali na miesto určenia, je potrebné vyriešiť ešte veľa úloh, za ktoré sú zodpovedné nižšie úrovne.

Po vygenerovaní správy ju aplikačná vrstva nasmeruje dolu zásobníkom do prezentačnej vrstvy. Protokol prezentačnej vrstvy na základe informácií získaných z hlavičky aplikačnej vrstvy vykoná požadované akcie a do správy pridá vlastnú servisnú informáciu - hlavičku prezentačnej vrstvy, ktorá obsahuje inštrukcie pre protokol prezentačnej vrstvy cieľového stroja. Výsledná správa sa odovzdá relačnej vrstve, ktorá na oplátku pridá svoju vlastnú hlavičku atď. (Niektoré implementácie protokolov vkladajú informácie o službe nielen na začiatok správy ako hlavičku, ale aj na koniec, ako napr. nazývaný "príves" -.) Nakoniec sa správa dostane do nižšej, fyzickej vrstvy, ktorá ju v skutočnosti prenesie cez komunikačné linky do cieľového stroja. V tomto bode je správa „prerastená“ hlavičkami všetkých úrovní (obr. 1.26).

Keď správa dorazí cez sieť do cieľového počítača, je prijatá fyzickou vrstvou a postupne sa presúva z vrstvy na vrstvu. Každá úroveň analyzuje a spracuje hlavičku svojej úrovne, pričom vykoná funkcie zodpovedajúce tejto úrovni a potom túto hlavičku odstráni a správu odovzdá vyššej úrovni.

Spolu s termínom správa (správu) existujú aj iné výrazy používané sieťovými špecialistami na označenie dátových jednotiek pri výmenných postupoch. Normy ISO používajú spoločný názov na označenie jednotiek údajov, s ktorými pracujú protokoly rôznych vrstiev protokolový blok údajov ( Protokol Údaje Jednotka , PDU ). Na označenie blokov údajov určitých úrovní - často sa používajú špeciálne názvy: rámec, paket, datagram, segment.

Model OSI rozlišuje dva hlavné typy protokolov. s nadviazaním spojenia (spojenie- orientovaný) pred výmenou dát musí odosielateľ a príjemca najskôr nadviazať spojenie a prípadne zvoliť niektoré parametre protokolu, ktoré budú používať pri výmene dát.Po skončení rozhovoru musia toto spojenie ukončiť. . Telefón je príkladom interakcie , na základe pripojenia .

Druhá skupina protokolov - protokoly bez predchádzajúceho vytvorenia spojenia (bez spojenia). Takéto protokoly sú tiež tzv datagram protokoly. Odosielateľ jednoducho odošle správu, keď je pripravená. Vhodenie listu do poštovej schránky je príkladom spojenia bez predchádzajúceho vytvorenia spojenia. Oba typy protokolov sa používajú pri interakcii počítačov.

Vrstvy modelu OSI

Fyzická vrstva

Fyzická vrstva sa zaoberá prenosom bitov cez fyzické komunikačné kanály, ako je koaxiálny kábel, krútená dvojlinka, kábel z optických vlákien alebo digitálna pevná linka. Táto úroveň súvisí s charakteristikami fyzických médií na prenos údajov, ako je šírka pásma, odolnosť voči šumu, charakteristická impedancia a iné. Na rovnakej úrovni sa určujú charakteristiky elektrických signálov prenášajúcich diskrétne informácie, napríklad strmosť hrán impulzov, úrovne napätia alebo prúdu prenášaného signálu, typ kódovania a rýchlosť prenosu signálu. Okrem toho sú tu štandardizované typy konektorov a účel každého kontaktu.

Funkcie fyzickej vrstvy sú implementované vo všetkých zariadeniach pripojených k sieti. Na strane počítača sú funkcie fyzickej vrstvy vykonávané sieťovým adaptérom alebo sériovým portom.

Príkladom protokolu fyzickej vrstvy je špecifikácia 1OBase. - Ethernet technológia, ktorá definuje kábel, ktorý sa má použiť ako netienený krútený pár kategórie 3 s charakteristickou impedanciou 100 ohmov, konektor RJ-45, maximálna dĺžka fyzického segmentu 100 metrov, kód Manchester pre reprezentáciu dát v kábli a niektoré ďalšie charakteristiky prostredia a elektrických signálov.

Linková vrstva

Na fyzickej vrstve sa bity jednoducho prenesú. Neberie sa do úvahy, že v niektorých sieťach, v ktorých komunikačné linky striedavo používa (zdieľa) niekoľko párov interagujúcich počítačov, môže byť fyzické prenosové médium vyťažené. Jednou z úloh vrstvy Data Link je preto kontrola dostupnosti prenosového média. Ďalšou úlohou spojovej vrstvy je implementácia mechanizmov na detekciu a opravu chýb. Na tento účel sa na spojovej vrstve bity zoskupujú do sád tzv. personál (rámy). Linková vrstva zabezpečuje správnosť prenosu každého rámca umiestnením špeciálnej sekvencie bitov na začiatok a koniec každého rámca, aby sa extrahovala, a tiež vypočítava kontrolný súčet, spracováva všetky bajty rámca určitým spôsobom a pridáva kontrolný súčet k rámu. Keď rámec príde cez sieť, prijímač znova vypočíta kontrolný súčet prijatých dát a porovná výsledok s kontrolným súčtom z rámca. Ak sa zhodujú, rámec sa považuje za správny a akceptovaný. Ak sa kontrolné súčty nezhodujú, zaznamená sa chyba. Linková vrstva dokáže chyby nielen odhaliť, ale aj opraviť opätovným prenosom poškodených rámcov. Je potrebné poznamenať, že funkcia korekcie chýb nie je povinná pre linkovú vrstvu, preto nie je dostupná v niektorých protokoloch tejto vrstvy, napríklad v Ethernete a rámcovom relé.

Protokoly spojovej vrstvy používané v lokálnych sieťach majú určitú štruktúru spojení medzi počítačmi a spôsoby ich adresovania. Linková vrstva síce zabezpečuje doručenie rámca medzi ľubovoľné dva uzly lokálnej siete, no robí to len v sieti s kompletne definovanou topológiou liniek, presne s topológiou, pre ktorú bola navrhnutá. Spoločné topológie zberníc, kruhov a hviezd podporované protokolmi spojovacej vrstvy LAN zahŕňajú spoločnú zbernicu, kruh a hviezdu, ako aj štruktúry z nich odvodené pomocou mostov a prepínačov. Príklady protokolov spojovej vrstvy sú Ethernet, Token Ring, FDDI, lOOVG-AnyLAN.

V lokálnych sieťach používajú protokoly spojovej vrstvy počítače, mosty, prepínače a smerovače. V počítačoch sú funkcie spojovej vrstvy implementované spoločne sieťovými adaptérmi a ich ovládačmi.

V rozľahlých sieťach, ktoré majú len zriedka pravidelnú topológiu, vrstva dátového spojenia často umožňuje výmenu správ iba medzi dvoma susednými počítačmi spojenými jediným spojením. Príklady protokolov point-to-point (ako sa takéto protokoly často nazývajú) sú široko používané protokoly PPP a LAP-B. V takýchto prípadoch sa na doručovanie správ medzi koncovými uzlami v celej sieti používajú zariadenia sieťovej vrstvy. Takto sú organizované siete X.25. Niekedy v rozsiahlych sieťach je ťažké izolovať funkcie spojovej vrstvy v ich čistej forme, pretože v rovnakom protokole sú kombinované s funkciami sieťovej vrstvy. Príkladom tohto prístupu sú protokoly ATM a frame relay.

Vo všeobecnosti je dátová linková vrstva veľmi výkonný a kompletný súbor funkcií na prenos správ medzi sieťovými uzlami. V niektorých prípadoch sa protokoly spojovej vrstvy ukážu ako sebestačné vozidlá a umožňujú protokolom alebo aplikáciám aplikačnej vrstvy pracovať priamo nad nimi bez toho, aby zahŕňali prostriedky sieťovej a transportnej vrstvy. Existuje napríklad implementácia protokolu správy siete SNMP priamo cez Ethernet, hoci štandardne tento protokol beží cez sieťový protokol IP a transportný protokol UDP. Prirodzene, použitie takejto implementácie bude obmedzené - nie je vhodná pre zreťazené siete rôznych technológií, napríklad Ethernet a X.25, a dokonca ani pre siete, v ktorých sa Ethernet používa vo všetkých segmentoch, ale existujú slučky -ako spojenia medzi segmentmi. Ale v dvojsegmentovej ethernetovej sieti prepojenej mostom bude implementácia SNMP nad vrstvou dátového spojenia celkom uskutočniteľná.

Na zabezpečenie vysokokvalitného prenosu správ v sieťach akýchkoľvek topológií a technológií však funkcie spojovej vrstvy nestačia, preto je v modeli OSI riešenie tohto problému priradené nasledujúcim dvom úrovniam - sieť a dopravy.

Sieťová vrstva

Sieťová vrstva slúži na vytvorenie jedného transportného systému , prepojenie viacerých sietí, pričom tieto siete môžu využívať úplne odlišné princípy prenosu správ medzi koncovými uzlami a majú ľubovoľnú štruktúru spojení. Funkcie sieťovej vrstvy sú dosť rôznorodé. Začnime ich skúmať na príklade kombinovania lokálnych sietí.

Protokoly vrstvy dátového spojenia lokálnych sietí zabezpečujú doručovanie údajov medzi akýmikoľvek uzlami iba v sieti s vhodnou typickou topológiou, napríklad hierarchickou hviezdicovou topológiou. Toto je veľmi vážne obmedzenie, ktoré neumožňuje budovať siete s rozvinutou štruktúrou, napríklad siete, ktoré kombinujú niekoľko podnikových sietí do jednej siete, alebo vysoko spoľahlivé siete, v ktorých existujú redundantné spojenia medzi uzlami. Bolo by možné skomplikovať protokoly spojovej vrstvy, aby sa zachovali redundantné prepojenia podobné slučkám, ale princíp oddelenia povinností medzi vrstvami vedie k inému riešeniu. Aby sa na jednej strane zachovala jednoduchosť postupov prenosu dát pre typické topológie a na druhej strane umožnilo použitie ľubovoľných topológií, zavádza sa dodatočná sieťová vrstva.

Na úrovni siete samotný pojem siete obdarený špecifickým významom. Sieť je v tomto prípade chápaná ako súbor počítačov prepojených podľa jednej zo štandardných typických topológií a využívajúcich na prenos dát jeden z protokolov spojovej vrstvy definovaných pre túto topológiu.

V rámci siete doručovanie dát zabezpečuje príslušná spojová vrstva, ale sieťová vrstva sa zaoberá doručovaním dát medzi sieťami, čo podporuje možnosť výberu správnej trasy pre prenos správy aj v prípade, že štruktúra spojení medzi konštitutívnymi sieťami má charakter, ktorý je odlišný od charakteru prijatého v protokoloch spojovej vrstvy.

Siete sú prepojené špeciálnymi zariadeniami nazývanými smerovače. Router - ide o zariadenie, ktoré zbiera informácie o topológii prepojenia a na základe nich posiela pakety sieťovej vrstvy do cieľovej siete. Ak chcete preniesť správu od odosielateľa nachádzajúceho sa v jednej sieti k príjemcovi nachádzajúcemu sa v inej sieti, musíte zaplatiť určitú sumu tranzitné prenosy medzi sieťami, alebo chmeľ (od hop - skok), pri každom výbere vhodnej trasy. Trasa je teda postupnosť smerovačov, cez ktoré prechádza paket.

Na obr. 1.27 zobrazuje štyri siete prepojené tromi smerovačmi. Medzi uzlami A a B tejto siete existujú dve cesty: prvá cez smerovače 1 a 3 a druhá cez smerovače 1, 2 a 3.

Problém výberu najlepšej cesty je tzv smerovanie, a jeho riešenie je jednou z hlavných úloh sieťovej vrstvy. Tento problém je znásobený skutočnosťou, že najkratšia cesta nie je vždy najlepšia. Často je kritériom pre výber trasy čas prenosu údajov po tejto trase; závisí to od šírky pásma komunikačných kanálov a intenzity harmonogramu, ktorý sa môže časom meniť. Niektoré smerovacie algoritmy sa snažia prispôsobiť zmenám zaťaženia, zatiaľ čo iné sa rozhodujú na základe priemerov v priebehu času. Výber trasy sa môže uskutočniť podľa iných kritérií, napríklad spoľahlivosti prenosu.

Vo všeobecnosti sú funkcie sieťovej vrstvy širšie ako funkcie prenosu správ po linkách s neštandardnou štruktúrou, čo sme teraz skúmali na príklade kombinovania niekoľkých lokálnych sietí. Sieťová vrstva tiež rieši problém harmonizácie rôznych technológií, zjednodušuje adresovanie vo veľkých sieťach a vytvára spoľahlivé a flexibilné bariéry nežiaducej premávky medzi sieťami.

Správy sieťovej vrstvy sa zvyčajne nazývajú balíky (pakety). Pri organizovaní doručovania paketov na úrovni siete sa používa pojem „číslo siete“. V tomto prípade sa adresa príjemcu skladá z hornej časti - čísla siete a spodnej časti - čísla uzla v tejto sieti. Všetky uzly jednej siete musia mať rovnakú hornú časť adresy, preto výraz „sieť“ na úrovni siete možno definovať inak, formálnejšie: sieť je súbor uzlov, ktorých sieťová adresa obsahuje rovnaké číslo siete.

Na úrovni siete sú definované dva druhy protokolov. Prvý druh - sieťové protokoly (smerované protokoly) - implementovať propagáciu balíkov prostredníctvom siete. Toto sú protokoly, ktoré sa bežne označujú, keď sa hovorí o protokoloch sieťovej vrstvy. Iný typ protokolu sa však často označuje ako sieťová vrstva, nazývaná protokoly výmeny informácií o smerovaní alebo jednoducho smerovacie protokoly (smerovanie protokoly). Smerovače používajú tieto protokoly na zhromažďovanie informácií o topológii prepojenia. Protokoly sieťovej vrstvy sú implementované softvérovými modulmi operačného systému, ako aj „softvérom a hardvérom smerovačov.

Na úrovni siete ešte existujú ďalšie typy protokolov, ktoré sú zodpovedné za mapovanie adresy uzla používanej na úrovni siete na adresu lokálnej siete. Takéto protokoly sa často označujú ako protokoly na rozlíšenie adries - Address Resolution Protocol, ARP. Niekedy sa neodvolávajú na úroveň siete, ale na úroveň kanála, hoci jemnosť klasifikácie nemenia ich podstatu.

Príklady protokolov sieťovej vrstvy sú IP interworking protokol zásobníka TCP/IP a IPX interworking protokol zásobníka Novell.

Transportná vrstva

Na ceste od odosielateľa k príjemcovi môžu byť pakety skomolené alebo stratené. Zatiaľ čo niektoré aplikácie majú svoje vlastné zariadenia na odstraňovanie chýb, existujú niektoré, ktoré uprednostňujú okamžité riešenie spoľahlivého pripojenia. . Transportná vrstva umožňuje aplikáciám alebo horným vrstvám zásobníka – aplikácii a relácii – prenášať údaje s takým stupňom spoľahlivosti, ktorý vyžadujú. Model OSI definuje päť tried služieb poskytovaných transportnou vrstvou. Tieto typy služieb sa vyznačujú kvalitou poskytovaných služieb: naliehavosť, schopnosť obnoviť prerušené pripojenie , dostupnosť prostriedkov na multiplexovanie niekoľkých spojení medzi rôznymi aplikačnými protokolmi prostredníctvom spoločného transportného protokolu, a čo je najdôležitejšie, schopnosť odhaliť a opraviť chyby prenosu, ako je skreslenie, strata a duplikácia paketov.

Voľba triedy služby transportnej vrstvy je určená na jednej strane tým, do akej miery problém zabezpečenia spoľahlivosti riešia samotné aplikácie a protokoly vyššie ako transportné úrovne, a na druhej strane to výber závisí od spoľahlivosti systému prenosu údajov sieť poskytovaná vrstvami pod prenosom - sieť, dátové spojenie a fyzická. Ak je teda napríklad kvalita komunikačných kanálov veľmi vysoká a pravdepodobnosť chýb, ktoré protokoly nižšej úrovne nezistia, je malá, potom je rozumné použiť jednu z odľahčených služieb transportnej vrstvy, ktorá nie je zaťažená početné kontroly, potvrdenia a iné metódy zvyšovania spoľahlivosti. Ak sú vozidlá nižších úrovní spočiatku veľmi nespoľahlivé, potom je vhodné obrátiť sa na najrozvinutejšiu službu dopravnej úrovne, ktorá pracuje s maximálnymi prostriedkami na odhaľovanie a odstraňovanie chýb – pomocou predbežného nadviazania logického spojenia, kontroly doručovanie správ kontrolnými súčtami a cyklickým číslovaním, pakety, časové limity doručenia atď.

Všetky protokoly počnúc transportnou vrstvou a vyššie sú spravidla implementované softvérom koncových uzlov siete - komponentmi ich sieťových operačných systémov. Príklady transportných protokolov zahŕňajú protokoly TCP a UDP zásobníka TCP/IP a protokol SPX zásobníka Novell.

Protokoly nižších štyroch úrovní sa vo všeobecnosti nazývajú sieťový transport alebo transportný subsystém, pretože úplne riešia problém prenosu správ s danou úrovňou kvality v kompozitných sieťach s ľubovoľnou topológiou a rôznymi technológiami. Ďalšie tri vyššie úrovne riešia problém poskytovania aplikačných služieb na základe existujúceho transportného subsystému.

Úroveň relácie

Vrstva Session poskytuje kontrolu nad dialógom: určuje, ktorá zo strán je práve aktívna, poskytuje prostriedky synchronizácie. Posledne menované umožňujú vkladanie bodov prerušenia do dlhých prechodov, takže v prípade zlyhania sa môžete vrátiť k poslednému bodu prerušenia namiesto toho, aby ste začínali odznova. V praxi používa vrstvu relácie len málo aplikácií a zriedka sa implementuje ako samostatné protokoly, hoci funkcie tejto vrstvy sú často kombinované s funkciami aplikačnej vrstvy a implementované v jedinom protokole.

Reprezentatívna úroveň

Prezentačná vrstva sa zaoberá formou prezentácie informácií prenášaných cez sieť bez zmeny jej obsahu. Vďaka prezentačnej vrstve sú informácie prenášané aplikačnou vrstvou jedného systému vždy pochopené aplikačnou vrstvou druhého systému. Pomocou tejto vrstvy môžu aplikačné protokoly prekonať syntaktické rozdiely v reprezentácii údajov alebo rozdiely v kódoch znakov, ako sú ASCII a EBCDIC. Na tejto úrovni je možné vykonávať šifrovanie a dešifrovanie dát, vďaka čomu je zabezpečená tajnosť výmeny dát pre všetky aplikačné služby naraz. Príkladom takéhoto protokolu je Secure Socket Layer (SSL), ktorý poskytuje bezpečné zasielanie správ pre protokoly aplikačnej vrstvy zásobníka TCP/IP.

Aplikačná úroveň

Aplikačná vrstva je v skutočnosti len súbor rôznych protokolov, pomocou ktorých môžu používatelia siete pristupovať k zdieľaným zdrojom, ako sú súbory, tlačiarne alebo hypertextové webové stránky, a organizovať svoju spoluprácu, napríklad pomocou elektronického protokolu. Jednotka údajov, s ktorou aplikačná vrstva pracuje, sa zvyčajne nazýva správa (správu).

Existuje veľmi široká škála aplikačných služieb. Uveďme si ako príklad aspoň niekoľko najbežnejších implementácií súborových služieb: NCP v operačnom systéme Novell NetWare, SMB v Microsoft Windows NT, NFS, FTP a TFTP, ktoré sú súčasťou zásobníka TCP/IP.

Úrovne nezávislé od siete a nezávislé od siete

Funkcie všetkých vrstiev modelu OSI možno klasifikovať do jednej z dvoch skupín:

buď na funkcie, ktoré závisia od konkrétnej technickej implementácie siete, alebo na funkcie zamerané na prácu s aplikáciami.

Tri nižšie vrstvy – fyzická, kanálová a sieťová – sú závislé od siete, to znamená, že protokoly týchto vrstiev úzko súvisia s technickou implementáciou siete a použitým komunikačným zariadením. Napríklad prechod na vybavenie FDDI znamená úplnú zmenu protokolov fyzickej a spojovej vrstvy vo všetkých uzloch siete.

Tri najvyššie úrovne – aplikácia, zástupca a relácia – sú orientované na aplikáciu a málo závisia od technických vlastností návrhu siete. Protokoly týchto vrstiev nie sú ovplyvnené žiadnymi zmenami v topológii siete, výmenou zariadení alebo migráciou na inú sieťovú technológiu. Prechod z Ethernetu na vysokorýchlostnú technológiu lOOVG-AnyLAN si teda nebude vyžadovať žiadne zmeny v softvéri, ktorý implementuje funkcie aplikačnej, reprezentatívnej a relačnej vrstvy.

Transportná vrstva je medziľahlá, skrýva všetky detaily fungovania spodných vrstiev od vrchných. To vám umožňuje vyvíjať aplikácie, ktoré nie sú závislé od technických prostriedkov priameho prenosu správ.

Na obr. 1.28 ukazuje úrovne modelu OSI , na ktorých fungujú rôzne prvky siete. Počítač s nainštalovaným sieťovým OS komunikuje s iným počítačom pomocou protokolov všetkých siedmich úrovní. Počítače túto interakciu vykonávajú nepriamo prostredníctvom rôznych komunikačných zariadení: rozbočovačov, modemov, mostov, prepínačov, smerovačov, multiplexerov. V závislosti od typu môže komunikačné zariadenie fungovať buď len na fyzickej vrstve (opakovač), alebo na fyzickej a kanálovej (bridge), alebo na fyzickej, kanáli a sieti, niekedy zachytáva transportnú vrstvu (smerovač).

Na obr. 1.29 ukazuje zhodu funkcií rôznych komunikačných zariadení s vrstvami modelu OSI .

Model OSI, aj keď je veľmi dôležitý, je len jedným z mnohých komunikačných modelov. Tieto modely a ich pridružené zásobníky protokolov sa môžu líšiť počtom vrstiev, ich funkciami, formátmi správ, službami podporovanými na vyšších vrstvách a ďalšími parametrami.

Referenčný model OSI je 7-vrstvová sieťová hierarchia vytvorená Medzinárodnou organizáciou pre štandardy (ISO). Model zobrazený na obrázku 1 má 2 rôzne modely:

• horizontálny model založený na protokoloch, ktorý implementuje interakciu procesov a softvéru na rôznych strojoch
• vertikálny model založený na službách implementovaných navzájom susediacimi vrstvami na rovnakom stroji

Vo vertikále sa susediace úrovne vymieňajú s informáciami pomocou API. Horizontálny model vyžaduje spoločný protokol na výmenu informácií na jednej úrovni.

Obrázok 1

Model OSI popisuje iba systémové komunikačné metódy implementované OS, softvérom atď. Model nezahŕňa metódy interakcie s koncovým používateľom. V ideálnom prípade by aplikácie mali pristupovať k hornej vrstve modelu OSI, ale v praxi mnohé protokoly a programy majú metódy prístupu k nižším vrstvám.

Fyzická vrstva

Na fyzickej úrovni sú dáta prezentované vo forme elektrických alebo optických signálov, ktoré zodpovedajú 1 a 0 binárneho toku. Parametre prenosového média sa určujú na fyzickej úrovni:

• typ konektorov a káblov
• priradenie pinov v konektoroch
• obvod kódovania signálu 0 a 1

Najbežnejšie typy špecifikácií na tejto úrovni sú:

• - nevyvážené parametre sériového rozhrania
• - vyvážené parametre sériového rozhrania
• IEEE 802.3 -
• IEEE 802.5 -

Na fyzickej úrovni nemôžete pochopiť význam údajov, pretože sú reprezentované vo forme bitov.

Linková vrstva

Tento kanál implementuje prenos a príjem dátových rámcov. Vrstva implementuje požiadavky sieťovej vrstvy a používa fyzickú vrstvu na prenos a príjem. Špecifikácie IEEE 802.x rozdeľujú túto vrstvu na dve podvrstvy, riadenie logického spojenia (LLC) a riadenie prístupu k médiu (MAC). Najbežnejšie protokoly na tejto úrovni sú:

• IEEE 802.2 LLC a MAC
• Ethernet
• Token Ring

Na tejto úrovni implementuje aj detekciu a korekciu chýb prenosu. Na vrstve dátového spojenia je paket umiestnený v dátovom poli rámca - enkapsulácia. Detekcia chýb je možná pomocou rôznych metód. Napríklad implementácia pevných hraníc rámca alebo kontrolného súčtu.

Sieťová vrstva

Na tejto úrovni sú používatelia siete rozdelení do skupín. Tu je implementované smerovanie paketov na základe MAC adries. Sieťová vrstva implementuje transparentný prenos paketov do transportnej vrstvy. Na tejto úrovni sa stierajú hranice sietí rôznych technológií. pracovať na tejto úrovni. Príklad fungovania sieťovej vrstvy je znázornený na obr. 2. Najbežnejšie protokoly sú:

Kresba - 2

Transportná vrstva

Na tejto úrovni sú informačné toky rozdelené do paketov na prenos na úrovni siete. Najbežnejšie protokoly na tejto úrovni sú:

• TCP - protokol riadenia prenosu

Úroveň relácie

Na tejto úrovni prebieha organizácia stretnutí výmeny informácií medzi koncovými strojmi. Na tejto úrovni sa určí aktívna strana a relácia sa synchronizuje. V praxi mnohé ďalšie protokoly vrstvy obsahujú funkciu vrstvy relácie.

Prezentačná vrstva

Na tejto úrovni dochádza k výmene údajov medzi softvérom na rôznych operačných systémoch. Na tejto úrovni je implementovaná informačná transformácia (, kompresia atď.) na prenos informačného toku do transportnej vrstvy. Protokoly vrstiev používajú aj tie, ktoré používajú vyššie vrstvy modelu OSI.

Aplikačná úroveň

Aplikačná vrstva implementuje prístup aplikácie do siete. Vrstva riadi prenos súborov a správu siete. Použité protokoly:

• FTP / TFTP - File Transfer Protocol
• X 400 – e-mail
• Telnet
• CMIP - Information Management
• SNMP - správa siete
• NFS - Network File System
• FTAM - metóda prístupu k prenosu súborov

Práve ste začali pracovať ako správca siete? Nechcete byť zmätení? Náš článok vám bude užitočný. Počuli ste, ako časom overený správca hovorí o problémoch so sieťou a spomína niektoré úrovne? Pýtali sa vás niekedy v práci, aké úrovne sú chránené a fungujú, ak používate starý firewall? Aby ste pochopili základy informačnej bezpečnosti, musíte pochopiť princíp hierarchie modelu OSI. Skúsme sa pozrieť na možnosti tohto modelu.

Systémový správca, ktorý rešpektuje seba samého, by sa mal dobre orientovať v oblasti vytvárania sietí

Preložené z angličtiny - základný referenčný model pre interakciu otvorených systémov. Presnejšie, sieťový model zásobníka sieťových protokolov OSI / ISO. Zavedený v roku 1984 ako koncepčný rámec, ktorý rozdelil proces odosielania údajov na World Wide Web do siedmich jednoduchých krokov. Nie je to najobľúbenejšie, pretože vývoj špecifikácie OSI bol oneskorený. Zásobník protokolov TCP / IP je lepší a považuje sa za hlavný používaný model. Obrovskú šancu stretnúť sa s OSI modelom však máte ako správca systému alebo v IT oblasti.

Pre sieťové zariadenia bolo vytvorených mnoho špecifikácií a technológií. Je ľahké sa zmiasť s takouto odrodou. Je to model interakcie otvorených systémov, ktorý pomáha sieťovým zariadeniam navzájom si porozumieť pomocou rôznych spôsobov komunikácie. Všimnite si, že OSI je najužitočnejšie pre výrobcov softvéru a hardvéru, ktorí navrhujú interoperabilné produkty.

Opýtajte sa, aký je pre vás prínos? Znalosť viacúrovňového modelu vám dá možnosť voľne komunikovať so zamestnancami IT spoločností, diskutovanie o problémoch siete už nebude depresívnou nudou. A keď sa naučíte pochopiť, v akej fáze došlo k zlyhaniu, môžete ľahko nájsť príčiny a výrazne znížiť rozsah svojej práce.

vrstvy OSI

Model obsahuje sedem zjednodušených krokov:

• Fyzické.
• kanál.
• sieť.
• Doprava.
• relácia.
• výkonný.
• Aplikované.

Prečo rozklad na kroky uľahčuje život? Každá z úrovní zodpovedá určitej fáze odosielania sieťovej správy. Všetky kroky sú sekvenčné, čo znamená, že funkcie sa vykonávajú nezávisle, nie sú potrebné informácie o práci na predchádzajúcej úrovni. Jedinou nevyhnutnou súčasťou je spôsob prijímania údajov z predchádzajúceho kroku a odosielanie informácií do ďalšieho kroku.

Prejdime k priamemu zoznámeniu sa s levelmi.

Fyzická vrstva

Hlavnou úlohou prvej etapy je prenos bitov cez fyzické komunikačné kanály. Fyzické komunikačné kanály sú zariadenia určené na prenos a príjem informačných signálov. Napríklad optické vlákno, koaxiálny kábel alebo krútená dvojlinka. Prenos môže prebiehať aj bezdrôtovo. Prvý stupeň charakterizuje médium na prenos údajov: ochrana proti rušeniu, šírka pásma, charakteristická impedancia. Nastavujú sa aj kvality elektrických koncových signálov (typ kódovania, napäťové úrovne a rýchlosť prenosu signálu) a pripájajú sa na štandardné typy konektorov, priraďujú sa kontaktné spoje.

Funkcie fyzickej fázy sa vykonávajú absolútne na každom zariadení pripojenom k ​​sieti. Napríklad sieťový adaptér implementuje tieto funkcie zo strany počítača. Možno ste sa už stretli s protokolmi prvého kroku: RS-232, DSL a 10Base-T, ktoré určujú fyzikálne vlastnosti komunikačného kanála.

Linková vrstva

V druhej fáze sa abstraktná adresa zariadenia priradí k fyzickému zariadeniu a skontroluje sa dostupnosť prenosového média. Bity sa formujú do súprav - rámov. Hlavnou úlohou spojovacej vrstvy je identifikovať a opraviť chyby. Pre správny prenos sa pred a za rámec vkladajú špecializované bitové sekvencie a pridáva sa vypočítaný kontrolný súčet. Keď rámec dosiahne cieľ, znova sa vypočíta kontrolný súčet už prijatých údajov, ak sa zhoduje s kontrolným súčtom v rámci, rámec sa rozpozná ako správny. V opačnom prípade sa objaví chyba, ktorú je možné opraviť opätovným prenosom informácií.

Štádium kanála umožňuje prenášať informácie vďaka špeciálnej štruktúre odkazov. Najmä zbernice, mosty, prepínače pracujú cez protokoly spojovej vrstvy. Špecifikácie druhého kroku zahŕňajú Ethernet, Token Ring a PPP. Funkcie kanálového stupňa v počítači vykonávajú sieťové adaptéry a ich ovládače.

Sieťová vrstva

V štandardných situáciách funkcie kanálového stupňa nestačia na kvalitný prenos informácií. Špecifikácie druhého kroku môžu prenášať údaje iba medzi uzlami s rovnakou topológiou, napríklad strom. Je potrebná tretia etapa. Je potrebné vytvoriť jednotný dopravný systém s rozvetvenou štruktúrou pre niekoľko sietí s ľubovoľnou štruktúrou a líšiacich sa spôsobom prenosu dát.

Inými slovami, tretí krok spracováva internetový protokol a funguje ako smerovač: nájdenie najlepšej cesty pre informácie. Router je zariadenie, ktoré zbiera dáta o štruktúre prepojení a posiela pakety do cieľovej siete (tranzitné prenosy - hopy). Ak narazíte na chybu v adrese IP, ide o problém na úrovni siete. Protokoly tretej fázy sú rozdelené na sieť, smerovanie alebo rozlíšenie adries: ICMP, IPSec, ARP a BGP.

Transportná vrstva

Aby sa údaje dostali do aplikácií a na najvyššie úrovne zásobníka, je potrebná štvrtá fáza. Poskytuje požadovaný stupeň spoľahlivosti prenosu informácií. Existuje päť tried služieb dopravného stupňa. Ich rozdiel spočíva v naliehavosti, realizovateľnosti obnovenia prerušenej komunikácie, schopnosti odhaliť a opraviť chyby prenosu. Napríklad strata alebo duplikácia paketov.

Ako si vybrať triedu prepravných služieb? Ak je kvalita komunikačných kanálov vysoká, primeranou voľbou bude odľahčená služba. Ak komunikačné kanály na samom začiatku nefungujú bezpečne, je vhodné uchýliť sa k vyvinutej službe, ktorá poskytne maximálne možnosti na nájdenie a riešenie problémov (kontrola doručovania údajov, časové limity dodania). Špecifikácie 4. stupňa: zásobník TCP a UDP TCP / IP, zásobník SPX Novell.

Spojenie prvých štyroch úrovní sa nazýva dopravný subsystém. Plne poskytuje zvolenú úroveň kvality.

Úroveň relácie

Piata fáza pomáha pri regulácii dialógov. Je nemožné, aby sa účastníci rozhovoru navzájom prerušovali alebo hovorili synchrónne. Vrstva relácie si pamätá aktívnu stranu v konkrétnom okamihu a synchronizuje informácie, koordinuje a udržiava spojenia medzi zariadeniami. Jeho funkcie vám umožňujú vrátiť sa na kontrolný bod počas dlhého presunu a nezačínať odznova. V piatej fáze môžete tiež ukončiť spojenie po dokončení výmeny informácií. Špecifikácie na úrovni relácie: NetBIOS.

Reprezentatívna úroveň

Šiesta fáza sa týka transformácie údajov do univerzálneho rozpoznateľného formátu bez zmeny obsahu. Keďže rôzne zariadenia využívajú rôzne formáty, informácie spracované na reprezentatívnej úrovni umožňujú systémom navzájom si porozumieť, čím sa prekonávajú syntaktické rozdiely a rozdiely v kóde. Okrem toho je v šiestej fáze možné šifrovať a dešifrovať údaje, čo zaisťuje utajenie. Príklady protokolov: ASCII a MIDI, SSL.

Aplikačná úroveň

Siedma fáza v našom zozname a prvá, ak program odosiela dáta cez sieť. Pozostáva zo súboru špecifikácií, prostredníctvom ktorých používateľ, webové stránky. Napríklad pri odosielaní správ poštou sa na úrovni aplikácie vyberie vhodný protokol. Zloženie špecifikácií pre siedmu etapu je veľmi rôznorodé. Napríklad SMTP a HTTP, FTP, TFTP alebo SMB.

Niekde môžete počuť o ôsmej úrovni modelu ISO. Oficiálne neexistuje, no medzi IT pracovníkmi sa objavila komická ôsma etapa. Všetko kvôli tomu, že problémy môžu vzniknúť vinou používateľa, a ako viete, človek je na vrchole vývoja, takže sa objavila ôsma úroveň.

Po pohľade na model OSI ste boli schopní pochopiť zložitú štruktúru siete a teraz rozumiete podstate svojej práce. Keď sa proces rozpadne, je to celkom jednoduché!

interakcia otvorených systémov. Inými slovami, je to určitý štandard, podľa ktorého fungujú sieťové technológie.

Spomínaný systém pozostáva zo siedmich vrstvy modelu OSI. Každý protokol pracuje s protokolmi svojej vlastnej úrovne, buď o úroveň nižšiu alebo vyššiu.

Každá úroveň pracuje so špecifickým typom údajov:

1. Fyzický - bit;
2. Kanál - rám;
3. Sieť - balík;
4. Doprava - segmenty / datagramy;
5. Relácia - relácia;
6. Výkonný - prúd;
7. Aplikované - dáta

Vrstvy modelu OSI

Aplikačná úroveň ( aplikačná vrstva)

Toto je najvyššie Vrstva modelu siete OSI... Nazýva sa aj aplikačná vrstva. Navrhnuté pre interakciu používateľa so sieťou. Vrstva poskytuje aplikáciám možnosť využívať rôzne sieťové služby.

Funkcie:

• vzdialený prístup;
• Poštová služba;
• generovanie dopytov na ďalšiu úroveň ( prezentačnej vrstvy)

Protokoly sieťovej vrstvy:

• Bittorrent
• HTTP
• SMTP
• SNMP
• TELNET

prezentačná vrstva ( prezentačnej vrstvy)

Toto je druhá úroveň. Nazýva sa aj reprezentatívna úroveň. Určené na konverziu protokolov, ako aj na kódovanie a dekódovanie údajov. V tejto fáze sú požiadavky doručené z aplikačnej vrstvy formované do údajov na prenos cez sieť a naopak.

Funkcie:

• kompresia / dekompresia údajov;
• kódovanie / dekódovanie údajov;
• presmerovanie požiadaviek

Protokoly sieťovej vrstvy:

• LPP
• NDR

Úroveň relácie ( vrstva relácie)

Toto Vrstva modelu siete OSI je zodpovedný za udržiavanie komunikačnej relácie. Vďaka tejto vrstve môžu aplikácie medzi sebou dlhodobo interagovať.

Funkcie:

• udeľovanie práv
• vytvoriť / pozastaviť / obnoviť / ukončiť komunikáciu

Protokoly sieťovej vrstvy:

• ISO-SP
• L2TP
• NetBIOS
• PPTP
• SMPP

Transportná vrstva ( transportná vrstva)

Toto je štvrtá úroveň, ak počítame zhora. Navrhnuté pre spoľahlivý prenos dát. Zároveň prenos nemusí byť vždy spoľahlivý. Duplikácia a nedoručenie odoslaných údajov je možné.

Protokoly sieťovej vrstvy:

• UDP
• SST
• RTP

Sieťová vrstva ( sieťová vrstva)

The Vrstva modelu siete OSI zodpovedný za určenie najlepšej a najkratšej trasy na prenos údajov.

Funkcie:

• pridelenie adresy
• sledovanie kolízie
• definícia trasy
• komutácia

Protokoly sieťovej vrstvy:

• IPv4 / IPv6
  
• CLNP
• IPsec
• RIP
• OSPF

Linková vrstva ( Vrstva dátového spojenia)

Ide o šiestu vrstvu, ktorá je zodpovedná za doručovanie údajov medzi zariadeniami, ktoré sú v rovnakej sieťovej oblasti.

Funkcie:

• hardvérové ​​adresovanie
• kontrola chýb
• oprava chyby

Protokoly sieťovej vrstvy:

• SLIP
• LAPD
• Bezdrôtová sieť LAN IEEE 802.11,
• FDDI
• ARCnet

Fyzická vrstva ( fyzická vrstva)

Najnižšie a najnovšie Vrstva modelu siete OSI... Slúži na definovanie spôsobu prenosu dát vo fyzickom / elektrickom prostredí. Povedzme, že akýkoľvek web, napr. hrať online kasíno http://bestforplay.net “, sa nachádza na nejakom serveri, ktorého rozhrania tiež prenášajú nejaký druh elektrického signálu cez káble a drôty.

Funkcie:

• definovanie typu prenosu dát
• prenos dát

Protokoly sieťovej vrstvy:

• IEEE 802.15 (Bluetooth)
• Wi-Fi 802.11
• Rádiové rozhranie GSMUm
• ITU a ITU-T
• EIARS-232

Tabuľka 7-vrstvového modelu OSI

OSI model
Dátový typ	úroveň	Funkcie
Údaje	Aplikované	Prístup k sieťovým službám
Prietok	Reprezentatívny	Prezentácia a šifrovanie údajov
Relácie	relácia	Správa relácií
Segmenty / Datagramy	Doprava	Priame spojenie medzi koncovými bodmi a spoľahlivosťou
Balíčky	sieť	Určenie trasy a logické adresovanie
Personál	Potrubie	Fyzické adresovanie
Bity	Fyzické	Práca s médiami, signálmi a binárnymi dátami

Alexander Goryachev, Alexey Niskovsky

Aby mohli servery a klienti siete komunikovať, musia pracovať pomocou rovnakého komunikačného protokolu, to znamená, že musia „hovoriť“ rovnakým jazykom. Protokol definuje súbor pravidiel pre organizáciu výmeny informácií na všetkých úrovniach interakcie sieťových objektov.

Existuje referenčný model prepojenia otvorených systémov, často označovaný ako model OSI. Tento model vyvinula Medzinárodná organizácia pre normalizáciu (ISO). OSI model popisuje schému interakcie medzi sieťovými objektmi, definuje zoznam úloh a pravidiel pre prenos dát. Zahŕňa sedem úrovní: fyzická (fyzická - 1), kanál (Dátové prepojenie - 2), sieť (Sieť - 3), prenos (Doprava - 4), relácia (relácia - 5), prezentácia údajov (Prezentácia - 6) a aplikované (Aplikácia - 7). Predpokladá sa, že dva počítače môžu navzájom komunikovať na určitej vrstve modelu OSI, ak ich softvér, ktorý implementuje sieťové funkcie tejto vrstvy, interpretuje rovnaké údaje rovnakým spôsobom. V tomto prípade sa medzi dvoma počítačmi vytvorí priama komunikácia, ktorá sa nazýva „bod-bod“.

Implementácie modelu OSI protokolmi sa nazývajú zásobníky protokolov. Nie je možné implementovať všetky funkcie modelu OSI v rámci jedného špecifického protokolu. Typicky sú úlohy určitej vrstvy implementované jedným alebo viacerými protokolmi. Jeden počítač musí spúšťať protokoly z rovnakého zásobníka. V tomto prípade môže počítač súčasne používať niekoľko zásobníkov protokolov.

Uvažujme o úlohách vyriešených na každej z úrovní modelu OSI.

Fyzická vrstva

Na tejto úrovni modelu OSI sú definované nasledujúce charakteristiky sieťových komponentov: typy mediálnych spojení, topológie fyzických sietí, metódy prenosu dát (s digitálnym alebo analógovým kódovaním signálu), typy synchronizácie prenášaných dát, oddelenie komunikačných kanálov pomocou frekvenčný a časový multiplex.

Implementácie protokolu fyzickej vrstvy OSI koordinujú pravidlá prenosu bitov.

Fyzická vrstva neobsahuje popis prenosového média. Avšak implementácie protokolov fyzickej vrstvy sú špecifické pre konkrétne prenosové médium. Fyzická vrstva je zvyčajne spojená s pripojením nasledujúcich sieťových zariadení:

• koncentrátory, rozbočovače a zosilňovače, ktoré regenerujú elektrické signály;
• spojovacie konektory prenosového média poskytujúce mechanické rozhranie na spojenie zariadenia s prenosovým médiom;
• modemy a rôzne konvertovacie zariadenia, ktoré vykonávajú digitálne a analógové konverzie.

Táto vrstva modelu definuje fyzické topológie v podnikovej sieti, ktoré sú vybudované pomocou základnej sady štandardných topológií.

Prvou v základnej zostave je topológia zbernice. V tomto prípade sú všetky sieťové zariadenia a počítače pripojené na spoločnú dátovú zbernicu, ktorá je najčastejšie tvorená pomocou koaxiálneho kábla. Kábel, ktorý tvorí spoločnú zbernicu, sa nazýva chrbtica. Z každého zo zariadení pripojených na zbernicu sa signál prenáša oboma smermi. Na odstránenie signálu z kábla na koncoch zbernice je potrebné použiť špeciálne terminátory. Mechanické poškodenie linky ovplyvňuje činnosť všetkých zariadení, ktoré sú k nej pripojené.

Kruhová topológia zabezpečuje spojenie všetkých sieťových zariadení a počítačov vo fyzickom kruhu (ring). V tejto topológii sa informácie po kruhu prenášajú vždy jedným smerom – od stanice k stanici. Každé sieťové zariadenie musí mať na vstupnom kábli informačný prijímač a na výstupe vysielač. Mechanické poškodenie média na prenos informácií v jedinom kruhu ovplyvní činnosť všetkých zariadení, ale siete postavené pomocou dvojitého kruhu majú spravidla určitú toleranciu voči poruchám a funkcie samoopravy. V sieťach postavených na dvojitom kruhu sa rovnaké informácie prenášajú pozdĺž kruhu v oboch smeroch. V prípade prerušenia kábla bude krúžok pokračovať v prevádzke v režime jednoduchého krúžku s dvojitou dĺžkou (samoopravovacie funkcie sú určené použitým hardvérom).

Ďalšou topológiou je hviezdicová topológia alebo hviezda (hviezda). Zabezpečuje prítomnosť centrálneho zariadenia, ku ktorému sú pripojené ďalšie sieťové zariadenia a počítače pomocou lúčov (samostatné káble). Hviezdne siete majú jediný bod zlyhania. Tento bod je centrálnym zariadením. V prípade zlyhania centrálneho zariadenia si všetci ostatní účastníci siete nebudú môcť navzájom vymieňať informácie, keďže celá výmena prebiehala iba cez centrálne zariadenie. V závislosti od typu centrálneho zariadenia môže byť signál prijímaný z jedného vstupu prenášaný (so zosilnením alebo bez neho) na všetky výstupy alebo na konkrétny výstup, na ktorý je zariadenie - príjemca informácie pripojené.

Topológia siete je vysoko odolná. Pri budovaní sietí s podobnou topológiou je každé zo sieťových zariadení alebo počítačov prepojené s každým ďalším komponentom siete. Táto topológia je nadbytočná a teda nepraktická. V malých sieťach sa táto topológia skutočne používa zriedkavo, ale vo veľkých podnikových sieťach možno na prepojenie najdôležitejších uzlov použiť plne prepojenú topológiu.

Uvažované topológie sú najčastejšie postavené pomocou káblových spojení.

Ďalšou topológiou, ktorá využíva bezdrôtové pripojenie, je bunková. V ňom sú sieťové zariadenia a počítače spojené do zón - buniek (buniek), ktoré interagujú iba s vysielačom a prijímačom bunky. Prenos informácií medzi bunkami sa uskutočňuje pomocou vysielacích zariadení.

Linková vrstva

Táto úroveň definuje logickú topológiu siete, pravidlá pre získanie prístupu k médiu na prenos dát, rieši problémy súvisiace s adresovaním fyzických zariadení v rámci logickej siete a riadením prenosu informácií (synchronizácia prenosových a obslužných spojení) medzi sieťovými zariadeniami.

Protokoly spojovej vrstvy definujú:

• pravidlá pre organizovanie bitov fyzickej vrstvy (binárne jednotky a nuly) do logických skupín informácií nazývaných rámce alebo rámce. Rámec je dátová jednotka spojovej vrstvy pozostávajúca zo súvislej sekvencie zoskupených bitov so záhlavím a koncom;
• pravidlá zisťovania (a niekedy aj opravy) chýb prenosu;
• pravidlá riadenia toku (pre zariadenia pracujúce na tejto úrovni modelu OSI, napríklad mosty);
• pravidlá na identifikáciu počítačov v sieti podľa ich fyzických adries.

Rovnako ako väčšina ostatných vrstiev, aj vrstva dátového spojenia pridáva na začiatok dátového paketu svoje vlastné riadiace informácie. Tieto informácie môžu zahŕňať zdrojové a cieľové adresy (fyzické alebo hardvérové), informácie o dĺžke rámca a indikáciu aktívnych protokolov hornej vrstvy.

Nasledujúce sieťové konektory sú zvyčajne spojené s vrstvou dátového spojenia:

• mosty;
• inteligentné rozbočovače;
• spínače;
• karty sieťového rozhrania (karty sieťového rozhrania, adaptéry atď.).

Funkcie spojovej vrstvy sú rozdelené do dvoch podúrovní (tabuľka 1):

• kontrola prístupu k médiám (MAC);
• Logical Link Control (LLC)

Podvrstva MAC definuje také prvky vrstvy dátového spojenia, ako je logická topológia siete, spôsob prístupu k prenosovému médiu a pravidlá pre fyzické adresovanie medzi sieťovými entitami.

Skratka MAC sa používa aj na definovanie fyzickej adresy sieťového zariadenia: fyzická adresa zariadenia (ktorá je definovaná vo vnútri sieťového zariadenia alebo sieťovej karty počas výroby) sa často označuje ako MAC adresa tohto zariadenia. Pre veľké množstvo sieťových zariadení, najmä sieťových kariet, je možné programovo zmeniť MAC adresu. Malo by sa pamätať na to, že vrstva dátového spojenia modelu OSI ukladá obmedzenia na používanie MAC adries: v jednej fyzickej sieti (segment väčšej siete) nemôžu byť dve alebo viac zariadení používajúcich rovnaké MAC adresy. Na určenie fyzickej adresy sieťového objektu možno použiť koncept „adresy uzla“. Adresa uzla je najčastejšie totožná s MAC adresou alebo je určená logicky zmenou softvérovej adresy.

Podvrstva LLC definuje pravidlá prenosu a synchronizácie služieb pre pripojenia. Táto podvrstva vrstvy dátového spojenia úzko spolupracuje so sieťovou vrstvou modelu OSI a je zodpovedná za spoľahlivosť fyzických (pomocou MAC adries) pripojení. Logická topológia (logická topológia) siete určuje spôsob a pravidlá (postupnosť) prenosu dát medzi počítačmi v sieti. Sieťové objekty prenášajú dáta v závislosti od logickej topológie siete. Fyzická topológia definuje fyzickú cestu dát; v niektorých prípadoch však fyzická topológia neodráža spôsob fungovania siete. Aktuálna dátová cesta je určená logickou topológiou. Na prenos dát po logickej ceste, ktorá sa môže líšiť od cesty na fyzickom médiu, sa používajú zariadenia na pripojenie siete a prístupové schémy k prenosovému médiu. Dobrým príkladom rozdielu medzi fyzickou a logickou topológiou je Token Ring od IBM. Token Ring LAN často používajú medené káble v hviezdicovej konfigurácii s centrálnym rozbočovačom. Na rozdiel od normálnej hviezdicovej topológie hub neposiela prichádzajúce signály do všetkých ostatných pripojených zariadení. Vnútorné obvody rozbočovača sekvenčne posielajú každý prichádzajúci signál do ďalšieho zariadenia vo vopred definovanom logickom kruhu, to znamená v kruhovom vzore. Fyzická topológia tejto siete je hviezda a logická topológia je kruh.

Ďalším príkladom rozdielu medzi fyzickou a logickou topológiou je Ethernet. Fyzickú sieť je možné vybudovať pomocou medených káblov a centrálneho rozbočovača. Fyzická sieť je vytvorená v hviezdicovej topológii. Technológia Ethernet však zabezpečuje prenos informácií z jedného počítača do všetkých ostatných v sieti. Hub musí prenášať signál prijatý z jedného z jeho portov na všetky ostatné porty. Vytvorí sa logická sieť so zbernicovou topológiou.

Ak chcete určiť logickú topológiu siete, musíte pochopiť, ako sa v nej prijímajú signály:

• v topológiách logických zberníc je každý signál prijímaný všetkými zariadeniami;
• v logických kruhových topológiách každé zariadenie prijíma iba tie signály, ktoré mu boli konkrétne odoslané.

Dôležité je tiež vedieť, akým spôsobom získavajú sieťové zariadenia prístup k prenosovému médiu.

Prístup k prenosovému médiu

Logické topológie používajú špeciálne pravidlá na riadenie povolenia na prenos informácií do iných sieťových objektov. Riadiaci proces riadi prístup k médiu na prenos údajov. Predstavte si sieť, v ktorej môžu všetky zariadenia fungovať bez akýchkoľvek pravidiel na získanie prístupu k prenosovému médiu. Všetky zariadenia v takejto sieti prenášajú informácie hneď, ako sú dáta pripravené; tieto prenosy sa niekedy môžu časovo prekrývať. V dôsledku prekrývania sú signály skreslené a prenášané dáta sa strácajú. Táto situácia sa nazýva kolízia. Kolízie vám neumožňujú organizovať spoľahlivý a efektívny prenos informácií medzi sieťovými objektmi.

Kolízie v sieti ovplyvňujú fyzické segmenty siete, ku ktorým sú pripojené sieťové objekty. Takéto spojenia tvoria jeden kolízny priestor, v ktorom sa vplyv kolízií rozširuje na každého. Na zmenšenie veľkosti kolíznych priestorov segmentovaním fyzickej siete možno použiť mosty a iné sieťové zariadenia, ktoré majú funkcie filtrovania spojovej vrstvy.

Sieť nemôže normálne fungovať, kým všetky sieťové objekty nedokážu kontrolovať, spravovať alebo eliminovať kolízie. V sieťach je potrebná nejaká metóda na zníženie počtu kolízií, rušení (prekrývania) simultánnych signálov.

Existujú štandardné metódy prístupu k médiám, ktoré popisujú pravidlá, ktorými sa riadi povolenie na prenos informácií pre sieťové zariadenia: súperenie, odovzdávanie tokenov a hlasovanie.

Pred výberom protokolu, ktorý implementuje jeden z týchto spôsobov prístupu k médiu na prenos údajov, by ste mali venovať osobitnú pozornosť nasledujúcim faktorom:

• charakter prenosov - nepretržitý alebo impulzný;
• počet prenosov údajov;
• potreba prenášať údaje v presne stanovených intervaloch;
• počet aktívnych zariadení v sieti.

Každý z týchto faktorov v kombinácii s výhodami a nevýhodami pomôže určiť, ktorá metóda prístupu k médiám je najvhodnejšia.

konkurencia. Systémy založené na súperení predpokladajú, že k médiám sa pristupuje podľa zásady „kto prv príde, ten prv melie“. Inými slovami, každé sieťové zariadenie bojuje o kontrolu nad prenosovým médiom. Závodné systémy sú navrhnuté tak, aby všetky zariadenia v sieti mohli prenášať dáta len podľa potreby. Táto prax v konečnom dôsledku vedie k čiastočnej alebo úplnej strate údajov, pretože ku kolíziám skutočne dochádza. Pri pridávaní každého nového zariadenia do siete sa počet kolízií môže exponenciálne zvyšovať. Nárast počtu kolízií znižuje výkon siete a v prípade úplného nasýtenia média na prenos informácií znižuje výkon siete na nulu.

Na zníženie počtu kolízií boli vyvinuté špeciálne protokoly, v ktorých je implementovaná funkcia počúvania média prenosu informácií predtým, ako stanica začne vysielať dáta. Ak počúvajúca stanica zaznamená prenos signálu (z inej stanice), potom sa zdrží vysielania informácií a pokúsi sa ich zopakovať neskôr. Tieto protokoly sa nazývajú protokoly Carrier Sense Multiple Access (CSMA). Protokoly CSMA výrazne znižujú počet kolízií, ale neodstraňujú ich úplne. Napriek tomu dochádza ku kolízii, keď dve stanice volajú po kábli: nedetekujú žiadne signály, rozhodnú sa, že médium na prenos dát je voľné, a potom súčasne začnú dáta prenášať.

Príklady takýchto kontradiktórnych protokolov sú:

• Carrier Sense viacnásobný prístup / detekcia kolízie (CSMA / CD);
• Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance (CSMA / CA).

CSMA / CD protokoly. Protokoly CSMA / CD nielen počúvajú na kábli pred prenosom, ale zisťujú aj kolízie a iniciujú opakované prenosy. Keď je zistená kolízia, stanice vysielajúce dáta inicializujú špeciálne interné časovače s náhodnými hodnotami. Časovače začnú odpočítavať a po dosiahnutí nuly by sa stanice mali pokúsiť dáta znova preniesť. Keďže časovače boli inicializované náhodnými hodnotami, jedna zo staníc sa pokúsi zopakovať prenos dát pred druhou. Podľa toho druhá stanica určí, že médium na prenos dát je už obsadené a počká, kým sa neuvoľní.

Príklady protokolov CSMA / CD sú Ethernet verzie 2 (Ethernet II od DEC Corporation) a IEEE802.3.

Protokoly CSMA / CA. CSMA / CA používa schémy, ako je časový členený prístup alebo odoslanie žiadosti o prístup k médiu. Pri použití časového segmentovania môže každá stanica vysielať informácie iba v časoch presne definovaných pre túto stanicu. V tomto prípade musí sieť implementovať mechanizmus na správu časových úsekov. Každá nová stanica pripojená k sieti oznámi svoj vzhľad, čím sa spustí proces prerozdelenia časových úsekov na prenos informácií. V prípade použitia centralizovaného riadenia prístupu k prenosovému médiu generuje každá stanica špeciálnu požiadavku na prenos, ktorá je adresovaná riadiacej stanici. Centrálna stanica reguluje prístup k prenosovému médiu pre všetky objekty siete.

Príkladom CSMA / CA je protokol LocalTalk spoločnosti Apple Computer.

Systémy založené na rasách sú najvhodnejšie pre nárazovú prevádzku (veľké prenosy súborov) v sieťach s relatívne malým počtom používateľov.

Systémy prenosu značiek. V systémoch odovzdávania tokenov sa malý rámec (token) odovzdáva v určitom poradí z jedného zariadenia do druhého. Token je špeciálna správa, ktorá prenáša dočasnú kontrolu nad médiom na zariadenie, ktoré vlastní token. Odovzdávanie tokenov rozdeľuje riadenie prístupu medzi sieťové zariadenia.

Každé zariadenie vie, z ktorého zariadenia token prijíma a na ktoré zariadenie ho má poslať. Zvyčajne sú tieto zariadenia najbližšími susedmi vlastníka tokenu. Každé zariadenie pravidelne preberá kontrolu nad tokenom, vykonáva svoje akcie (prenáša informácie) a potom odovzdáva token na použitie ďalšiemu zariadeniu. Protokoly obmedzujú čas, počas ktorého je token monitorovaný každým zariadením.

Existuje niekoľko protokolov prenosu tokenov. Dva sieťové štandardy, ktoré používajú odovzdávanie tokenov, sú IEEE 802.4 Token Bus a IEEE 802.5 Token Ring. Token Bus používa riadenie prístupu s odovzdávaním tokenov a fyzickú alebo logickú topológiu zbernice, zatiaľ čo Token Ring používa riadenie prístupu s odovzdávaním tokenov a topológiu fyzického alebo logického kruhu.

Siete na odovzdávanie tokenov by sa mali používať vtedy, keď je prioritná prevádzka závislá od času, ako sú digitálne audio alebo video dáta, alebo ak existuje veľký počet používateľov.

Prieskum. Polling je metóda prístupu, ktorá prideľuje jedno zariadenie (nazývané radič, primárne alebo „hlavné“ zariadenie) ako rozhodcu pre prístup k médiám. Toto zariadenie sa pýta na všetky ostatné zariadenia (sekundárne) v určitom vopred určenom poradí, aby zistilo, či majú informácie na prenos. Ak chcete prijať údaje zo sekundárneho zariadenia, primárne zariadenie doň odošle požiadavku a potom prijme údaje zo sekundárneho zariadenia a odošle ich prijímajúcemu zariadeniu. Potom sa primárne zariadenie pýta na druhé sekundárne zariadenie, prijíma z neho údaje atď. Protokol obmedzuje množstvo údajov, ktoré môže každé sekundárne zariadenie preniesť po pollingu. Systémy hlasovania sú ideálne pre sieťové zariadenia citlivé na čas, ako je automatizácia zariadení.

Táto vrstva tiež poskytuje službu pripojenia. Existujú tri typy služieb pripojenia:

• nepotvrdená služba bez spojenia - odosiela a prijíma rámce bez riadenia toku a bez riadenia chýb alebo sekvencie paketov;
• služba orientovaná na spojenie - poskytuje riadenie toku, kontrolu chýb a kontrolu sekvencie paketov vydávaním potvrdení (potvrdení);
• služba s potvrdenou nespojovanou (acknowledged connectionless) - používa potvrdenky na riadenie toku a kontrolu chýb počas prenosov medzi dvoma uzlami siete.

Podvrstva link layer LLC poskytuje možnosť súčasne používať niekoľko sieťových protokolov (z rôznych zásobníkov protokolov) pri práci cez jediné sieťové rozhranie. Inými slovami, ak je v počítači nainštalovaná iba jedna sieťová karta, ale je potrebné pracovať s rôznymi sieťovými službami od rôznych výrobcov, potom softvér klientskej siete presne na podúrovni LLC poskytuje možnosť takejto práce.

Sieťová vrstva

Sieťová vrstva definuje pravidlá pre doručovanie dát medzi logickými sieťami, vytváranie logických adries sieťových zariadení, definíciu, výber a údržbu smerovacích informácií, fungovanie brán.

Hlavným cieľom sieťovej vrstvy je vyriešiť problém presúvania (doručovania) dát do určených bodov v sieti. Doručovanie údajov na sieťovej vrstve je vo všeobecnosti podobné doručovaniu údajov na vrstve dátového spojenia modelu OSI, kde sa na prenos údajov používa fyzické adresovanie zariadení. Adresovanie na linkovej vrstve sa však vzťahuje len na jednu logickú sieť, je platné len v rámci tejto siete. Sieťová vrstva popisuje metódy a prostriedky prenosu informácií medzi mnohými nezávislými (a často heterogénnymi) logickými sieťami, ktoré po prepojení tvoria jednu veľkú sieť. Takáto sieť sa nazýva sieť a prenos informácií medzi sieťami sa nazýva sieťová práca.

Pomocou fyzického adresovania na vrstve dátového spojenia sa dáta doručujú do všetkých zariadení v rovnakej logickej sieti. Každé sieťové zariadenie, každý počítač určuje účel prijatých údajov. Ak sú dáta určené pre počítač, tak ich spracuje, ak nie, ignoruje ich.

Na rozdiel od vrstvy dátového spojenia si sieťová vrstva môže zvoliť špecifickú cestu v sieti a vyhnúť sa odosielaniu údajov do tých logických sietí, ktorým údaje nie sú adresované. Sieťová vrstva to robí pomocou prepínania, adresovania sieťovej vrstvy a smerovacích algoritmov. Sieťová vrstva je tiež zodpovedná za poskytovanie správnych trás pre dáta cez prepojenú sieť heterogénnych sietí.

Prvky a spôsoby implementácie sieťovej vrstvy sú definované takto:

• všetky logicky oddelené siete musia mať jedinečné sieťové adresy;
• prepínanie určuje, ako sa vytvárajú spojenia v rámci siete;
• schopnosť implementovať smerovanie tak, aby počítače a smerovače určovali najlepšiu cestu pre dáta cez prepojenú sieť;
• sieť bude vykonávať rôzne úrovne služby pripojenia v závislosti od očakávaného počtu chýb v rámci prepojenej siete.

Na tejto úrovni modelu OSI fungujú smerovače a niektoré prepínače.

Sieťová vrstva definuje pravidlá pre tvorbu logických sieťových adries pre sieťové objekty. V rámci veľkej vzájomne prepojenej siete musí mať každá sieťová entita jedinečnú logickú adresu. Na tvorbe logickej adresy sa podieľajú dva komponenty: logická sieťová adresa, ktorá je spoločná pre všetky sieťové objekty, a logická adresa sieťového objektu, ktorá je pre tento objekt jedinečná. Pri vytváraní logickej adresy sieťového objektu je možné použiť buď fyzickú adresu objektu, alebo je možné určiť ľubovoľnú logickú adresu. Použitie logického adresovania vám umožňuje organizovať prenos údajov medzi rôznymi logickými sieťami.

Každý sieťový objekt, každý počítač môže vykonávať mnoho sieťových funkcií súčasne, čím zabezpečuje prevádzku rôznych služieb. Na prístup k službám sa používa špeciálny identifikátor služby, ktorý sa nazýva port (port) alebo zásuvka (socket). Pri prístupe k službe identifikátor služby bezprostredne nasleduje za logickou adresou počítača, ktorý službu poskytuje.

V mnohých sieťach sú skupiny logických adries a identifikátory služieb vyhradené na účely vykonávania špecifických preddefinovaných a dobre známych akcií. Napríklad, ak je potrebné poslať dáta do všetkých sieťových objektov, budú odoslané na špeciálnu broadcast adresu.

Sieťová vrstva definuje pravidlá pre prenos dát medzi dvoma sieťovými objektmi. Tento prenos je možné vykonať pomocou prepínania alebo smerovania.

Existujú tri spôsoby prepínania prenosu dát: prepínanie okruhov, prepínanie správ a prepínanie paketov.

Pri použití prepínania okruhov sa medzi odosielateľom a prijímačom vytvorí kanál na prenos údajov. Tento kanál bude aktívny počas celej komunikačnej relácie. Pri použití tejto metódy sú možné veľké oneskorenia pri prideľovaní kanálov v dôsledku nedostatku dostatočnej šírky pásma, preťaženia spínacieho zariadenia alebo zaneprázdnenosti príjemcu.

Prepínanie správ vám umožňuje preniesť celú (neprerušenú) správu na základe uloženia a preposlania. Každé sprostredkujúce zariadenie prijme správu, uloží ju lokálne a keď sa uvoľní komunikačný kanál, cez ktorý má byť táto správa odoslaná, odošle ju. Táto metóda je vhodná na odosielanie e-mailových správ a organizáciu správy elektronických dokumentov.

Prepínanie paketov spája výhody dvoch predchádzajúcich metód. Každá veľká správa je rozdelená na malé pakety, z ktorých každý je postupne odoslaný príjemcovi. Pri prechode prepojenou sieťou sa pre každý z paketov určí najlepšia cesta v danom okamihu. Ukazuje sa, že časti jednej správy môžu príjemcovi prísť v rôznom čase a až po zložení všetkých častí bude môcť príjemca pracovať s prijatými dátami.

Zakaždým, keď určíte ďalšiu cestu pre dáta, musíte zvoliť najlepšiu trasu. Úloha určiť najlepšiu cestu sa nazýva smerovanie. Túto úlohu vykonávajú smerovače. Úlohou smerovačov je určiť možné cesty pre prenos dát, udržiavať smerovacie informácie a zvoliť najlepšie cesty. Smerovanie je možné vykonať statickým alebo dynamickým spôsobom. Pri špecifikovaní statického smerovania musia byť špecifikované všetky vzťahy medzi logickými sieťami a musia zostať nezmenené. Dynamické smerovanie predpokladá, že smerovač môže sám definovať nové cesty alebo upravovať informácie o starých. Dynamické smerovanie používa špeciálne smerovacie algoritmy, z ktorých najbežnejšie sú vektor vzdialenosti a stav spojenia. V prvom prípade router využíva informácie z druhej ruky o štruktúre siete zo susedných routerov. V druhom prípade router pracuje s informáciami o svojich vlastných komunikačných kanáloch a spolupracuje so špeciálnym reprezentatívnym routerom, aby vytvoril kompletnú sieťovú mapu.

Voľba najlepšej trasy je najčastejšie ovplyvnená faktormi, ako je počet skokov cez smerovače (počet skokov) a počet začiarknutí (časové jednotky) potrebné na dosiahnutie cieľovej siete (počet skokov).

Služba pripojenia sieťovej vrstvy funguje, keď sa nepoužíva služba pripojenia podvrstvy LLC spojovacej vrstvy OSI.

Pri budovaní vzájomne prepojenej siete je potrebné spájať logické siete budované rôznymi technológiami a poskytujúce rôznorodé služby. Aby sieť fungovala, logické siete musia byť schopné správne interpretovať údaje a riadiť informácie. Táto úloha sa vykonáva pomocou brány, čo je zariadenie alebo aplikačný program, ktorý prekladá a interpretuje pravidlá jednej logickej siete do pravidiel inej. Vo všeobecnosti môžu byť brány implementované na akejkoľvek úrovni modelu OSI, najčastejšie sú však implementované na vyšších úrovniach modelu.

Transportná vrstva

Transportná vrstva umožňuje skryť fyzické a logické štruktúry siete pred aplikáciami vyšších vrstiev modelu OSI. Aplikácie pracujú iba so servisnými funkciami, ktoré sú celkom univerzálne a nezávisia od fyzických a logických topológií siete. Vlastnosti logických a fyzických sietí sú implementované na predchádzajúcich vrstvách, kde transportná vrstva prenáša dáta.

Transportná vrstva často kompenzuje nedostatok spoľahlivej alebo na spojenie orientovanej spojovacej služby v nižších vrstvách. Pojem „spoľahlivý“ neznamená, že vo všetkých prípadoch budú doručené všetky údaje. Spoľahlivé implementácie protokolov transportnej vrstvy však zvyčajne môžu potvrdiť alebo zamietnuť doručenie údajov. Ak dáta nie sú doručené do prijímacieho zariadenia správne, transportná vrstva môže preposlať alebo informovať vyššie vrstvy, že ich nemožno doručiť. Vyššie úrovne potom môžu vykonať potrebné nápravné opatrenia alebo poskytnúť používateľovi možnosť voľby.

Mnohé protokoly v počítačových sieťach poskytujú používateľom možnosť pracovať s jednoduchými názvami v prirodzenom jazyku namiesto zložitých a ťažko zapamätateľných alfanumerických adries. Address / Name Resolution je funkcia identifikácie alebo mapovania mien a alfanumerických adries navzájom. Túto funkciu môže vykonávať každá entita v sieti alebo poskytovatelia špeciálnych služieb nazývaní adresárové servery, menné servery atď. Nasledujúce definície klasifikujú metódy prekladu adresy/mena:

• iniciácia spotrebiteľov služieb;
• zo strany poskytovateľa služieb.

V prvom prípade používateľ siete odkazuje na službu jej logickým názvom bez toho, aby poznal presné umiestnenie služby. Používateľ nevie, či je táto služba momentálne dostupná. Pri prístupe sa logický názov zhoduje s fyzickým názvom a pracovná stanica používateľa iniciuje hovor priamo na službu. V druhom prípade každá služba o sebe pravidelne informuje všetkých klientov siete. Každý z klientov v danom čase vie, či je služba dostupná a vie, ako službu priamo kontaktovať.

Metódy adresovania

Adresy služieb identifikujú špecifické softvérové ​​procesy bežiace na sieťových zariadeniach. Okrem týchto adries poskytovatelia služieb sledujú rôzne konverzácie, ktoré vedú so zariadeniami požadujúcimi služby. Dve rôzne metódy dialógu používajú nasledujúce adresy:

• identifikátor pripojenia;
• identifikátor transakcie.

Identifikátor pripojenia, nazývaný aj identifikátor pripojenia, port alebo zásuvka, identifikuje každú konverzáciu. Poskytovateľ pripojenia môže komunikovať s viac ako jedným klientom pomocou identifikátora pripojenia. Poskytovateľ služby odkazuje na každú prepínaciu entitu jej číslom a spolieha sa na transportnú vrstvu, aby koordinovala ďalšie adresy nižšej vrstvy. Identifikátor pripojenia je spojený s konkrétnou konverzáciou.

ID transakcií sú podobné ID pripojení, ale fungujú v menších jednotkách ako dialógové okno. Transakcia sa skladá z požiadavky a odpovede. Poskytovatelia služieb a spotrebitelia sledujú odchod a príchod každej transakcie, nie celú konverzáciu.

Úroveň relácie

Vrstva relácie uľahčuje komunikáciu medzi zariadeniami, ktoré požadujú a poskytujú služby. Komunikačné relácie sú riadené mechanizmami, ktoré vytvárajú, udržiavajú, synchronizujú a riadia dialóg medzi komunikujúcimi entitami. Táto vrstva tiež pomáha horným vrstvám identifikovať dostupnú sieťovú službu a pripojiť sa k nej.

Vrstva relácie používa informácie o logickej adrese dodané spodnými vrstvami na identifikáciu názvov serverov a adries požadovaných hornými vrstvami.

Vrstva relácie tiež iniciuje dialógy medzi poskytovateľom služieb a spotrebiteľskými zariadeniami. Pri vykonávaní tejto funkcie vrstva relácie často vynucuje alebo identifikuje každý objekt a koordinuje prístupové práva k nemu.

Vrstva relácie implementuje riadenie dialógu pomocou jednej z troch komunikačných metód – simplex, polovičný duplex a plný duplex.

Simplexná komunikácia zahŕňa iba jednosmerný prenos od zdroja k príjemcovi informácií. Tento spôsob komunikácie neposkytuje žiadnu spätnú väzbu (od prijímača k zdroju). Half-duplex umožňuje použitie jedného dátového prenosového média na obojsmerný prenos informácií, avšak informácie je možné prenášať súčasne len jedným smerom. Full duplex poskytuje súčasný prenos informácií v oboch smeroch cez médium na prenos dát.

Na tejto úrovni modelu OSI sa vykonáva aj správa komunikačnej relácie medzi dvoma sieťovými objektmi, ktorá pozostáva z nadviazania spojenia, prenosu dát, ukončenia spojenia. Po vytvorení relácie môže softvér, ktorý implementuje funkcie tejto vrstvy, skontrolovať funkčnosť (udržať) pripojenie, kým sa neukončí.

Prezentačná vrstva

Hlavnou úlohou dátovej prezentačnej vrstvy je transformovať dáta do vzájomne dohodnutých formátov (exchange syntax), ktoré sú zrozumiteľné pre všetky sieťové aplikácie a počítače, na ktorých aplikácie bežia. Na tejto úrovni sa rieši aj problematika kompresie a dekompresie dát a ich šifrovania.

Konverzia sa týka zmeny poradia bitov v bajtoch, poradia bajtov v slove, kódov znakov a syntaxe názvov súborov.

Potreba zmeniť poradie bitov a bajtov je spôsobená prítomnosťou veľkého počtu rôznych procesorov, počítačov, komplexov a systémov. Procesory od rôznych výrobcov môžu interpretovať nulový a siedmy bit v byte odlišne (buď nulový bit je najvýznamnejší, alebo siedmy). Podobným spôsobom sa zaobchádza s bajtmi, ktoré tvoria veľké jednotky informácií – slová.

Aby používatelia rôznych operačných systémov dostávali informácie vo forme súborov so správnymi názvami a obsahom, táto úroveň zabezpečuje správnu konverziu syntaxe súborov. Rôzne operačné systémy pracujú so svojimi súborovými systémami odlišne a implementujú rôzne spôsoby generovania názvov súborov. Informácie v súboroch sú tiež uložené v špecifickom kódovaní znakov. Pri interakcii dvoch sieťových objektov je dôležité, aby každý z nich mohol interpretovať informácie o súbore vlastným spôsobom, ale význam informácií by sa nemal meniť.

Prezentačná vrstva konvertuje dáta do vzájomne konzistentného formátu (exchange syntax), ktorý je zrozumiteľný pre všetky sieťové aplikácie a počítače, na ktorých sú aplikácie spustené. Dokáže tiež komprimovať a rozširovať, ako aj šifrovať a dešifrovať údaje.

Počítače používajú rôzne pravidlá na reprezentáciu údajov pomocou binárnych núl a jednotiek. Zatiaľ čo sa všetky tieto pravidlá snažia dosiahnuť spoločný cieľ, ktorým je prezentovanie údajov čitateľných pre človeka, výrobcovia počítačov a štandardizačné organizácie vytvorili protichodné pravidlá. Keď sa dva počítače používajúce rôzne sady pravidiel pokúšajú navzájom komunikovať, často potrebujú vykonať nejaké transformácie.

Lokálne a sieťové operačné systémy často šifrujú údaje, aby ich chránili pred neoprávneným použitím. Šifrovanie je všeobecný pojem, ktorý popisuje niekoľko metód ochrany údajov. Ochrana sa často vykonáva pomocou kódovania údajov, ktoré využíva jednu alebo viacero z troch metód: permutáciu, substitúciu, algebraickú metódu.

Každá z týchto metód je jednoducho špeciálnym spôsobom ochrany údajov takým spôsobom, aby jej porozumeli iba tí, ktorí poznajú šifrovací algoritmus. Šifrovanie dát je možné vykonať hardvérovo aj softvérovo. Šifrovanie údajov typu end-to-end sa však zvyčajne vykonáva v softvéri a považuje sa za súčasť funkčnosti prezentačnej vrstvy. Na upovedomenie objektov o použitej metóde šifrovania sa zvyčajne používajú 2 metódy – súkromné ​​kľúče a verejné kľúče.

Metódy šifrovania tajným kľúčom používajú jeden kľúč. Sieťové entity, ktoré vlastnia kľúč, môžu zašifrovať a dešifrovať každú správu. Preto musí byť kľúč utajený. Kľúč môže byť zabudovaný v hardvérových čipoch alebo nainštalovaný správcom siete. Pri každej zmene kľúča je potrebné upraviť všetky zariadenia (odporúča sa nepoužívať sieť na prenos hodnoty nového kľúča).

Sieťové entity využívajúce techniky šifrovania verejného kľúča sú podporované tajným kľúčom a nejakou známou hodnotou. Objekt vytvára verejný kľúč manipuláciou známej hodnoty s tajným kľúčom. Entita iniciujúca komunikáciu odošle svoj verejný kľúč príjemcovi. Druhá entita potom matematicky skombinuje svoj vlastný súkromný kľúč s verejným kľúčom, ktorý jej bol odovzdaný, aby sa nastavila vzájomne prijateľná hodnota šifrovania.

Mať iba verejný kľúč je pre neautorizovaných používateľov málo užitočné. Zložitosť výsledného šifrovacieho kľúča je dostatočne veľká na to, aby sa dala vypočítať za primeraný čas. Ani znalosť vlastného súkromného kľúča a cudzieho verejného kľúča veľmi nepomôže určiť ďalšie tajomstvo - kvôli zložitosti logaritmických výpočtov pre veľké čísla.

Aplikačná úroveň

Aplikačná vrstva obsahuje všetky prvky a funkcie špecifické pre každý typ sieťovej služby. Šesť nižších vrstiev kombinuje úlohy a technológie, ktoré poskytujú všeobecnú podporu sieťových služieb, zatiaľ čo aplikačná vrstva poskytuje protokoly potrebné na vykonávanie špecifických funkcií sieťových služieb.

Servery prezentujú klientom v sieti informácie o typoch služieb, ktoré poskytujú. Základné mechanizmy na identifikáciu ponúkaných služieb poskytujú prvky ako adresy služieb. Okrem toho servery používajú metódy na reprezentáciu svojich služieb, ako sú aktívne a pasívne reprezentácie služieb.

Pri implementácii aktívnej reklamy na službu každý server pravidelne posiela správy (vrátane adries služby) oznamujúce svoju dostupnosť. Klienti môžu tiež vyhľadávať sieťové zariadenia, ktoré hľadajú konkrétny typ služby. Klienti v sieti zhromažďujú zobrazenia vytvorené servermi a generujú tabuľky aktuálne dostupných služieb. Väčšina sietí, ktoré používajú metódu aktívnej prezentácie, tiež definuje špecifické obdobie platnosti pre reprezentácie služieb. Napríklad, ak sieťový protokol špecifikuje, že reprezentácie služieb by sa mali odosielať každých päť minút, potom klientom vyprší časový limit pre tie služby, ktoré neboli prezentované za posledných päť minút. Keď uplynie časový limit, klient odstráni službu zo svojich tabuliek.

Servery implementujú reklamu pasívnej služby registráciou svojej služby a adresy v adresári. Keď chcú zákazníci určiť dostupné typy služieb, jednoducho sa v adresári spýtajú na umiestnenie požadovanej služby a jej adresu.

Pred použitím sieťovej služby musí byť sprístupnená pre lokálny operačný systém počítača. Existuje niekoľko metód na vyriešenie tohto problému, avšak každá takáto metóda môže byť určená pozíciou alebo úrovňou, na ktorej lokálny operačný systém rozpozná sieťový operačný systém. Poskytovanú službu možno rozdeliť do troch kategórií:

• zachytenie hovorov do operačného systému;
• vzdialený režim;
• spoločné spracovanie údajov.

Pri používaní OC Call Interception lokálny operačný systém vôbec nevie o existencii sieťovej služby. Napríklad, keď sa aplikácia DOS pokúsi čítať súbor zo sieťového súborového servera, predpokladá, že súbor je v lokálnom úložisku. V skutočnosti špeciálny softvér zachytí požiadavku na prečítanie súboru predtým, ako sa dostane do lokálneho operačného systému (DOS) a odošle požiadavku sieťovej súborovej službe.

V druhom extréme, pri vzdialenej prevádzke, lokálny operačný systém pozná sieť a je zodpovedný za odosielanie požiadaviek sieťovej službe. Server však o klientovi nič nevie. Pre operačný systém servera vyzerajú všetky servisné požiadavky rovnako, či už sú interné alebo odoslané cez sieť.

Nakoniec existujú operačné systémy, ktoré si uvedomujú existenciu siete. Spotrebiteľ služby aj poskytovateľ služby si navzájom uvedomujú svoju existenciu a spolupracujú na koordinácii používania služby. Tento typ používania služby sa zvyčajne vyžaduje pri kolaboratívnom spracovaní typu peer-to-peer. Kolaboratívne spracovanie údajov znamená oddelenie možností spracovania údajov na vykonanie jednej úlohy. To znamená, že operačný systém si musí byť vedomý existencie a schopností iných a vedieť s nimi spolupracovať na splnení želanej úlohy.

ComputerPress 6 "1999